《Metabolites》：Temporal Changes in Hepatic Fatty Acid Metabolism, Desaturase Expression, and Lipid Peroxidation During Long-Term Sucrose Feeding in Male and Female Rats
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背景/目的：长期蔗糖摄入可能导致进行性代谢功能障碍，但长期暴露、衰老、性别和膳食纤维对肝脏脂质代谢的综合影响仍未得到充分阐明。本研究探讨了在长期补充蔗糖过程中，时间和性别如何影响肝脏脂质代谢，并描述了在不同膳食背景下的反应特征。方法：将总共120只Wistar
背景/目的：长期蔗糖摄入可能导致进行性代谢功能障碍，但长期暴露、衰老、性别和膳食纤维对肝脏脂质代谢的综合影响仍未得到充分阐明。本研究探讨了在长期补充蔗糖过程中，时间和性别如何影响肝脏脂质代谢，并描述了在不同膳食背景下的反应特征。方法：将总共120只Wistar Han大鼠（60只雄性和60只雌性）分配到四种膳食处理组：对照饮食（CON）、增加纤维含量的对照饮食（CON-fiber）、饮用水中添加30%蔗糖（HS）或饮用水中添加30%蔗糖并增加纤维含量（HS-fiber）。每个处理组每种性别各5只动物分别在1个月、12个月或24个月后被处死。研究人员评估了葡萄糖稳态、肝脏脂肪酸组成、血清丙二醛（MDA）以及肝脏中SCD1、Fads1、Fads2、NRF2、TNFα和TGFβ的表达。结果：处理效应在12个月和24个月后变得显著。长期蔗糖摄入增加了HS大鼠的体重，损害了葡萄糖稳态和胰岛素敏感性，使肝脏脂肪酸谱向单不饱和脂肪酸偏移，并减少了若干n-3和n-6多不饱和脂肪酸。SCD1表达的增加伴随着棕榈油酸和油酸相对比例的升高，而Fads1和Fads2则在个别采样点显示出与处理相关的差异。蔗糖暴露组还出现了脂质过氧化作用增强和促炎转录反应。结论：在蔗糖喂养组中观察到代谢、氧化和炎症改变，其与处理相关的差异取决于性别和采样时间点。这些发现强调了暴露持续时间和生物学性别在塑造衰老过程中的代谢反应方面的重要性。
研究背景与科学问题
近年来，全球肥胖患病率急剧上升，其主要驱动因素是能量密集型食物和富含游离糖饮料的消费增加，同时体力活动水平下降。肥胖已成为重大的全球公共卫生挑战，可导致胰岛素抵抗、代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）、心血管疾病和过早死亡等代谢紊乱。与此同时，人口老龄化是另一个具有深远代谢影响的全球趋势。衰老伴随基础代谢率降低、肌肉减少症、激素改变和慢性低度炎症等生理变化，这些都增加了对代谢功能障碍的易感性。重要的是，衰老和肥胖共享重叠的分子机制，包括线粒体功能障碍、氧化应激和脂肪酸组成改变，这些因素共同加剧了代谢恶化。因此，衰老与长期肥胖的并存代表了叠加的代谢负担，尤其是在肝脏中，长期过量营养暴露会加速脂质重塑和功能衰退。
肝脏在脂质代谢中发挥核心作用，调控脂肪酸的摄取、合成、去饱和、延长和氧化。肝脏脂肪酸组成的改变与肥胖和MASLD中的代谢功能障碍、炎症和疾病进展密切相关。特别是饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸（MUFA）和多不饱和脂肪酸（PUFA）之间的失衡，以及n-3和n-6 PUFA家族的变化，已被认为与肝脏脂肪变性、氧化应激和细胞信号传导受损有关。内源性脂肪酸去饱和酶，包括硬脂酰辅酶A去饱和酶-1（SCD-1；Δ9去饱和酶）以及Δ5和Δ6去饱和酶，是肝脏脂质稳态的关键调节因子。SCD-1活性增加促进MUFA合成和脂质积累，而Δ5和Δ6去饱和酶活性的改变则影响源自必需脂肪酸的长链PUFA的可用性。尽管已有研究表明肥胖和衰老均可改变去饱和酶的表达和活性，但关于它们联合长期效应的数据，特别是在长期膳食暴露下的数据仍然有限。
