地黄提取物作为新型生酮功能性食品增强酮体表达并缓解溃疡性结肠炎

《Food Science & Nutrition》：Rehmannia glutinosa Extracts Enhances Ketone Bodies Expression and Alleviates Ulcerative Colitis as A Novel Ketogenic Functional Food

　　

生酮饮食（ketogenic diet, KD）作为一种临床上常用的增加酮体的方法，可因改变正常饮食结构而诱发不良反应。本研究旨在阐明地黄（Rehmannia glutinosa, DH），作为“药食同源中药”的代表性植物，也具有生酮效应，并可用于缓解溃疡性结肠炎（ulcerative colitis, UC）。通过分子对接、酶活性测定、能量代谢指标及酮体水平测量，确认了DH的生酮效应。通过肝肾功能指标检测评估了DH的安全性。通过葡聚糖硫酸钠（dextran sulfate sodium, DSS）诱导的C57BL/6J小鼠模型及UC相关病理指标的测量，验证并比较了DH与传统KD对UC的作用。动物研究表明，以1.5 g/kg/day的剂量给予DH提取物可有效增强小鼠的酮体表达。该效应可能归因于生酮关键酶如3-羟基丁酸脱氢酶1（3-hydroxybutyrate dehydrogenase 1, BDH1）和3-羟甲基戊二酰辅酶A合酶2（3-hydroxymethylglutaryl-CoA synthase 2, HMGCS2）活性的增加。在UC模型中，DH和KD均显著缓解了肠道炎症、氧化应激损伤，并减轻了UC损害。主要机制可能与抑制STAT3信号通路有关。本研究证明，DH可作为新型生酮功能性食品，用于增强酮体表达并应用于UC管理。

**论文解读：地黄提取物作为新型生酮功能性食品增强酮体表达并缓解溃疡性结肠炎**

**研究背景**
生酮饮食（ketogenic diet, KD）是一种低碳水、高脂肪的饮食模式，通过诱导肝脏代谢脂肪生成酮体（包括乙酰乙酸、β-羟基丁酸（βOHB）和丙酮），为机体提供替代能源。KD已被应用于癫痫、癌症等疾病的防治，但其改变正常饮食结构可导致疲劳、腹泻、酮症酸中毒等不良反应，长期使用还可能增加肝、肾及心血管疾病风险。因此，开发一种不改变正常饮食结构的新型生酮方法具有重要潜力。酮体，尤其是βOHB，可作为抗炎信号分子，通过限制钾离子外流、抑制炎症介质表达等途径缓解炎症反应。溃疡性结肠炎（ulcerative colitis, UC）是一种慢性炎症性肠病，表现为结肠和直肠的弥漫性炎症，其发病机制涉及免疫失调、肠道菌群改变、遗传易感性和环境因素。现有药物治疗（如氨基水杨酸类、糖皮质激素、免疫调节剂）常伴随不良反应、疗效不佳、激素依赖和耐药等问题。生酮疗法已被尝试用于UC治疗，但传统KD的安全性限制了其应用。药食同源中药（medicinal and edible homologous traditional Chinese medicines, MEH）因其多活性成分、多靶点机制及低毒副作用，在疾病防治中具有独特优势。地黄（Rehmannia glutinosa, DH）作为MEH的代表，具有抗炎、抗氧化等活性，但除直接作用于疾病靶点外，是否可通过调节内源性功能分子（如βOHB）代谢发挥治疗作用尚不明确。βOHB已被证明可抑制信号转导及转录激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3, STAT3）和胱天蛋白酶1（caspase-1），从而缓解细胞焦亡。STAT3在UC发病中起关键作用，但DH或KD的生酮作用是否通过抑制STAT3缓解UC，尚未有研究。

**研究目的**
本研究假设DH除其活性成分固有的抗炎和抗氧化特性外，还可作为新型生酮功能性食品，通过增强酮体（如βOHB）表达，结合直接植物化学抗炎与次级生酮效应的双重作用，为UC治疗提供新策略。为验证该假说，研究人员首先通过分子对接、酶活性测定和动物实验确认DH的生酮效应，随后利用DSS诱导的C57BL/6J小鼠UC模型，证明DH可达到与传统KD相似的效果，均能有效减轻结肠炎损伤，其机制可能涉及抑制STAT3通路。同时，与传统KD相比，DH在UC模型中表现出更优的抗氧化、抗炎和安全性特征。

