《Food Production, Processing and Nutrition》：Effects of bioprocessed potato peel extract on hepatic steatosis in obese rats: modulation of lipid metabolism, bile acid synthesis, and oxidative stress
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摘要
马铃薯皮是食品加工副产物的重要组成部分，对环境污染负担有显著贡献。然而，其中含有多种具有潜在促进健康特性的生物活性化合物。本研究旨在探讨经米根霉（*Rhizopus oryzae*）发酵、通过微生物生物转化富集生物活性代谢物的马铃薯皮提取物（potat
摘要
马铃薯皮是食品加工副产物的重要组成部分，对环境污染负担有显著贡献。然而，其中含有多种具有潜在促进健康特性的生物活性化合物。本研究旨在探讨经米根霉（*Rhizopus oryzae*）发酵、通过微生物生物转化富集生物活性代谢物的马铃薯皮提取物（potato peel extract，PPE）对改善高脂饮食（high-fat diet，HFD）诱导的大鼠代谢功能障碍相关性脂肪性肝病（metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease，MASLD）的作用。雄性Sprague–Dawley（SD）大鼠饲喂HFD 4周以诱导肥胖，随后分为5组：对照组、HFD组、HFD+100 mg/kg体重PPE组（PPE100）、HFD+200 mg/kg体重PPE组（PPE200）及HFD+20 mg/kg体重多廿烷醇组（P20）。治疗持续4周。采集血液和肝脏样本，通过测定血清和肝脏中甘油三酯、总胆固醇及游离脂肪酸水平评估与脂质积聚相关的参数。评估分化簇36（cluster of differentiation 36，CD36）的表达以考察肝脏脂肪酸摄取；通过乙酰辅酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）和脂肪酸合酶（fatty acid synthase，FAS）的表达评估肝脏脂质从头合成；相反，通过过氧化物酶体增殖物激活受体α（peroxisome proliferator-activated receptor alpha，PPAR-α）、肉碱棕榈酰转移酶-1A（carnitine palmitoyltransferase-1A，CPT-1A）、羟酰辅酶A脱氢酶三功能多酶复合体α亚基（hydroxyacyl-CoA dehydrogenase trifunctional multienzyme complex subunit alpha，HADHA）及乙酰辅酶A酰基转移酶2（acetyl-CoA acyltransferase 2，ACAA2）检测脂肪酸氧化；胆固醇稳态和胆汁酸代谢涉及低密度脂蛋白受体（low-density lipoprotein receptor，LDLR）、HMG-CoA还原酶、胆固醇7α-羟化酶（cholesterol 7α-hydroxylase，CYP7A1）及胆汁盐输出泵（bile salt export pump，BSEP）的表达；通过测定丙二醛（malondialdehyde，MDA）水平评估氧化应激，而抗氧化状态通过抗氧化酶活性和核因子E2相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）信号进行评估。组织病理学变化通过组织病理学检查和NAFLD活动度评分（NAFLD activity score，NAS）评估。机制分析表明，PPE通过减少肝脏脂质转运和脂质从头合成、同时促进脂肪酸氧化并调节胆汁酸稳态来改善肝脏脂质积聚。此外，PPE通过上调Nrf2表达减轻氧化应激，表现为MDA水平降低和抗氧化防御机制增强。上述效应进一步得到肝脏组织病理学改善的支持。综上所述，这些发现表明发酵PPE可作为功能性食品成分，将可持续食品加工与营养策略及MASLD管理相结合。
生物加工马铃薯皮提取物改善肥胖大鼠肝脂肪变性的机制研究解读
