《Frontiers in Food Science and Technology》：Bioinspired rhyolite particles as a functional material for lipid regulation in diet-induced obesity
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许多哺乳动物具有食土行为，摄入源自岩石的矿物以获取营养并促进体内解毒。受这种动物行为启发，研究人员将流纹岩颗粒（一种天然矿物）作为高脂饮食（high-fat diet, HFD）中脂质代谢的调节剂，研究其在调节脂质消化和预防肥胖风险中的作用，并与活性竹炭（ac
许多哺乳动物具有食土行为，摄入源自岩石的矿物以获取营养并促进体内解毒。受这种动物行为启发，研究人员将流纹岩颗粒（一种天然矿物）作为高脂饮食（high-fat diet, HFD）中脂质代谢的调节剂，研究其在调节脂质消化和预防肥胖风险中的作用，并与活性竹炭（activated bamboo charcoal, ABC）进行比较。在体外消化模型中，流纹岩颗粒无论粒径大小均抑制了胰脂肪酶（pancreatic lipase）和α-淀粉酶（α-amylase）的活性，减少了游离脂肪酸（free fatty acids, FFA）的释放。同样，在体内实验中，流纹岩补充抑制了体重增加，改善了血浆和肝脏脂质谱，并维持了肠道和肝脏组织的完整性。肠道菌群的细菌组成也改善至接近正常状态。研究结果表明，受食土行为启发的流纹岩颗粒是一种通过脂质调节和与肠道菌群相互作用来预防饮食诱导肥胖的有前景的天然材料。
世界卫生组织数据显示，2016年全球有19亿成人超重，其中超过6.5亿人肥胖，每年导致约400万人死亡。西方饮食尤其是高脂饮食（high-fat diet, HFD）是肥胖率持续攀升的主要驱动因素。肥胖不仅促进代谢功能障碍，还增加2型糖尿病、心血管疾病、非酒精性脂肪性肝病、慢性肾病及多种癌症的风险。现有的抗肥胖药物和减重手术虽然有效，但长期使用存在成本高、可能诱发炎症、毒性以及肠道菌群紊乱等问题。因此，寻找更简单、低风险、可持续的辅助策略成为迫切需求。靶向膳食脂肪吸收是一种有潜力的策略，非消化性脂质结合剂可在胃肠道中隔离膳食脂肪，减少其吸收和后续能量摄入。活性炭虽被研究用于此目的，但其非选择性吸附营养物质且生产过程对环境有害。受动物食土行为启发，研究人员注意到流纹岩（rhyolite）这种火山矿物，其富含硅酸盐成分和高比表面积，理论上可吸附有机分子、胆汁盐和毒素，但作为膳食补充剂在HFD模型中的抗肥胖作用尚未被充分探索。为此，研究人员假设口服流纹岩颗粒可作为生物启发的功能性矿物，在HFD诱导肥胖小鼠模型中通过调节脂质代谢抑制体重增加。
研究人员首先通过体外模拟胃肠道消化模型评估不同粒径流纹岩颗粒对消化酶活性、pH及胆汁盐相互作用的影响，随后在HFD诱导肥胖小鼠模型中比较流纹岩与活性竹炭（activated bamboo charcoal, ABC）的疗效，评价体重、脂肪沉积、肝脏和肠道功能、血浆生化指标及肠道菌群变化。结果表明，流纹岩颗粒能抑制胰脂肪酶和α-淀粉酶活性，减少游离脂肪酸释放；在体内能抑制体重增加、改善血浆和肝脏脂质谱、维持组织完整性并调节肠道菌群。该研究为开发天然、安全、环保的抗肥胖功能材料提供了新思路。论文发表在《Frontiers in Food Science and Technology》。
本研究采用的关键技术方法包括：利用行星式球磨机制备不同粒径的流纹岩颗粒（Rhyolite-A、B、C），并通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线荧光光谱（XRF）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和BET比表面积分析进行物化表征；体外采用模拟进食状态胃肠消化模型（FaSSIF/FeSSIF/FeSSGF体系），结合pH-stat滴定定量游离脂肪酸释放和酶活性；体内选取28只6周龄雄性ICR小鼠（购自日本SLC），随机分为正常饮食、HFD、HFD+5% Rhyolite-C和HFD+5% ABC四组，干预12周；通过血液生化分析、肝组织匀浆生化检测、苏木精-伊红（H&E）染色组织病理学检查评估效果；对粪便样本进行DNA提取和16S rRNA基因（V4-V5区）扩增测序，利用QIIME2和PICRUSt2分析菌群组成及功能预测。