**主要技术方法**
研究人员采用分子对接技术预测DH活性成分与生酮相关蛋白的结合能力；使用酶活性检测试剂盒测定肝脏中BDH1和HMGCS2的活性；通过DSS诱导C57BL/6J小鼠（雄性，6–8周，SPF级，购自河南斯克贝斯生物技术有限公司）建立急性UC模型，设置对照组（C）、模型组（DSS）、高剂量DH提取物组（DSS+DHh，1.5 g/kg/day）、低剂量DH提取物组（DSS+DHl，0.75 g/kg/day）、美沙拉嗪阳性对照组（DSS+5ASA，200 mg/kg/day）和传统KD组（DSS+KD）。通过ELISA试剂盒检测血液和结肠组织中酮体（总酮体、βOHB）、炎症因子（TNF-α、IL-1β、IL-18、IL-6）、氧化应激指标（T-SH、T-AOC、MDA、SOD）及STAT3通路蛋白（STAT3、p-STAT3、caspase-1）水平；使用生化试剂盒检测血浆能量代谢指标（葡萄糖、甘油三酯TG、胰岛素）及肝肾功能指标（ALT、AST、BUN、肌酐、尿酸）。采用Spearman相关分析评估βOHB水平与STAT3通路的相关性。

**研究结果**
**3.1 分子对接与初步验证**
分子对接显示DH的主要活性成分与生酮相关蛋白（BDH1、AAD、ACAT、HMGCL、HMGCS2）具有强结合力，其中BDH1结合能最低（-9.2 kcal/mol）。动物实验表明，DH不显著影响BDH1和HMGCS2的表达水平，但显著增强其酶活性，提示DH可能通过调节肝脏生酮酶活性影响酮体生成。

**3.2 DH与传统KD的生酮效应比较**
在第8天，DSS+DHh组小鼠血液和结肠组织中的总酮体及βOHB水平均显著高于DSS组，证实DH在DSS诱导的UC模型中具有强效生酮能力。DSS+KD组酮体水平也显著升高，但DH组酮体水平低于KD组。DSS和5ASA不影响酮体代谢。

**3.3 DH与传统KD对能量代谢和肝肾功能的影响**
KD干预导致血浆葡萄糖、TG和胰岛素水平显著降低，而DH仅降低TG，对葡萄糖和胰岛素无显著影响。KD组尿酸水平显著升高，而DH组肝肾功能指标（ALT、AST、BUN、肌酐、尿酸）与DSS组无显著差异，表明DH在生酮同时不引起肝肾功能损伤，安全性优于传统KD。

**3.4 DH与传统KD对UC的缓解作用**
DSS+DHh组有效改善了DSS诱导的体重下降、DAI评分升高、脾指数增加、结肠长度缩短、黏膜损伤及MPO水平升高，效果与DSS+KD组相当，表明DH可有效缓解UC。

**3.5 DH与传统KD的抗氧化应激和抗炎作用比较**
DSS+DHh和DSS+KD组均显著降低了结肠中MDA和炎症因子（TNF-α、IL-1β、IL-18、IL-6）水平，升高了抗氧化因子（T-SH、T-AOC、SOD）水平。对于SOD、TNF-α和IL-6，DH的效果显著优于传统KD。

**3.6 DH与传统KD抑制STAT3通路**
DSS+DHh和DSS+KD组中p-STAT3、p-STAT3/STAT3比值及caspase-1水平显著低于DSS组，而STAT3总水平无显著变化。相关分析显示，βOHB水平（血液和结肠）与p-STAT3/STAT3、p-STAT3和caspase-1显著相关，尤其与p-STAT3/STAT3相关最强，表明DH和KD通过抑制STAT3磷酸化减轻炎症反应。

**讨论与结论**
本研究证实DH提取物可作为新型生酮功能性食品，在不改变正常饮食结构的前提下增强酮体表达，并应用于缓解UC。DH的生酮效应可能源于其多种活性成分协同调节生酮关键酶（如BDH1、HMGCS2）的活性，而非影响其表达水平。DH和传统KD缓解UC的潜在机制均涉及抑制STAT3磷酸化，从而降低p-STAT3和caspase-1水平，减少下游炎症因子IL-1β和IL-18的产生。与传统KD相比，DH在DSS诱导的UC小鼠模型中表现出更优的抗氧化、抗炎和安全性特征：DH仅降低TG水平，不影响血糖、胰岛素及肝肾功能，且不引起尿酸升高，避免了传统KD常见的低血糖和高尿酸血症风险。此外，DH的活性成分（如地黄多糖、梓醇等）本身具有抗炎和抗氧化活性，其调节肠道菌群的能力也可能构成额外的抗UC机制，形成直接植物化学抗炎与次级生酮效应的双重协同作用。

**研究结论**
本研究证明，DH提取物可作为新型生酮功能性食品，在不改变正常饮食结构的情况下增强酮体表达，并可用于缓解UC。DH和传统KD缓解UC的潜在机制均可能涉及抑制STAT3磷酸化。与传统KD相比，DH在DSS诱导的UC小鼠模型中表现出更优的抗氧化、抗炎和安全性特征。本研究验证了DH作为天然功能性食品成分在增强生酮和治疗相关疾病方面的潜力。然而，仍需进一步证据阐明DH发挥碳水化合物耐受性生酮和抗炎效应的具体机制，并评估其作为新型生酮食品的长期安全性和临床应用前景。