发酵诺丽汁补充通过戊糖磷酸途径（PPP）增强NADPH抗氧化防御并减轻小鼠心力衰竭进展

《Food Frontiers》：Fermented Noni Juice Supplementation Attenuates Heart Failure Development in Mice: Involvement of the Pentose Phosphate Pathway

　　

Morinda citrifolia L.，通常称为诺丽（Noni），是一种传统药用植物，长期在多种文化中因其抗炎和抗氧化特性而被使用。心力衰竭（heart failure，HF）是全球重大且日益增长的公共卫生问题，以高发病率、死亡率和医疗费用为特征。然而，诺丽与HF之间的关系尚不清楚。在本研究中，研究人员采用一个成熟的临床前HF模型，全面评价诺丽的心脏保护作用。研究人员发现，发酵诺丽汁给药显著预防心脏舒张功能障碍、肥大和纤维化，并显著降低HF中的炎症和氧化应激。在机制上，发酵诺丽汁与戊糖磷酸途径（pentose phosphate pathway，PPP）中间产物积累增加和NADPH生成增强相关。这种代谢转变有效增强细胞抗氧化防御系统，导致强健的抗氧化应激反应，最终减轻HF进展的关键驱动因素。总体而言，这些发现提示，发酵诺丽汁的心脏保护作用可能涉及PPP的调节。

研究背景

心力衰竭（heart failure，HF）是全球重大且日益增长的公共卫生问题，具有高发病率、死亡率与医疗费用负担。依据射血分数（ejection fraction，EF），HF可分为射血分数保留型HF（HF with preserved EF，HFpEF；EF ≥ 50%）、射血分数降低型HF（HF with reduced EF，HFrEF；EF ≤ 40%）和射血分数轻度降低型HF（HF with mildly reduced EF，HFmrEF；41%–49%）。其中HFpEF最常见，占全部HF一半以上，在老年人、女性及合并高血压、肥胖、2型糖尿病和慢性肾脏病者中尤为常见。HFpEF一旦发生通常不可逆且死亡率高，亟需新型有效治疗策略。其病理机制复杂，涉及左心室舒张功能障碍、炎症、微血管内皮功能障碍、心脏重构和纤维化；有效治疗选择有限，虽有钠–葡萄糖协同转运蛋白2抑制剂（sodium–glucose cotransporter-2 inhibitors，SGLT2i）等显示改善患者结局，但仍需探索针对多因素驱动的新策略。Morinda citrifolia L.（MCL，诺丽）为茜草科小乔木或灌木，原产南太平洋岛屿、澳大利亚、印度、柬埔寨和中国海南省，食用逾2000年，具抗炎、抗氧化、抗癌和抗菌活性，并已用于2型糖尿病、肥胖、癌症和非酒精性脂肪性肝病。但诺丽对HF是否有益未知。因此，研究人员开展首个系统评价诺丽在成熟临床前HF模型中心脏保护作用的研究。

研究人员在HFpEF小鼠模型中给予发酵诺丽汁，发现其不仅预防心脏舒张功能障碍、肥大和纤维化，还调节炎症反应和氧化应激，且PPP参与其中。该研究为诺丽作为HF功能性食品辅助提供了机制基础。

关键方法

研究采用30只雄性C57BL/6J小鼠（8周龄，初始体重20 ± 2 g），随机分为5组（每组n=6）：CON、HFpEF（高脂饮食（high-fat diet，HFD）+ l-NAME（N^ω-nitro-l-arginine methyl ester））、HFpEF+低剂量发酵诺丽汁（4 mL/kg/day）、HFpEF+高剂量发酵诺丽汁（6 mL/kg/day）、HFpEF+恩格列净（empagliflozin，20 mg/kg/day，阳性对照）。HFpEF经HFD和l-NAME饮水10周诱导，同时每日灌胃。发酵诺丽汁样品来源为海南一然生物工程有限公司（Hainan Yiran Bioengineering Co. Ltd.，批号GZF23-012093）。主要方法包括超声心动图、组织学与免疫荧光、Western blot、RT-qPCR、ELISA、WST-8检测NADP⁺/NADPH、G6PD与6PGD活性、口服葡萄糖耐量试验以及非靶向UPLC–MS/MS代谢组学。体外采用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）/ATP刺激RAW264.7巨噬细胞制备条件培养基，联合异丙肾上腺素（isoproterenol，ISO）处理AC16人心肌细胞，并加入G6PD抑制剂（G6PDi）。

研究结果

3.1 发酵诺丽汁补充减轻心脏功能障碍

研究人员通过“two-hit”HFpEF模型（HFD联合l-NAME）给予发酵诺丽汁4或6 mL/kg/day每日灌胃10周，并用超声心动图评估左心室舒张和收缩功能。与HFpEF模型组相比，治疗组舒张参数改善：E/A恢复，E/e′降低，e′/a′增加，等容舒张时间（isovolumic relaxation time，IVRT）缩短；左心室射血分数（LVEF）、短轴缩短率（FS）和心率（HR）无显著差异。其效果与恩格列净相似。结论为发酵诺丽汁特异性减轻HFpEF小鼠舒张功能障碍，而不影响基线收缩功能或HR。