**研究背景与现存问题**
代谢功能障碍相关性脂肪性肝病（metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease，MASLD）是一种以肝脏过度脂质积聚为特征、并伴有至少一种心血管代谢危险因素的慢性肝病。流行病学数据显示，MASLD全球患病率约为38%，且在肥胖人群中高达约75%。随着疾病进展，MASLD可发展为代谢功能障碍相关性脂肪性肝炎（metabolic dysfunction-associated steatohepatitis，MASH），进而增加肝硬化与肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）风险。高脂饮食（high-fat diet，HFD）是诱导肥胖相关MASLD的主要因素之一，其通过促进肝脏脂质摄取与脂质从头合成、抑制脂肪酸氧化（fatty acid oxidation，FAO）以及损害极低密度脂蛋白（very low-density lipoprotein，VLDL）输出而导致肝内脂质积聚。此外，过量游离脂肪酸（free fatty acids，FFAs）可通过分化簇36（cluster of differentiation 36，CD36）进入肝细胞，激活脂质合成通路；同时，氧化应激作为另一关键病理机制，通过过量活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生损害抗氧化防御系统。目前MASLD的治疗策略有限，现有药物疗效与长期安全性证据不足，亟需开发安全有效的干预手段。马铃薯皮作为食品加工业主要副产物，富含多酚、绿原酸、多廿烷醇、脂肪酸和膳食纤维等生物活性化合物，但常被以环境有害方式处置。利用微生物发酵进行生物加工，可提升马铃薯皮提取物（potato peel extract，PPE）中生物活性成分的含量与活性，为实现废弃物资源化利用和MASLD管理提供新思路。
**研究目的与实验设计**
研究人员提出假设：经米根霉（*Rhizopus oryzae*）发酵的PPE可通过抑制肝脏脂质摄取和脂质从头合成、促进FAO、增强胆汁酸合成以改善胆固醇稳态，并通过激活Nrf2依赖性抗氧化信号减轻氧化应激，从而改善HFD诱导的MASLD。实验采用雄性Sprague–Dawley（SD）大鼠，以HFD喂养4周诱导肥胖后，将大鼠分为5组：正常饮食对照组、HFD组、HFD+100 mg/kg体重PPE组（PPE100）、HFD+200 mg/kg体重PPE组（PPE200）及HFD+20 mg/kg体重多廿烷醇组（P20），连续处理4周。研究首先通过口服脂肪耐量试验（oral fat tolerance test，OFTT）评估PPE对餐后脂质代谢的短期影响；随后采集血液和肝脏样本，系统检测脂质谱、肝脏脂质积聚、脂质代谢相关基因和蛋白表达、胆汁酸代谢、氧化应激标志物及组织病理学变化。
**主要关键技术方法**
PPE的制备采用米根霉固态发酵，结合均质化和超声辅助提取技术获得发酵提取物。采用高效液相色谱（HPLC）定量绿原酸，气相色谱（GC）测定二十八烷醇和脂肪酸组成，Folin-Ciocalteu法测定总酚含量，ABTS和H?O?清除实验评估体外抗氧化活性。动物实验中，通过OFTT评估餐后脂质反应；采用生化试剂盒测定血清和肝脏脂质谱；利用Western blot检测ACC、FAS、LDLR、Nrf2蛋白表达；采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测Cd36、Ppara、Cpt1a、Hadha、Acaa2、Hmgcr、Cyp7a1、Bsep等基因mRNA表达；通过比色法测定肝脏FFAs含量；采用黄嘌呤氧化酶法、紫外分光光度法等测定SOD、过氧化氢酶（catalase）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）活性；硫代巴比妥酸反应物（TBARS）法测定MDA水平；苏木精-伊红（H&E）染色进行组织病理学检查并计算NAFLD活动度评分（NAS）。
**研究结果**
**PPE的理化特性与生物活性成分**
未发酵PPE的水分、蛋白质、脂肪、灰分和碳水化合物等基础营养成分分析显示其能量含量约为34.71 kcal/g。发酵后，PPE中二十八烷醇含量由19.07±0.31 μg/g显著增加至26.11±1.04 μg/g，绿原酸含量由0.02±0.02 mg/g显著增加至1.52±0.14 mg/g。脂肪酸分析鉴定出月桂酸（C12:0）、肉豆蔻酸（C14:0）、棕榈酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1）和亚油酸（C18:2，n-6）。发酵PPE的总酚含量为38.65±2.643 mg GAE/g提取物，ABTS自由基清除能力（TEAC值）为58.743 mg Trolox当量/克提取物，IC50为15,320 μg/mL；H?O?清除实验IC50为325.2 μg/mL，表明发酵PPE具有显著的体外抗氧化活性。