膳食纤维作为一种潜在的肥胖相关代谢紊乱调节剂引起了广泛关注。高纤维饮食可通过饮食-微生物群相互作用影响宿主代谢。先前在蔗糖喂养大鼠中的工作表明，高纤维膳食背景可能减轻肝脏脂质积累和脂质重塑的某些方面，但其效应的大小和持续性取决于整体饮食环境。此外，脂质代谢中的性别特异性差异已有充分记录，性激素影响脂肪酸的合成、去饱和和储存。然而，许多研究侧重于单一性别或短期实验周期，限制了对肥胖相关肝脏脂肪酸代谢改变是否在雄性和雌性中随时间推移而持续存在的认识。因此，本研究旨在表征长期蔗糖暴露期间雄性和雌性Wistar Han大鼠的时间依赖性变化，并描述各采样点不同饮食组和性别间与处理相关的差异。
研究方法与技术路线
研究人员使用了120只Wistar Han大鼠（60只雄性和60只雌性），平均初始体重为220±10克（8周龄），饲养于克罗地亚萨格勒布医学研究与职业健康研究所实验动物中心。经过两周适应期后，动物被随机分配到四种膳食处理组：对照组（CON）、高纤维对照组（CON-fiber）、饮用水中添加30%蔗糖组（HS）以及饮用水中添加30%蔗糖并增加纤维含量组（HS-fiber）。每种性别每组最初分配15只动物，并在1个月、12个月或24个月后分别处死每种性别、每种饮食处理组的5只动物。主要关键技术方法包括：
- 1.
葡萄糖稳态分析和血清生化检测：通过血糖仪测量空腹血糖，使用大鼠胰岛素ELISA试剂盒测定血清胰岛素，并计算稳态模型评估胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）和定量胰岛素敏感性检测指数（QUICKI）。
- 2.
肝脏脂肪酸分析：采用Folch法提取肝脏总脂质，经碱催化甲酯化后，利用气相色谱-质谱联用系统（GC-MS）分析肝脏脂肪酸谱，结果以占总鉴定脂肪酸的百分比表示。
- 3.
丙二醛（MDA）分析：采用高效液相色谱法（HPLC）测定血清和肝脏组织中的MDA浓度，作为脂质过氧化的指标。
- 4.
RNA提取与逆转录定量PCR：从肝脏组织中提取总RNA，使用一步法RT-qPCR检测编码SCD1、Fads1、Fads2、NRF2、TNFα和TGFβ的基因mRNA表达，并以β-肌动蛋白和亲环蛋白作为内参基因，采用2-ΔΔCt法计算相对表达量。
研究结果
3.1 实验设计与体重
实验设计显示，在24个月时，CON-fiber组体重较低，而HS组体重高于相应的CON组，表明长期蔗糖摄入导致体重增加。
3.2 葡萄糖稳态与血清生化
高蔗糖喂养与雄性和雌性大鼠的葡萄糖稳态和胰岛素敏感性显著改变相关。HOMA-IR的变化与观察到的血糖变化一致，两组间的差异具有统计学意义。QUICKI值在高蔗糖饮食的动物中降低。血尿素氮（BUN）的降低在两性中均有观察到，主要与高蔗糖喂养相关。雌性中，HS组的血清胆固醇显著高于CON、CON-fiber和HS-fiber组。未检测到其他生化指标的显著处理相关差异。
3.3 多变量分析区分长期蔗糖相关脂肪酸模式
24个月的sPLS-DA得分图显示肝脏脂肪酸谱存在清晰的多元分离。成分1主要将蔗糖喂养动物与非蔗糖组分开，成分2则在性别和饮食亚组之间提供了额外分离。变量图谱显示，长期蔗糖暴露产生的肝脏脂肪酸谱与CON组截然不同，主要表现为更高的MUFA相关变量和更低的n-6相关变量。
