梨果仙人掌籽油作为功能性成分调节肥胖相关代谢紊乱的作用研究

《Future Foods》：Opuntia ficus-indica seed oil as a functional ingredient to modulate metabolic disturbances associated with obesity

　　

摘要专业翻译 梨果仙人掌（Opuntia ficus-indica，OFI）是墨西哥传统植物，因其营养和药用特性而被食用，常用作抗糖尿病、抗氧化和抗炎剂。此外，OFI种子含有功能性脂质，如不饱和脂肪酸和植物甾醇，具有调节脂肪细胞代谢和脂质稳态的潜力，这凸显了进一步研究其作为食品成分应用的必要性。本研究评估了在亚临界CO?条件（SCE-CO?）下提取并经正己烷浸渍（MAC）的OFI（Villanueva品种）籽油作为潜在功能性成分，对脂肪细胞和肝脏代谢反应的影响。在3T3-L1细胞分化过程及HepG2细胞基础状态和胰岛素抵抗状态处理中，使用了两种对比浓度的OFI籽油（3.12和50 μg/mL）。使用商业试剂盒定量甘油三酯、胆固醇和甘油。通过油红O染色评估脂质积累，并通过qPCR测量参与脂肪生成、脂解相关过程及产热信号通路相关基因的表达。在HepG2细胞中评估葡萄糖消耗。两种油均显著降低分化3T3-L1细胞中的脂质积累、甘油三酯和胆固醇水平，并增强HepG2细胞中的葡萄糖消耗，尤其是SCE-CO?在50 μg/mL时（p<0.05）。PPARα、PGC1α、ATGL和SIRT-1表达上调（p<0.05），表明可能增强脂肪酸氧化。尽管激活了脂肪生成标志物（PPARγ和C/EBPα），但脂解和产热基因的上调表明细胞呈现代谢活跃的表型。这些发现支持进一步研究以SCE-CO?提取的OFI籽油作为潜在功能性成分，特别是在其对细胞脂质代谢的影响方面。

论文解读

一、研究背景与目的

肥胖作为全球性健康问题，与代谢紊乱和死亡率升高密切相关。肥胖以体脂过度积累为特征，通过脂肪组织过度蓄积导致脂质失衡、脂肪细胞脂毒性及胰岛素抵抗，进而扰乱正常代谢功能。日常摄入高反式脂肪酸食品和氢化油已被确定为促进肥胖典型代谢失调的关键因素，加剧2型糖尿病和心血管疾病等严重合并症的发病率。全球食品工业对清洁标签成分的趋势，加上监管要求禁止部分氢化油和消除工业生产的反式脂肪，加速了用天然成分替代人工添加剂和饱和脂肪的进程。在此背景下，非常规种子油作为可持续和功能性的替代方案应运而生。例如，基于种子油的油凝胶已被用于重构肉类和烘焙产品，在不损害感官特性的情况下实现饱和脂肪含量降低30–50%。

农工业副产品与食物废弃物已成为研究重点。水果种子因其富含不饱和脂肪酸和植物甾醇的油脂含量而受到关注，这些成分已被认定为功能性脂质。梨果仙人掌（Opuntia ficus-indica，OFI）是一种广泛分布于各大洲的沙漠植物，作为食物，它是可溶性和不溶性纤维、维生素、钙镁等必需矿物质、植物甾醇及其他具有强抗氧化特性的植物化学物质的重要来源。OFI籽油含有多不饱和脂肪酸（PUFA），如亚油酸，以及单不饱和脂肪酸（MUFA），如油酸，同时含有β-谷甾醇。然而，将种子油作为功能性食品成分仍面临挑战，主要源于提取过程中使用的有机溶剂（如己烷）的潜在毒性。亚临界CO?萃取（SCE-CO?）作为一种新兴替代方案，不仅因消除有机溶剂而被广泛视为环境友好型提取方法，还能在不使用有机溶剂的情况下回收高纯度生物活性化合物和功能性脂质，从而最大限度减少残留溶剂污染问题。因此，本研究旨在评估以SCE-CO?或正己烷浸渍（MAC）提取的OFI（Villanueva品种）籽油作为潜在功能性食品成分，对肥胖相关代谢紊乱（包括脂质积累、甘油、甘油三酯含量、胆固醇水平及葡萄糖消耗）的调节作用，并检测3T3-L1脂肪细胞中参与脂肪生成（PPARγ、C/EBPα）、脂解相关过程（ATGL、SIRT-1）及产热信号通路（PPARα、UCP1、PGC1α）关键基因的表达，以探索OFI籽油作为减少食品配方中饱和脂肪的功能性成分的潜力。

