食源性碳点通过微生物-肠-脑轴触发食欲抑制的机制研究

《Environment & Health》：Foodborne Carbon Dots Trigger Appetite Suppression: Mechanistic Insights from the Microbiota–Gut–Brain Axis

本研究揭示了食源性碳点（FCDs）通过调控肠道微生物群、短链脂肪酸（SCFAs）代谢及肠脑轴信号通路（如GPR-41/43、GLP-1、PYY、AGRP/POMC），导致小鼠食欲减退的分子机制，为评估日常饮食中纳米颗粒的潜在健康风险提供了重要理论依据。

　　

2. 材料与方法

本研究以¹³C标记的d-葡萄糖为原料，通过水热法合成食源性碳点（FCDs）。将24只雄性C57BL/6J小鼠随机分为对照组（Con）和FCDs处理组（1、10、25 mg/kg·bw），连续灌胃4周。实验结束后采集血清、粪便、结肠及脑组织，通过组织病理学（H&E染色）、酶联免疫吸附测定（ELISA）、实时荧光定量PCR（qPCR）、16S rRNA测序、同位素示踪代谢流分析及非靶向代谢组学等技术，系统评估FCDs对小鼠生长参数、肠道炎症、菌群结构、代谢谱及食欲调控通路的影响。

3. 结果与讨论

3.1. 实验期间小鼠生长参数的变化

与对照组相比，高剂量FCDs（25 mg/kg·bw）处理组小鼠体重增长速率显著降低2.6%，且从第3周起摄食量明显下降（第4周下降5.4%），但总热量摄入无显著差异，表明FCDs可能通过影响能量代谢信号通路而非单纯减少热量摄入来抑制食欲。

3.2. FCDs摄入诱导肠道氧化应激与炎症

结肠组织H&E染色显示，FCDs高剂量组出现炎性细胞浸润及组织损伤。氧化应激指标分析发现超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）及氧化型谷胱甘肽（GSSG）水平显著升高，谷胱甘肽（GSH）与GSSG比值降低，提示肠道氧化还原失衡。同时，促炎因子IL-1β和IL-6分别上升54.8%和62.0%，表明FCDs可诱发肠道炎症。

3.3. FCDs改变肠道微生物群结构

16S rRNA测序显示，FCDs处理组肠道菌群α多样性（Chao1、Shannon、Simpson指数）显著增加。在门水平上，厚壁菌门（Firmicutes_A）和弯曲菌门（Campylobacterota）丰度上升，而拟杆菌门（Bacteroidota）丰度下降。属水平上，Faecalibaculum、Ligilactobacillus等产短链脂肪酸（SCFAs）相关菌属丰度显著升高，双歧杆菌（Bifidobacterium）等有益菌丰度降低。LEfSe分析进一步证实FCDs对菌群结构的时序性扰动。

3.4. FCDs提升肠道短链脂肪酸含量

代谢流分析检测到9种SCFAs，其中乙酸（acetic acid）含量增加57.0%，丁酸（butyric acid）虽未达显著性但升高62.0%。Mantel检验表明SCFAs水平与菌群变化呈强正相关，推测FCDs可被肠道微生物直接利用作为碳源，促进SCFAs生成。

3.5. FCDs调控肠道代谢谱

非靶向代谢组学显示FCDs处理组与对照组代谢谱显著分离。共鉴定出29种差异代谢物，其中亚油酸、白细胞三烯D4等脂肪酸代谢物下调，N-乙酰-d-葡萄糖胺-6-磷酸等氨基酸代谢物上调。KEGG富集分析提示FCDs主要干扰脂肪酸代谢、嘌呤代谢及卟啉代谢通路。

3.6. FCDs抑制食欲的机制解析

ELISA及qPCR结果显示，FCDs高剂量组结肠和血清中厌食激素PYY和GLP-1水平显著升高，肠道G蛋白偶联受体GPR-41和GPR-43基因表达分别上调45.3%和56.2%。下丘脑食欲促进因子AGRP表达下降29.6%，而食欲抑制因子POMC表达上升80.8。相关性网络分析表明，菌群驱动的脂肪酸与氨基酸代谢变化与肠脑轴信号分子（如GLP-1、PYY、AGRP/POMC）密切关联，证实FCDs通过“微生物群-肠道代谢-脑”轴调控食欲。

4. 结论

长期摄入FCDs可通过改变肠道菌群结构、促进SCFAs生成、激活GPR-41/43通路及调节下丘脑AGRP/POMC表达，进而抑制食欲。该研究揭示了日常饮食中纳米颗粒对机体健康的潜在影响，为评估食源性碳点的摄入风险提供了新视角。