《Food and Function》：Comparative dietary profiling of smoked and non-smoked paprika (Capsicum annuum L.) in Wistar rats: metabolomic, biochemical and gut microbiota responses in a healthy animal modelOpen Access
编辑推荐：
红辣椒（Capsicum annuum L.）是一种广泛消费的香辛料，其生物活性成分组成在很大程度上受加工条件影响。传统烟熏工艺——如应用于受保护原产地名称（PDO）Vera烟熏红辣椒（Pimentón de la Vera）的生产——在向红辣椒中富集木材烟熏
红辣椒（Capsicum annuum L.）是一种广泛消费的香辛料，其生物活性成分组成在很大程度上受加工条件影响。传统烟熏工艺——如应用于受保护原产地名称（PDO）Vera烟熏红辣椒（Pimentón de la Vera）的生产——在向红辣椒中富集木材烟熏来源的酚类化合物的同时，也引入了多环芳烃（PAHs），因此有必要对加工相关的生物学响应与安全性考量进行综合评价。本研究比较了健康Wistar大鼠在膳食中添加烟熏与未烟熏红辣椒后所产生的生理学、生物化学、代谢组学及盲肠菌群响应。三十只两性动物（16只雌性，14只雄性）接受对照饮食或补充5%烟熏或未烟熏红辣椒的饮食，持续30天。组织学检查显示，所评估器官中未出现与处理相关的改变。血液学与生物化学分析显示，红细胞压积、血浆葡萄糖、总抗氧化能力（TAC）及脂质相关参数存在饮食和性别相关的差异，但所有数值均保持在正常生理范围内。非靶向尿液代谢组学分析（因雌性尿量不足而仅限于雄性）鉴定出初步注释为酚类结合物及与红辣椒摄入相关的其他代谢物的特征峰，其中若干信号在烟熏红辣椒组中丰度更高。盲肠宏基因组分析显示，在分类群水平丰度、α多样性和β多样性方面存在性别依赖性变化。在接受烟熏红辣椒的雌性中，较低的总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）与较高的α多样性及较低的盲肠脂质含量同时出现，提示肠道微生物生态与脂质处理之间可能存在关联。总体而言，在该健康动物模型中，红辣椒加工方式与独特的生物化学、代谢组学及盲肠菌群响应模式相关。
论文解读文章
一、研究背景与科学问题
香辛料是全球使用最广泛的烹饪原料之一，其感官特性和生物活性化合物带来的生理效应备受关注。红辣椒（Capsicum annuum L.）富含类胡萝卜素（辣椒红素、辣椒玉红素、玉米黄质和β-胡萝卜素）、具有公认抗氧化活性的酚类化合物，以及多不饱和脂肪酸（亚油酸和α-亚麻酸）、生育酚和有机酸等营养成分。然而，这些代谢物的浓度和稳定性在不同品种之间、尤其是不同加工方式之间存在显著差异。
Vera烟熏红辣椒是西班牙西部拥有受保护原产地名称（PDO）地位的传统产品。其传统烟熏工艺中，果实长时间暴露于木材烟雾，会引入愈创木酚和丁香酚等特定酚类衍生物，这些化合物在很大程度上决定了其独特的香气特征并贡献抗菌活性。但烟熏过程同时引入多环芳烃（PAHs）——一类在高剂量下具有遗传毒性和致癌潜力的工艺污染物。值得注意的是，欧盟法规（EU）2023/915明确将烟熏辣椒属排除在干制香辛料和香草中PAHs最高限量之外，认可传统工艺不可改变的产品特性。西班牙的膳食暴露评估报告显示，在习惯性消费水平下，苯并[a]芘和PAH4的暴露边际高于欧洲食品安全局（EFSA）的关注阈值。
