有氧联合抗阻运动对高脂饮食喂养小鼠肝脏代谢组的影响：组氨酸与嘧啶代谢关联不依赖减重的肝保护作用

《Metabolites》：Effects of Combined Aerobic and Resistance Exercise on Liver Metabolomics in Mice Fed a High-Fat Diet

　　

背景/目的：肥胖与肝脏代谢功能障碍和炎症相关。有氧联合抗阻运动与身体成分改善相关，但其对肝脏代谢组学的影响仍不清楚。本研究在8周联合运动干预的高脂饮食（HFD）诱导肥胖小鼠中考察该问题。方法：从更大的、已充分表征的队列中选取18只雄性C57BL/6J小鼠，分为三组（n = 6/组）：标准饮食对照（C）、HFD模型（HF）和HFD联合运动（HFAR）。干预包括跑台跑步（12–15 m/min，30–60 min/天）和负重爬梯（10–70%体重负荷），每周6天。采用苏木精-伊红（H&E）和油红O染色评估肝脏脂肪变性。通过酶联免疫吸附试验（ELISA）测定肝脏脂质、丙氨酸氨基转移酶（ALT）/天冬氨酸氨基转移酶（AST）和细胞因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）。通过基于液相色谱-质谱联用（LC-MS）的非靶向代谢组学分析肝脏代谢组。结果：尽管终末体重、脂肪质量或脂肪百分比未显著降低，HFAR小鼠肝脏脂肪变性明显减轻。生化上，运动显著降低肝脏总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、ALT和AST（均p < 0.01），升高高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）（p < 0.01），并抑制促炎细胞因子（均p < 0.05）。基于真实标准品鉴定出6个核心代谢物（代谢组学标准倡议（MSI）Level 1a/1b），突出组氨酸和嘧啶代谢为关键枢纽。结论：联合运动与不依赖减重的肝脏病理减轻相关。整合代谢组学揭示与这一获益相关的6个核心代谢物特征，提示组氨酸、嘧啶、嘌呤、色氨酸以及半胱氨酸和甲硫氨酸代谢的协调变化。这些发现为代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）中不依赖减重的肝脏保护提供了有价值的见解。

研究背景：肥胖是影响生活质量和预期寿命的慢性疾病，并与多种慢性病发生发展密切相关。高脂饮食（HFD，指长期摄入高脂饲料以诱导肥胖和肝脏代谢紊乱的饮食模型）是肥胖的重要促进因素，可促进肝脏甘油三酯和胆固醇蓄积，导致肝重增加、肝指数升高、肝脂滴积聚和肝功能生化异常，并成为代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）的主要环境风险因素之一。运动可改善肥胖相关并发症，并具抗肥胖相关肝损伤作用；与单一运动方式相比，有氧联合抗阻训练对MASLD显示更优干预效力。肝脏作为调节糖、脂和蛋白代谢的中心器官，其代谢物谱反映生理和病理状态；代谢组学可全面表征代谢物组成和网络。研究人员近期在同一动物队列中发现全身和骨骼肌对联合运动的适应，但肝脏特异代谢反应仍不清楚，且肝脏代谢组不能由血清或肌肉数据准确推断，因此研究人员对肝脏组织开展液相色谱-质谱联用（LC-MS）非靶向代谢组学，以识别运动诱导肝保护的独立和互补机制。

研究人员开展的研究：选取18只雄性C57BL/6J小鼠（来自更大的已表征队列，含标准饮食、HF及三种运动方式，同批动物），分为C、HF、HFAR三组，n = 6/组；HF和HFAR持续HFD，HFAR进行8周联合有氧和抗阻运动。结论：联合运动可减轻HFD诱导的肝脏脂肪变性、脂质蓄积、转氨酶升高和炎症，且这些肝脏获益不依赖终末体重、脂肪质量或体脂百分比的显著下降；肝脏代谢组显示组氨酸和嘧啶代谢等通路重塑及6个核心代谢物特征。意义在于为MASLD不依赖减重的肝保护提供代谢组学证据，并提示组胺和己酰甘氨酸等候选生物标志物。

关键技术方法（≤250字）：样本来源为北京维通利华实验动物技术有限公司的雄性C57BL/6J小鼠，取自更大且已充分表征的动物队列，该队列包含标准饮食、HF及三种运动方式，本研究选取18只同批动物。方法包括8周跑台有氧运动（12–15 m/min，30–60 min/天）和负重爬梯抗阻运动（10–70%体重负荷），每周6天；苏木精-伊红（H&E）和油红O染色评估肝组织病理和脂质蓄积；酶联免疫吸附试验（ELISA）检测肝脏TC、TG、LDL、HDL、ALT、AST及IL-1β、IL-6、TNF-α；LC-MS非靶向肝脏代谢组学；主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）、置换检验、差异代谢物筛选、MetaboAnalyst通路富集和Spearman相关分析。

