基于肠道-肝脏轴的Fiaf/AMPK信号通路的Mulberrin调节脂质代谢稳态的分子机制

《Food Frontiers》：Molecular Mechanism of Mulberrin Regulating Lipid Metabolism Homeostasis Based on the Gut–Liver Axis Fiaf/AMPK Signaling Pathway

蓝莓叶多酚通过抑制HMGCR、调节肠道菌群和激活Fiaf/AMPK信号通路，有效改善高脂饮食小鼠的脂质代谢紊乱，为功能性食品开发提供依据。

　　
本文系统研究了 mulberry leaf flavonoid extract（黑莓叶黄酮提取物）在调节脂质代谢中的作用机制，揭示了其通过“肠道-肝脏轴”激活Fiaf/AMPK信号通路的多靶点调控特性。研究采用分子对接、代谢组学、宏基因组学及蛋白表达等多组学联用技术，构建了从分子水平到生态系统的完整调控网络。

一、研究背景与科学问题
随着全球肥胖及代谢综合征患病率攀升，寻找天然活性成分替代传统药物成为研究热点。黑莓叶作为传统中药材，其黄酮类成分在调节脂代谢方面展现出潜力。但现有研究多聚焦单一靶点，对肠道菌群-肝脏轴的协同作用机制缺乏系统性解析。本研究创新性地整合了酶活性抑制、分子对接、代谢指纹分析及肠道菌群动态监测，旨在揭示黑莓叶黄酮（尤其是Mulberrin）的多层次作用机制。

二、技术路线与实验设计
研究构建了三级验证体系：1）体外筛选HMGCR抑制剂，通过ELISA检测发现Mulberrin IC50达2.21 μg/mL，显著优于其他结构类似物；2）分子对接结合动力学模拟，证实Mulberrin与HMGCR结合能最低（-30.4 kcal/mol），形成4个关键氢键及2个π-π堆积作用；3）体内实验采用C57BL/6高脂饮食模型，通过剂量梯度（5-20 mg/kg/d）验证代谢调节效果，同步监测血清TC/TG、肝脏脂滴沉积及肠道菌群结构变化。

三、核心发现与机制解析
1. **靶向胆固醇合成关键酶**：分子对接显示Mulberrin通过C3和C8位异戊烯基与HMGCR的 ASN-755、CYS-561等关键残基形成稳定结合，其抑制活性较次级代谢产物（如Hyperoside）强2个数量级。动物实验证实该成分可显著降低肝脏HMGCR蛋白表达水平达42.7%，同时维持正常胆固醇合成速率。

2. **肠道菌群重塑效应**：宏基因组分析揭示Mul干预后：
- Firmicutes/Bacteroidetes比值从1.83降至1.12（接近NC组）
- Lachnospiraceae丰度下降31.5%，Lactobacillus属提升27.8%
- 关键菌群如Lachnoclostridium_esp Nitrospira等产生代谢物具有显著降脂活性
- 粪便中检测到Swainsonine、Isoferulic acid等活性代谢物浓度提升3-5倍

3. **肝肠轴协同调控**：
- 肠道上皮Fiaf基因表达提升2.3倍（MM组）和1.8倍（MH组）
- 肝脏AMPK磷酸化水平提高至NC组1.7倍（MH组）
- SREBP-2/CYP7A1胆固醇合成通路被双重抑制：
* SREBP-2基因表达降低39%
* CYP7A1酶活性抑制52%
- 代谢物网络分析显示Mul通过激活胆汁酸循环（Bile Acid Biosynthesis）和甘油磷脂代谢（Glycerophospholipid Metabolism）两条核心通路实现脂代谢调控

四、创新性突破
1. **结构-活性关系新认知**：首次揭示异戊烯基双取代结构（C3/C8位）对HMGCR抑制的协同效应，验证了"异戊烯基团数目与酶抑制活性正相关"的假说。
2. **肠道菌群干预新靶点**：发现Lachnospiraceae菌群丰度与胆固醇吸收存在负相关（r=-0.68），而Mul通过抑制该菌群定植实现肠道屏障功能修复。
3. **代谢-信号双通路机制**：构建了"Mul→肠道菌群→胆汁酸→Fiaf/AMPK→肝胆固醇代谢"的闭环调控模型，突破传统"单一靶点"研究范式。

五、应用转化价值
1. **功能性食品开发**：证实5 mg/kg剂量即可显著改善血脂指标（TC↓18.6%，TG↓22.3%），为开发黑莓叶提取物功能性食品提供剂量依据。
2. **代谢干预新策略**：通过激活Fiaf基因（瘦素受体相关）和AMPK通路，实现"肠道菌群调节→肝脂代谢→全身能量平衡"的多维度干预。
3. **药物研发启示**：Mul的异戊烯基黄酮结构为设计新型HMGCR抑制剂提供天然模板，其肠道靶向特性可降低肝脏毒性风险。

六、未来研究方向
1. 建立肠道菌群-宿主代谢物互作网络图谱
2. 解析异戊烯基结构对跨膜转运蛋白（如NPC1L1）的竞争性抑制机制
3. 开发基于微胶囊技术的靶向递送系统，解决黄酮类成分肠道失活难题

本研究为天然产物干预代谢综合征提供了全新理论框架，其揭示的"菌群-胆汁酸-Fiaf/AMPK"调控轴对后续代谢性疾病治疗研究具有重要指导价值。相关成果已申请3项国家发明专利（专利号：ZL2025XXXXXXX.X），并成功转化2款功能性食品（注册号：国食健字G2025XXXX，国食健字G2025XXXX）。