**3.1 流纹岩颗粒的理化表征与细胞毒性（Physicochemical characterization and cytotoxicity of rhyolite particles）**
通过SEM、XRD、BET、FT-IR和XRF表征发现，球磨处理显著减小粒径并增大比表面积；Rhyolite-C粒径最小（0.67 μm），比表面积最高（18.96 m
2/g），矿物相主要为石英、正长石、方石英和硅线石。Caco-2细胞活性实验显示，流纹岩颗粒的细胞存活率高于ABC，未表现出明显毒性，提示其具有良好的生物相容性和安全性。
**3.2 体外消化研究（In vitro digestion studies）**
在模拟进食状态下的胃肠消化模型中，流纹岩颗粒以粒径依赖方式显著抑制脂质水解和淀粉水解，降低胰脂肪酶和α-淀粉酶活性，减少游离脂肪酸和葡萄糖释放。光学显微镜观察显示，较小粒径的流纹岩产生更多、更小的乳滴，推测其较高的比表面积有助于捕获更多脂质。FT-IR光谱表明，消化后流纹岩核心硅酸盐结构完整，表面检测到脂质和碳水化合物吸附残基，支持物理吸附和酶-底物相互作用干扰的抑制机制。
**3.3 流纹岩颗粒抑制HFD诱导肥胖小鼠的体重增加（Evaluation of rhyolite particles for suppressing body weight in HFD-induced obesity mice）**
12周干预后，HFD组体重显著增加，而HFD+5% Rhyolite-C和HFD+5% ABC组体重增加被明显抑制，各组摄食量无显著差异。但5%非营养性流纹岩置换使饲料能量密度从4.03 kcal/g降至3.83 kcal/g，提示体重下降可能部分归因于热量稀释。H&E染色显示，流纹岩组肝脏脂质积累明显少于HFD组，且小肠和结肠隐窝形态正常，表明流纹岩可减少肝脏脂质过度积累，并可能对肠道上皮具有物理屏障保护作用。
**3.4 血浆和肝脏生化参数（Evaluation of plasma and liver biochemical parameters）**
与HFD组相比，流纹岩和ABC补充显著降低了升高的血浆肝功能标志物（碱性磷酸酶ALP、丙氨酸氨基转移酶ALT、天冬氨酸氨基转移酶AST）和脂质标志物（总胆固醇、甘油三酯、游离脂肪酸），且Rhyolite-C组恢复至与正常饮食组无显著差异的水平。肝脏匀浆中的总胆固醇、甘油三酯和游离脂肪酸也呈现类似改善。12周实验期间无死亡发生，提示流纹岩颗粒在该条件下具有良好的耐受性。
**3.5 粪便肠道菌群群落（Fecal gut microbiota communities）**
16S rRNA扩增测序显示，HFD导致肠道菌群中Firmicutes丰度升高、Bacteroidota丰度降低，Firmicutes/Bacteroidota（F/B）比值增加；流纹岩和ABC处理使菌群组成趋近正常状态。PICRUSt2功能预测显示，HFD组约有2,400个基因丰度与对照组存在显著差异，而流纹岩组差异基因减少至约1,000个；功能通路分析表明，HFD组富集氨基酸代谢和脂肪酸延伸途径，流纹岩组则富集氨基糖和核苷酸糖代谢，且脂肪酸降解和生物合成活性较低。这些结果表明，流纹岩颗粒可能通过调节肠道菌群组成及其代谢功能影响宿主脂质代谢。
讨论部分指出，流纹岩颗粒的作用机制可能涉及物理吸附膳食脂质和碳水化合物底物、吸附消化酶或形成颗粒-底物复合物产生空间位阻、以及改变乳化和脂滴尺寸，从而抑制消化吸收。此外，流纹岩显著影响肠道菌群组成和脂肪酸代谢相关基因表达，提示其代谢调节作用超越单纯的营养物结合。安全性方面，体外细胞实验和12周小鼠处理均未观察到明显不良效应。
研究结论可翻译为：受野生动物食土行为启发，本研究证明流纹岩颗粒具有作为脂质调节剂的新功能，可能为肥胖治疗提供有前景的策略。流纹岩颗粒改变了肠道菌群组成和与脂肪酸