研究结果：
3.1 有氧联合抗阻运动对高脂饮食诱导肥胖小鼠体重、体脂百分比和能量摄入的影响：通过8周体重监测、终末脂肪质量、白色脂肪组织百分比和笼级能量摄入记录，发现HF组体重、脂肪质量和体脂百分比显著高于C组，HFAR组增重减慢且介于C和HF之间；终末体重、脂肪质量和体脂百分比在HF与HFAR间无统计学差异；能量摄入为笼级测量，未作推断统计。
3.2 有氧联合抗阻运动对高脂饮食诱导肥胖小鼠肝脏重量和组织病理学变化的影响：通过肝重、H&E和油红O染色，发现HF组肝重显著高于C组，HFAR组显著低于HF组；HF组肝细胞广泛胞质脂质空泡化、核边移，HFAR组脂滴数量和大小明显减少、核更居中；油红O阳性面积HF组显著大于C组，HFAR组显著低于HF组。
3.3 有氧联合抗阻运动对高脂饮食诱导肥胖小鼠肝脏脂质代谢、肝损伤和炎症标志物的影响：通过ELISA，发现HF组肝脏TC、TG、LDL、ALT、AST、TNF-α、IL-6、IL-1β及LDL-C/HDL-C比值显著高于C组，HDL-C显著低于C组；8周联合运动后，HFAR组上述指标显著降低，HDL-C显著升高。
3.4 有氧联合抗阻运动对高脂饮食诱导肥胖小鼠肝脏差异代谢物和代谢通路的影响：通过LC-MS非靶向代谢组学，质控（QC）样本紧密聚类；PCA显示C与HF沿PC1分离，HFAR向C偏移；OPLS-DA显示C vs HF（Q² = 0.872，R²Y = 0.992）和HF vs HFAR（Q² = 0.681，R²Y = 0.999）分离，200次置换检验支持稳健性。HF vs C有228个差异代谢物（84上调、144下调），HF vs HFAR有118个（101上调、17下调）。通路富集显示，C vs HF涉及色氨酸、淀粉和蔗糖、抗坏血酸和醛酸、组氨酸、半胱氨酸和甲硫氨酸、嘧啶代谢；HF vs HFAR涉及色氨酸、组氨酸、甘油磷脂、嘌呤和嘧啶代谢。两组比较有40个重叠内源代谢物，严格筛选获得6个核心代谢物（MSI Level 1a/1b）：胞苷、ADP-核糖、褪黑素、组胺、L-高胱氨酸和己酰甘氨酸；分别映射到嘧啶/嘌呤、色氨酸/组氨酸、半胱氨酸和甲硫氨酸代谢；己酰甘氨酸未映射到KEGG通路。
3.5 相关性分析：采用探索性Spearman相关（|r| ≥ 0.80且p < 0.10），胞苷、己酰甘氨酸和组胺与TC、LDL和总脂肪量呈强负相关，与HDL呈正相关；ADP-核糖、L-高胱氨酸和褪黑素未达阈值未展示；未作FDR校正，属假设生成。

讨论总结：作者讨论认为，联合运动与HFD诱导肝损伤的生化、组织病理和形态指标改善相关，且肝脏获益与全身肥胖变化解离。组氨酸代谢中，HF组肝组胺降低、运动后恢复；作者依据文献提出高脂饮食可能抑制组氨酸脱羧酶（HDC）表达或活性，减少组胺，进而影响H₁R依赖的油酰乙醇酰胺（OEA）合成和过氧化物酶体增殖物激活受体-α（PPAR-α）介导的脂肪酸氧化，但本研究中HDC、OEA和PPAR-α的蛋白和基因表达未测定，故为假设。胞苷在HF组降低、运动恢复，作者讨论其与嘧啶补救途径和核苷酸池稳态相关，但需验证。ADP-核糖、L-高胱氨酸、褪黑素和己酰甘氨酸的变化提示嘌呤/能量、半胱氨酸和甲硫氨酸、色氨酸及脂肪酸相关代谢网络的协调重塑；己酰甘氨酸有望作为运动干预疗效的候选生物标志物。局限性包括：模型主要模拟MASLD早期；代谢组为终点静态快照；样本量小（n = 6）且未作FDR校正；未绝对定量，未用qPCR或Western blot验证关键酶；未设仅有氧、仅抗阻或配对喂养对照，未评估个体活动水平和准确食物效率。

研究结论翻译：联合有氧和抗阻运动与显著的肝脏代谢重编程相关。在机制层面，本研究强调组氨酸和嘧啶代谢的关键关联，并鉴定出6个代谢物（MSI Level 1a/1b），包括组胺、胞苷和己酰甘氨酸。在表型层面，这种代谢重塑伴随显著病理改善：在终末体重未显著降低的情况下，运动与肝脏脂质沉积减轻、肝脏转氨酶水平降低和肝脏炎症减少相关。这些发现为运动与肝脏代谢之间的相互作用提供了有价值的见解，并支持不依赖减重的肝保护概念。在这些代谢物中，特定分子如己酰甘氨酸有望作为评估运动干预疗效的潜在生物标志物，为优化肥胖相关MASLD的非药物干预策略提供新见解。