二、主要关键技术方法

研究人员采用了以下关键实验技术：利用亚临界CO?萃取（SCE-CO?）和正己烷浸渍（MAC）两种方法从OFI（Villanueva品种）种子中提取油脂，提取率分别为8.38%和5.39%；采用GC-MS对油脂的脂肪酸和植物甾醇组成进行表征；使用MTS法评估细胞活力；利用3T3-L1小鼠成纤维细胞进行脂肪细胞分化实验，以油红O（ORO）染色定量脂质积累；使用比色法试剂盒测定甘油三酯、甘油和胆固醇含量；通过实时荧光定量PCR（qPCR）检测脂肪生成、脂解和产热相关基因的表达；在HepG2人肝癌细胞系中评估胰岛素抵抗条件下的葡萄糖消耗；并采用主成分分析（PCA）作为探索性多变量分析，考察油脂脂肪酸组成与生物学反应之间的关联。

三、研究结果

3.1 OFI籽油对3T3-L1细胞活力的影响

通过MTS法评估未分化3T3-L1细胞的活力，在3.12至50 μg/mL的五个浓度范围内，所有处理和剂量下细胞活力均保持在89%以上。最低浓度3.12 μg/mL时细胞活力超过98%，与对照组无显著差异。结果表明两种处理均具有良好的耐受性，可在最高剂量下使用而不损害细胞活力。

3.2 OFI籽油对3T3-L1细胞脂肪细胞分化的影响

油红O染色结果显示，MAC和SCE-CO?油处理在3.12 μg/mL时分别使脂质积累显著降低14%和25%；在50 μg/mL时分别降低28%和40%。在该浓度下，SCE-CO?油比MAC油多降低12%的脂质积累。形态学上，SCE-CO?油处理组细胞表现出更小的脂滴。两种处理均呈现剂量依赖性反应。主成分分析显示，在SCE-CO?处理中，游离脂肪酸与SIRT-1和ATGL表达呈正相关，表明脂肪酸谱与脂质和能量代谢相关基因之间存在潜在关联。

3.3 分化3T3-L1脂肪细胞中甘油三酯、甘油和胆固醇含量

MAC和SCE-CO?油处理在两种剂量下分别使甘油三酯含量降低18-19%和21-24%，SCE-CO?在50 μg/mL时表现出明显的剂量依赖性降低。由于生物学重复数有限，未进行推断性统计分析，结果视为探索性观察。甘油含量方面，除MAC油3.12 μg/mL处理组外，各处理间无一致差异，不能证明OFI籽油刺激脂解。总胆固醇含量方面，MAC和SCE-CO?油在3.12 μg/mL时分别使胆固醇降低34%和24%，在50 μg/mL时分别降低49%和44%，呈现明显的剂量依赖性降低趋势。

3.4 OFI籽油调节分化3T3-L1细胞中脂肪生成、脂解相关过程及产热信号标志物的表达

基因表达分析显示，OFI籽油处理显著调节了产热信号、脂肪生成和脂解相关通路的基因表达。SCE-CO?油处理显著上调PPARα、PGC1α、ATGL和SIRT-1的表达（p<0.05），表明可能增强脂肪酸氧化。尽管PPARγ和C/EBPα等脂肪生成标志物被激活，但脂解和产热基因的上调表明细胞呈现代谢活跃的表型。

四、讨论与结论总结

讨论部分指出，OFI籽油（尤其是SCE-CO?提取）降低脂质积累和甘油三酯含量的效应可能与其整体脂肪酸组成有关，包括油酸、亚油酸和植物甾醇（如谷甾醇）的相对比例。SCE-CO?提取可能通过限制提取过程中的脂质氧化来保留脂肪酸组成，从而影响其代谢效应。尽管未观察到明确的脂解激活证据，但脂质积累和甘油三酯的降低提示细胞呈现低脂质储存的表型，其机制可能涉及脂质合成调节而非脂解活性增强。胆固醇降低效应可能与油脂中较高的PUFA含量有关。研究结论表明，OFI（Villanueva品种）籽油，特别是以SCE-CO?提取的油脂，具有作为功能性食品成分调节脂肪细胞脂质代谢的潜力，可减少食品配方中的饱和脂肪，改善脂质谱并促进代谢健康。然而，由于甘油三酯和胆固醇测量的生物学重复数有限，这些发现被视为初步的、产生假说的观察结果，需要通过更大样本量的研究加以验证，并需进一步开展体内研究以阐明其潜在机制及在肥胖相关改变中的相关性。