**PPE对餐后脂质代谢的影响**
OFTT结果显示，在脂质负荷后2小时，PPE100组血清甘油三酯水平显著高于对照组；此后PPE100组甘油三酯水平随时间持续下降并接近基线水平，而对照组下降较慢且在整个观察期维持较高水平。整个实验期间，PPE100组的甘油三酯曲线下面积（AUC）显著低于对照组，提示PPE可促进餐后脂质清除。
**PPE对体重、肥胖指数和肝脏指数的影响**
HFD组大鼠最终体重较对照组显著增加，表明肥胖模型建立成功。与HFD组相比，各治疗组最终体重均降低。PPE100、PPE200和P20组的肥胖指数、肝脏重量和肝脏指数均较HFD组显著下降，表明PPE和多廿烷醇可减轻肝脏肿大并改善肥胖相关的代谢紊乱。
**PPE改善血脂谱**
HFD组血清甘油三酯、总胆固醇和低密度脂蛋白（LDL）水平显著高于对照组，而高密度脂蛋白（HDL）水平降低。PPE100、PPE200和P20治疗均显著降低血清甘油三酯、总胆固醇和LDL水平，并显著升高HDL水平，表明PPE具有改善HFD诱导的血脂异常作用。
**PPE减轻肝脏脂质积聚**
HFD组肝脏FFAs、甘油三酯和总胆固醇水平均较对照组升高。PPE100、PPE200和P20处理均可显著降低上述肝脏脂质水平，提示PPE可减轻肝脂肪变性。
**PPE改善肝脏组织病理学变化**
大体观察显示HFD组肝脏颜色苍白。H&E染色显示HFD组存在显著的大泡性脂肪变性、小叶炎症和肝细胞气球样变。各治疗组上述病理特征均得到缓解，NAS评分显著低于HFD组，表明PPE可有效减少肝脏脂质积聚并延缓MASLD向MASH进展。
**PPE抑制肝脏脂质合成与摄取**
HFD组Cd36 mRNA表达显著升高，各治疗组Cd36表达较HFD组显著降低，提示FFAs摄取减少。HFD组Hmgcr mRNA表达升高，各治疗组显著下调，表明胆固醇合成受到抑制。HFD组ACC和FAS蛋白表达升高，各治疗组显著降低，表明脂质从头合成受抑。PPE200组LDLR蛋白表达较HFD组显著升高，提示肝脏胆固醇清除能力增强。
**PPE促进脂肪酸氧化**
HFD组肝脏FAO相关基因（Ppara、Cpt1a、Hadha、Acaa2）mRNA表达均较对照组显著降低。各治疗组上述基因表达均显著升高，表明PPE可增强线粒体脂肪酸β氧化能力，从而减少肝细胞内脂质积聚。
**PPE增强胆汁酸合成并降低粪便脂质水平**
HFD组Cyp7a1和Bsep mRNA表达较对照组显著降低，各治疗组均显著上调。粪便中甘油三酯和总胆固醇水平在HFD组显著升高，而各治疗组均显著降低，提示PPE通过上调Cyp7a1和Bsep促进胆固醇向胆汁酸转化和胆汁酸分泌，从而改善肝脏脂质清除，而非通过粪便直接排出脂质。
**PPE减轻氧化应激**
HFD组肝脏Nrf2蛋白表达较对照组下调，血清和肝脏中SOD、过氧化氢酶和GPx活性均显著降低，而MDA水平显著升高。各治疗组Nrf2表达显著上调，伴随抗氧化酶活性显著增强和MDA水平显著下降，表明PPE通过激活Nrf2信号通路增强抗氧化防御并减轻脂质过氧化。
**讨论与结论**
本研究表明，发酵PPE通过多重机制改善HFD诱导的MASLD。首先，发酵过程显著提高了PPE中绿原酸和二十八烷醇等生物活性成分含量。绿原酸具有抗氧化和调节脂质代谢的活性，可抑制CD36介导的FFAs摄取、下调ACC/FAS表达、上调PPAR-α及其下游FAO相关基因表达；二十八烷醇（多廿烷醇）可下调HMGCR表达并减少胆固醇合成。其次，PPE通过上调LDLR表达增强循环胆固醇清除，通过上调Cyp7a1和Bsep促进胆固醇向胆汁酸转化和排泄，从而维持肝脏胆固醇稳态。第三，PPE通过激活Nrf2信号通路上调抗氧化酶表达，降低MDA水平，减轻氧化应激损伤。组织病理学结果进一步支持了PPE对肝脏结构和功能的保护作用。研究还观察到PPE在增强LDLR表达方面优于多廿烷醇，提示提取物中其他植物化学成分可能产生协同效应。总体而言，发酵PPE作为一种可持续食品加工副产物资源化利用策略，具有开发为MASLD管理功能性食品成分的潜力。