3.2 发酵诺丽汁补充减轻心脏肥大

通过苏木精-伊红（hematoxylin and eosin，H&E）染色、小麦胚芽凝集素（wheat germ agglutinin，WGA）染色、心脏大小、心脏重量/胫骨长度比（HW/TL）及肥大标志物心房钠尿肽（atrial natriuretic peptide，ANP）和脑钠尿肽（brain natriuretic peptide，BNP）mRNA评估。治疗组心肌横截面积较小，心脏大小和HW/TL降低，ANP和BNP mRNA下调。结论为发酵诺丽汁有效减轻HFpEF模型中的病理性心脏肥大。

3.3 发酵诺丽汁补充减轻心脏纤维化

通过Picrosirius Red染色及纤维化标志物纤维连接蛋白（fibronectin）和基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）蛋白与mRNA检测。HFpEF小鼠胶原沉积增加，而发酵诺丽汁显著减少纤维化面积，低剂量抗纤维化作用更明显；纤维连接蛋白和MMP9表达降低。结论为发酵诺丽汁可减轻HFpEF心脏纤维化。

3.4 发酵诺丽汁补充减轻心脏炎症

通过分化簇68（cluster of differentiation 68，CD68）和髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）免疫荧光评估巨噬细胞和中性粒细胞浸润，并检测白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）的mRNA与蛋白。治疗组炎性细胞浸润受抑制，促炎细胞因子在mRNA、Western blot和ELISA水平均降低。结论为发酵诺丽汁在HFpEF心脏中发挥强效抗炎作用。

3.5 发酵诺丽汁补充通过PPP负向调节氧化应激

通过二氢乙锭（dihydroethidium，DHE）染色、谷胱甘肽（glutathione，GSH）水平/谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）活性、NADP⁺/NADPH比值、超氧化物歧化酶1（superoxide dismutase 1，SOD1）和谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）mRNA与蛋白评估。发酵诺丽汁降低活性氧（reactive oxygen species，ROS），增加GSH，降低NADP⁺/NADPH比值，上调SOD1和GPX4。对HFpEF与HFpEF+低剂量诺丽进行非靶向代谢组学，发现238个差异代谢物（136个上调、102个下调），KEGG富集显示PPP最显著；PPP中间体葡萄糖-6-磷酸（glucose-6-phosphate，G6P）和6-磷酸葡萄糖酸-d-内酯（6-phosphoglucono-d-lactone，6PGDL）升高；HFpEF心脏中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（glucose-6-phosphate dehydrogenase，G6PD）蛋白表达和活性下调，低剂量诺丽处理后恢复；6-磷酸葡萄糖酸内酯酶（6-phospho-glucono-lactonase，6PGL）蛋白和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（6-phosphogluconate dehydrogenase，6PGD）活性在HFpEF中减弱。体外HFpEF模型中，6 μL发酵诺丽汁增加细胞活力，降低NADP⁺/NADPH，恢复GSH，上调GPX4和SOD1；G6PDi可逆转这些保护作用并取消对ROS生成的抑制。结论为发酵诺丽汁通过激活PPP、增加NADPH生成、维持细胞氧化还原稳态，减轻HFpEF氧化应激。

讨论部分总结

该研究提供首个临床前证据，表明发酵诺丽汁在特征明确的HFpEF小鼠模型中提供全面心脏保护，同时减轻心脏舒张功能障碍、肥大、纤维化、炎症和氧化应激。机制上，代谢组学和体外数据提示这些效应与PPP中间体积累增加和NADPH生成增强相关，可能增强细胞抗氧化能力；但PPP虽被强烈关联，仍需进一步体内机制研究建立因果关系。诺丽作为膳食补充剂、功能食品成分或天然健康增强剂日益流行，活性成分包括多糖、脂肪酸糖苷、环烯醚萜、蒽醌、黄酮、植物甾醇和类胡萝卜素。既往研究显示其抗炎、抗氧化、镇痛、降糖、保肝、抗高血压和抗肥胖等潜在健康益处，近期综述强调其在动脉粥样硬化等心血管疾病中的潜力。研究人员据此假设发酵诺丽汁对HFpEF有益。剂量对应60 kg成人的人等效剂量（human equivalent doses，HEDs）约0.324和0.486 g/kg/day，即约19.4 g和29.2 g，商业诺丽汁常用30–60 mL/day，提示转化相关。PPP是糖酵解关键代谢分支，含氧化相和非氧化相，限速酶G6PD驱动氧化相生成NADPH，维持细胞氧化还原稳态；NADPH是维持GSH还原活性形式的基本还原当量，是细胞抗氧化防御基石。通过放大PPP–NADPH轴，发酵诺丽汁增强细胞内在对抗ROS的能力，并非仅清除已有ROS，而是主动增强内源性抗氧化储备，这对HFpEF这类慢性代谢综合征可能更具治疗相关性。代谢组数据显示PPP是诺丽响应最显著富集通路，G6P和6PGDL增加；体外G6PDi实验显示抑制PPP可逆转诺丽的抗氧化作用。但抑制剂实验在细胞培养中进行，代谢组学为相关性而非因果性；未来需用心脏特异性G6PD敲除小鼠或体内药理抑制确定因果关系。局限性为具体生物活性化合物尚待鉴定和纯化，未来应阐明哪些活性成分贡献于HF预防作用及其机制。

研究结论翻译

总之，该研究从根本上将诺丽从一般健康补充剂推进为在管理中具有明确机制作用的候选功能食品。通过证明其对关键病理标志的有效性并确定PPP为与其作用相关的关键通路，研究人员为进一步机制研究其潜在预防应用提供基础。这项工作强调研究天然产物治疗复杂多基因疾病如HF的相当价值，其中多靶点策略可能提供有意义的治疗优势。