栗淀粉-脂质复合物作为非传统的RS5成分：结构特征及其在高脂饮食小鼠体内的相关反应

《International Journal of Biological Macromolecules》：Chestnut starch–lipid complex as a nontraditional RS5 ingredient: Structural features and associated in vivo responses in high-fat diet-fed mice

　　

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  DCS_C18 显示出 RS5 V/B 型晶体结构，增强了有序性和热稳定性。
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  DCS_C18 减少了 HFD 诱导的肥胖、血脂异常和胰岛素抵抗。
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  DCS_C18 比其他材料更有效地平衡了空腹和餐后血糖。
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  DCS_C18 丰富了产生 SCFA 的菌群，并增加了粪便中的乙酸/丁酸含量。
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  DCS_C18 改善了 HFD 相关的运动能力和焦虑相关参数。

引言

肥胖、2 型糖尿病及相关糖脂代谢紊乱仍然是主要的公共卫生挑战 [1]。抗性淀粉（RS）作为一种可被微生物群利用的碳水化合物，引起了人们的关注，因为它可以影响能量吸收、短链脂肪酸（SCFA）的生成、脂质代谢和血糖稳态 [2], [3], [4]。根据其结构起源和抗性机制，抗性淀粉通常被分为 RS1（物理包裹的淀粉）、RS2（天然抗性颗粒）、RS3（降解淀粉）、RS4（化学修饰淀粉）和 RS5（淀粉-脂质或其他自组装的 V 型复合物）[5]。在传统的定义中，RS5 指的是通过疏水相互作用在直链淀粉和脂质之间形成的左旋单螺旋 V 型包合物 [6]。根据复合物的类型和处理历史，RS5 可以是亚稳态的 V_I 型或更热稳定的 V_II 型晶体 [7]，相关研究已将 RS5 的概念扩展到包括通过分子自组装形成的具有 V 型晶体结构的淀粉复合物 [8]。

抗性淀粉的生理效应在很大程度上取决于淀粉来源、超分子结构和加工方式，而不仅仅是抗性淀粉本身的含量。例如，从玉米、土豆和木薯等主要淀粉中制备的 RS4 变体在晶体结构、交联化学、微生物群重塑和 SCFA 特性上可能存在差异 [9]。体外比较表明，在相似条件下，RS5 可以产生与其他类型的抗性淀粉不同的发酵模式，包括更高的 SCFA 和丁酸生成 [5]。人类和动物研究也表明，抗性淀粉介导的微生物群变化与脂肪减少和胰岛素敏感性提高有关 [10]。这些观察结果为利用结构指导的抗性淀粉设计作为精准饮食策略提供了基础。然而，这也突显了一个重要问题：目前的 RS5 研究主要集中在传统的淀粉平台和模型淀粉-脂质系统上，对于非传统、与食物相关的淀粉资源是否能转化为具有类似或差异化的代谢和微生物群调节特性的 RS5 成分知之甚少。

栗子（Castanea 属）是一种富含淀粉的坚果作物，具有很高的食用价值和区域经济价值 [11], [12]。与核桃和杏仁等富含脂质的坚果不同，栗子的大部分能量来源于淀粉，而且据报道天然栗子淀粉中含有大量的 RS2 [13], [14]。体外消化研究表明，栗子淀粉具有很高的抗酶水解能力，抗性淀粉含量为 43.8–85.6%，这表明它作为一种低血糖指数或富含膳食纤维的食品成分具有潜力 [15], [16], [17]。膳食中添加栗子也与小鼠腹腔脂肪组织和血清胆固醇的减少相关，且没有明显的毒性 [18]。从应用角度来看，将栗子衍生的抗性淀粉转化为结构化的成分，可以为栗子加工创造额外的价值，用于低血糖主食、烘焙产品、代餐饮品或功能性膳食纤维配方。然而，这些实际可能性需要超越结构重组和体外研究的证据。具体来说，应通过直接与天然栗子淀粉和已建立的活性对照物进行体内比较，来评估栗子衍生抗性淀粉的代谢性能，而不仅仅是将其作为一种新的包覆抗性淀粉材料。