尽管红辣椒的植物化学特征已有较好表征，但其体内系统响应的研究仍然稀缺且零散。现有文献多采用还原论方法，聚焦于辣椒素或辣椒红素等分离化合物，而非将红辣椒作为真实膳食背景中的加工食品来研究。此外，评估辣椒属干预对代谢参数影响的研究大多在诱导性肥胖、高脂喂养或实验性糖尿病模型中进行，难以区分饮食响应与代谢状态改变所导致的影响。因此，在健康动物中建立比较性特征图谱，是解释疾病模型结果的必要前期步骤。
二、研究设计与技术方法
本研究采用多区室分析策略，整合了标准血液生物化学、非靶向尿液代谢组学、靶器官组织学评估和盲肠内容物宏基因组表征。研究对象为30只12周龄、体重200–350 g的两性Wistar大鼠（16雌14雄），来自西班牙埃斯特雷马杜拉大学医学院动物房。动物随机分为三组（每组n=10）：对照组（C）喂标准饮食；未烟熏红辣椒组（NSP）和烟熏红辣椒组（SP）均以5%（w/w）比例补充相应红辣椒。烟熏红辣椒按Vera PDO传统标准生产，果实经10–15天缓慢干燥/烟熏处理，使用橡木（Quercus ilex和Q. robur）慢燃产生烟雾，干燥室温度维持在40–50 °C。基于实际摄入量和平均体重，估计NSP暴露量为2.76–3.23 g kg?1 day?1，SP为3.61–3.87 g kg?1 day?1，经体表面积换算相当于70 kg成人每日摄入约31–37 g NSP和41–44 g SP，显著超过西班牙习惯性消费水平。所用烟熏红辣椒批次含35.0 ppb苯并[a]芘和369.8 ppb PAH4。5%添加水平被设定为有意的高暴露膳食模型。关键方法包括：血液学分析采用Neubauer计数板和毛细管微量血细胞比容法；血浆生化分析采用自动化临床化学分析仪（葡萄糖氧化酶/过氧化物酶GOD-POD法）、商业试剂盒（总抗氧化能力TAC以Trolox当量表示）和ELISA（C反应蛋白CRP）；尿液代谢组学采用高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（HPLC-QTOF），正负离子模式全扫描，代谢物鉴定仅基于精确质量比对MassBank和人类代谢组数据库（HMDB），属推定注释；盲肠内容物采用shotgun宏基因组测序（Illumina NovaSeq X Plus，双端2×150 bp，每样本最低7.5 Gb），经nf-core/taxprofiler v1.2.4流程处理，Centrifuge分类，原始数据已存入NCBI SRA（BioProject PRJNA1454718）。由于雌性尿量不足（<50 μL），尿液代谢组学仅限雄性队列。
三、研究结果
3.1 饲料摄入与体重
雄性在所有实验组中均表现出比雌性更高的饲料摄入和更大的体重增长。红辣椒补充增加了总饲料摄入，烟熏红辣椒组数值最高，并存在显著的组×性别交互作用，表明该效应幅度在性别间不均衡。尽管摄入量增加，最终体重在各饮食组间无显著差异。这可能反映烟熏过程相关感官特征带来的适口性差异，以及添加红辣椒未替代基础饲料任何成分所致的能量密度变化。辣椒属来源化合物可能通过增加能量消耗、刺激产热和激活脂解等机制部分补偿更高的热量摄入。
3.2 组织学评估
肝脏、肾脏和心脏的组织学切片经Masson三色染色后，未观察到任何与处理相关的结构改变。肝组织架构完好，无炎症浸润、纤维化改变或明显细胞紊乱；心肌组织显示正常心肌排列；肾脏切片保持完整的肾小球和肾小管形态。在30天干预期间，所施用剂量的烟熏或未烟熏红辣椒未产生可检测的组织损伤。但研究人员明确指出，本研究并非正式毒理学风险评估，30天内无组织学病变不应外推至长期安全性。
3.3 血液学与生化参数
红细胞压积（Hct）显示显著的饮食效应和组×性别交互作用：烟熏红辣椒组雌性Hct最高（51.8%），显著高于对照组（42.4%）和未烟熏组（43.6%），而雄性间无显著差异。白细胞亚群变化总体有限，单核细胞计数在红辣椒补充动物中较低，但C反应蛋白（CRP）和各白细胞比例未显示一致模式，不支持广泛的全身性炎症反应。