3.4 肝脏单不饱和脂肪酸和Δ9-去饱和酶表达在长期蔗糖暴露期间增加
肝脏MUFA谱在1个月时几乎没有变化，而在12个月和24个月后出现了明显的处理相关差异。棕榈油酸和油酸在HS和HS-fiber组中显著增加。这些MUFA的变化伴随着肝脏SCD1 mRNA表达的差异。在24个月时，HS和HS-fiber组的SCD1表达均显著升高，其中雌性HS组的相对表达量达到约16倍。
3.5 长期饮食处理改变了肝脏n-6脂肪酸和DHA
主要n-6脂肪酸和DHA的比例在1个月时各组相似，但随着长期暴露而发生显著变化。亚油酸和花生四烯酸在HS和HS-fiber组中在12个月和24个月时持续降低。相反，n-6二十二碳五烯酸在12个月时出现短暂增加，但在24个月时消失。DHA在所有干预组（包括CON-fiber）中在12个月和24个月时均表现出持续下降。
3.6 Δ5-和Δ6-去饱和酶表达随暴露持续时间而变化
Fads1和Fads2的表达在各采样点和性别中显示出与处理相关的差异。例如，在12个月时，HS-fiber组的Fads1和Fads2表达在某些情况下升高；而在24个月时，Fads1在HS和HS-fiber雌鼠中降低，Fads2在多数处理组雄鼠中降低，但在HS-fiber雌鼠中升高。
3.7 氧化应激随长期蔗糖暴露而增加
脂质过氧化标志物和肝脏NRF2 mRNA表达在各采样点显示出处理相关差异。血清和肝脏MDA在1个月时无显著差异，但在12个月时HS组开始显著升高，并在24个月时进一步加剧，HS组达到最高值，HS-fiber组也有显著但较小的增加。NRF2表达在12个月时在蔗糖喂养组中升高，但在24个月时却在所有干预组中显著低于CON组，这与最高的MDA浓度相吻合。
3.8 促炎和促纤维化基因表达主要在蔗糖喂养大鼠中增加
TGFβ表达在12个月时在HS组中升高，并在24个月时仍在HS组中保持高水平。TNFα表达在12个月时在HS组中增加，而在24个月时在两个蔗糖喂养组中均显著增加，其中雌性HS组的相对表达量达到了约22倍，这是本研究中最为显著的炎症转录反应。
讨论与结论总结
讨论部分指出，高蔗糖喂养诱导了一种以血糖和HOMA-IR升高以及QUICKI降低为特征的代谢表型，证实了蔗糖喂养啮齿动物作为代谢综合征和胰岛素抵抗实验模型的适用性。肝脏脂肪酸组成的显著改变，特别是MUFA比例和SCD1表达的同时增加，表明Δ9去饱和途径是长期肝脏适应的一个重要组成部分。n-6脂肪酸谱的变化方向不同，表现为亚油酸和花生四烯酸的逐步减少，以及DHA在所有干预组中的持续降低。研究观察到22:5n-6在12个月时的短暂增加可能是一种对DHA减少的代偿机制，但这种代偿在24个月时减弱。NRF2表达的早期升高和后期降低，结合MDA浓度的持续增加，表明了脂质过氧化与抗氧化防御之间的动态关系。炎症和促纤维化转录反应与氧化变化并行发展，尤其在HS组中更为显著。多变量分析（sPLS-DA）综合展示了这些变化，确认了蔗糖喂养组与非蔗糖组的主要区别。
研究结论部分翻译如下：长期蔗糖摄入可能通过破坏肝脏脂质代谢、氧化平衡和炎症信号传导而导致进行性代谢功能障碍。在不同的采样点观察到了与处理相关的差异，这表明长期的膳食糖暴露和衰老可能共同影响代谢稳态。从转化医学的角度来看，这些发现强调了在评估代谢风险时考虑膳食糖暴露持续时间和生物衰老过程的重要性。在性别和饮食处理组之间观察到的差异表明代谢反应存在异质性，尽管额外纤维的作用未经直接检验。然而，这些发现是在通过饮用水补充蔗糖的啮齿动物模型中获得的，不能直接外推到人类的饮食模式。尽管如此，它们为了解长期糖暴露、衰老和代谢改变之间的关系提供了见解，并可能有助于指导未来关于预防年龄相关性代谢功能障碍的饮食策略的研究。