在这里，我们使用棕榈酸（C16）和硬脂酸（C18）制备了栗子淀粉-脂质复合物，选择了结构上更稳定的复合物（DCS_C18），并评估了其在高脂饮食（HFD）喂养的雄性小鼠中的效果。本研究旨在回答三个相关问题：(i) 栗子淀粉是否可以形成具有消化抗性特征的热稳定性 RS5 型复合物；(ii) RS5 结构是否比天然栗子淀粉（RS2）具有代谢和微生物学优势；(iii) DCS_C18 的效果与常用的食品衍生生物活性对照物咖啡因和药理抗肥胖药物奥利司他相比如何。除了传统的糖脂终点外，我们还进行了开放场地行为测试，以筛选代谢调节是否伴随着运动活动或类似焦虑的行为变化。我们假设栗子衍生的抗性淀粉可以通过肠道微生物群-SCFA 机制减轻 HFD 诱导的糖脂紊乱，并表现出比刺激性干预更平衡的行为特征。

章节片段

材料

栗子（Castanea mollissima Blume）cv. Dabanhong 来自中国承德市宽城的商业果园。棕榈酸（纯度 ≥99.0%）、硬脂酸（纯度 ≥98.5%）、普鲁兰酶（表达在 Bacillus subtilis 中，浓度为 1498 NPUN/mL）、猪胰 α-淀粉酶（≥5 单位/mg 固体）和挥发性游离酸混合物（VFA 混合物，认证参考物质，纯度 ≥99.4%）均从 Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）购买。淀粉葡糖苷酶（3300 U/mL）也是从该公司购买的。

栗子淀粉-脂质复合物的结合指数（CI）

首要目标是确定栗子淀粉是否可以转化为结构稳定的 RS5 型复合物，以及脂肪酸链长度是否会影响复合物的形成。结合指数（CI）是衡量淀粉-脂质结合程度的定量指标，DCS_C18 的结合指数显著高于 DCS_C16（p < 0.05，图 1A）。这一结果表明，硬脂酸（C18）比棕榈酸（C16）更适合与去支链的栗子淀粉形成复合物。

结论

总之，我们的研究表明，栗子淀粉可以转化为含有硬脂酸的 RS5 型复合物，该复合物具有更高的结合指数、晶体结构、短程有序性、热稳定性和体外酶抗性。在高脂饮食喂养的小鼠中，DCS_C18 减少了体重增加、脂肪堆积、血脂异常、葡萄糖不耐受、胰岛素抵抗、肝脏脂质沉积和全身炎症。这些结果伴随着转录水平的变化。

使用的缩写

RS
抗性淀粉
CI
结合指数
DSC
差示扫描量热法
FWHM
半高全宽
RC
相对结晶度
RDS
快速消化淀粉
SDS
慢消化淀粉
SPF
无特定病原体
IVC
个体通风笼
RH
相对湿度
HFD
高脂饮食
OGTT
口服葡萄糖耐量测试
ITT
胰岛素耐量测试
FBG
空腹血糖
AUC
曲线下面积
OFT
开放场地测试
SLA
自发运动活动
TG
甘油三酯
TCHO
总胆固醇
HDL-C
高密度脂蛋白

CRediT 作者贡献声明

Zhenting Yu：撰写 – 原稿撰写、方法学设计、实验实施、数据分析。Nan Ma：软件开发、实验协助。Fan Wei：数据可视化、方法学优化。Jin Deng：数据分析。Haoxin Cui：方法学验证。Huan Lv：数据质量控制。Xuemeng Ji：数据整理。Yingshuang Lu：撰写 – 审稿与编辑、项目监督、软件开发、概念构思。Shuo Wang：项目监督、资源协调、资金申请。

利益冲突声明

作者声明本研究是在没有任何可能构成利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：U22A20544）的资助。

Zhenting Yu|Nan Ma|Fan Wei|Jin Deng|Haoxin Cui|Huan Lv|Xuemeng Ji|Yingshuang Lu|Shuo Wang