血浆葡萄糖在红辣椒补充组中低于对照组，雄性中降幅更明显，但始终保持在健康动物预期生理范围内。总抗氧化能力（TAC）在红辣椒补充组中显著升高，未烟熏组效应最显著，雄性高于雌性。脂质谱方面，烟熏红辣椒组雌性总胆固醇（TC）较对照组降低22.7%（1.98 vs 2.56 mmol L?1），低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）在烟熏组两性中均较低；高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）在烟熏组雌性中较低（0.90 vs 1.17 mmol L?1）。TC、LDL-C和HDL-C的平行降低提示循环甾醇池的整体性改变。甘油三酯（TG）不受饮食或性别影响。
3.4 尿液代谢组学特征
在雄性尿液样本中，红辣椒补充组中丰度更高的信号包括推定注释为二氢阿魏酸、丁香酸和原儿茶酸结合物的特征峰，以及石胆酸3-O-葡萄糖醛酸苷。多个信号在烟熏红辣椒组中平均丰度更高，支持加工方式相关的尿液代谢差异。未烟熏红辣椒组中独有检测到推定注释为美拉德反应产物（MRPs）的信号（吡啶osine/吡咯啉/醛糖苷），该组特异性模式与两种红辣椒加工历史的差异相符。红辣椒喂养动物中5-羟基吲哚乙酸（5-HIAA）和焦谷氨酰脯氨酸降低，其中5-HIAA在两种红辣椒组中均未检出。两个未鉴定信号（m/z 334.11和390.14）仅在或主要在红辣椒组中检出，为候选红辣椒相关代谢特征。所有注释均为推定性质，需MS/MS和标准品确证。
3.5 盲肠微生物生态
shotgun宏基因组分析鉴定出53种相对丰度>0.1%的物种和10种>1%的物种。群落以Limosilactobacillus reuteri（24.15–41.15%）和Bifidobacterium pseudolongum（2.61–37.70%）为主，ART ANOVA显示性别、饮食及其交互对这些优势菌无显著影响。显著的性别×饮食交互见于Parabacteroides sp.、Streptococcus suis和Escherichia coli。E. coli显示显著的交互和调整后配对差异：烟熏组雄性丰度低于对照组雄性，且烟熏组内存在性别差异。Lactobacillus johnsonii丰度受宿主性别显著影响。
α多样性（Shannon和Simpson指数）均显示显著的性别×饮食交互。最显著响应出现在接受烟熏红辣椒的雌性中，其Shannon和Simpson多样性高于对照组雌性，也高于接受相同烟熏饮食的雄性。雄性各饮食处理间多样性相对稳定，未烟熏组通常呈中间值。β多样性PERMANOVA基于Bray–Curtis相异度检测到显著的性别×饮食交互，PERMDISP无显著离散度差异。PCoA排序显示性别和饮食相关的样本再分布趋势，但配对β多样性对比经FDR调整后未保持显著，应视为趋势而非独立显著的配对聚类。
四、讨论与结论
本研究的综合结果表明，在健康Wistar大鼠中，红辣椒加工方式与独特的生物化学、代谢组学和盲肠菌群响应模式相关。烟熏红辣椒在雌性中降低TC和LDL-C，同时伴随更高的α多样性和更低的盲肠脂质含量，提示肠道微生物生态与脂质处理之间可能存在关联。烟熏红辣椒区别于未烟熏红辣椒的化学特征——包括烟熏来源酚类（愈创木酚、丁香酚）——为其差异化的脂质响应提供了合理基础，但具体通路尚无法从现有数据确定。尿液代谢组学显示红辣椒摄入（尤其烟熏品种的若干信号）与推定酚类结合物及其他饮食相关代谢物排泄增加相关。组织学检查未发现器官损伤，但30天观察期不能外推至长期安全性。总体而言，该研究建立了健康模型中加工方式相关响应的比较性和整合性视图，为未来在代谢改变模型中评估这些效应奠定了方法学基础。
