模拟胃肠消化后的碱性蛋白酶水解酪蛋白肽缓解高脂饮食诱导的小鼠代谢功能障碍

《Frontiers in Nutrition》：Alcalase-hydrolyzed casein peptides after simulated gastrointestinal digestion alleviate high-fat diet-induced metabolic dysfunction in mice

　　

背景与目的： 高脂饮食（HFD）诱导的代谢功能障碍与肠道微生物组成和肝脏脂质代谢紊乱有关。本研究探讨了经模拟胃肠消化后的碱性蛋白酶水解酪蛋白肽（MCPs）对HFD喂养小鼠的代谢影响，并探索了其与肠道菌群和粪便代谢物改变的潜在关联。 结果： MCPs补充剂减轻了HFD喂养小鼠的体重增加，改善了血清脂质谱，并缓解了肝脏脂肪变性和损伤。在结肠中，MCPs改善了组织学损伤，并抑制了促炎细胞因子（包括IL-6、IL-1β和TNF-α）的mRNA和蛋白表达。肠道菌群分析显示，补充MCPs后，阿克曼氏菌属（Akkermansia）、双歧杆菌属（Bifidobacterium）和乳杆菌属（Lactobacillus）的相对丰度增加，而脱硫弧菌属（Desulfovibrio）的丰度降低。粪便代谢组学鉴定出与胆汁酸和脂质代谢相关的特征改变，包括牛磺熊去氧胆酸（TUDCA）水平升高以及花生四烯酸代谢相关代谢物的减少。在肝脏中，MCPs下调了SREBP-1c/ACC/GPAT1脂肪生成信号通路，并增强了Nrf2/HO-1相关的抗氧化反应。相关性分析揭示了微生物-代谢物改变与宿主代谢表型之间的关联。 结论： 总的来说，MCPs可能通过调节肠道菌群相关的代谢谱，并改善肠道和肝脏的代谢反应，从而缓解HFD诱导的代谢功能障碍。

论文解读文章

研究背景

高脂血症是与饮食相关的代谢功能障碍的主要表现之一，可导致非酒精性脂肪性肝病和动脉粥样硬化性心血管疾病等并发症。长期摄入高脂饮食（HFD）会破坏脂质稳态，引发慢性低度炎症。HFD诱导的肠道菌群失调和肠屏障功能受损，可能促进脂多糖（LPS）进入血液循环，导致代谢性内毒素血症。循环中的LPS可激活Toll样受体4（TLR4）/NF-κB信号通路，加剧代谢性炎症。这些炎症反应与肝脏氧化应激、脂肪生成信号失调和脂质过度积累密切相关。因此，能够同时改善肠道稳态和肝脏脂质代谢的膳食策略，可能是缓解HFD诱导的代谢功能障碍的有效方法。食物源性的生物活性肽因其多样的生物活性和良好的安全性而备受关注。酪蛋白作为牛乳中的主要蛋白质，其酶解产物具有潜在的代谢调节活性。然而，许多研究忽略了生理消化对这些肽的深刻影响。经口摄入后，酪蛋白衍生肽会暴露于胃肠道蛋白水解作用，这可能会改变其肽谱并影响其结构特性和生物活性。因此，本研究旨在探究经过模拟胃肠消化的酪蛋白肽（MCPs）能否缓解HFD诱导的代谢功能障碍，以及这些效应是否与肠道菌群和粪便代谢物的改变有关。

研究方法与技术

研究人员采用Alcalase酶解并结合INFOGEST静态消化程序制备了MCPs。动物实验使用了健康的雄性C57BL/6J小鼠（来源：广东维通利华生命科技有限公司），随机分为正常饮食（ND）组、ND加MCP组、HFD组和HFD加MCP组，干预持续12周。研究采用了多种关键技术：通过生化试剂盒检测血清和组织中的脂质、肝功能及氧化应激指标；利用苏木精-伊红（H&E）染色进行组织病理学评估；采用16S rRNA基因测序（V3-V4区）分析粪便微生物群落多样性；运用基于超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UHPLC-QTOF MS）的非靶向代谢组学分析粪便代谢物谱；并通过实时定量聚合酶链反应（qRT-PCR）和免疫印迹法（Western blot）检测基因和蛋白的表达水平。

研究结果

1. 1.
   MCPs减轻HFD诱导的肥胖：通过监测体重变化和脂肪垫重量发现，MCPs补充在不影响摄食量的情况下，显著抑制了HFD引起的小鼠体重增加、白色脂肪组织（如肾周、附睾和皮下脂肪）的堆积以及附睾脂肪细胞的肥大。
2. 2.
   MCPs改善血脂异常：通过分析血清脂质谱和肝功能标志物发现，MCPs干预显著降低了HFD小鼠升高的血清总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平，提高了高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平，并恢复了谷丙转氨酶（ALT）和谷草转氨酶（AST）至接近正常水平。
3. 3.
   MCPs缓解肝脏脂肪变性：通过大体形态观察、H&E染色及肝脏生化指标检测发现，MCPs干预显著减轻了HFD引起的肝脏肿大、脂滴积聚和炎症浸润，并改善了肝脏氧化应激状态，表现为丙二醛（MDA）水平下降，超氧化物歧化酶（T-SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性恢复。
4. 4.
   MCPs改善肠道形态和炎症：通过结肠组织H&E染色及炎症因子的mRNA和蛋白表达分析发现，MCPs干预部分维持了HFD小鼠的肠道结构完整性，并显著下调了促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-6（IL-6）的表达。
5. 5.
   MCPs调节肝脏脂质代谢：通过免疫印迹和qRT-PCR分析发现，MCPs干预有效抑制了HFD激活的肝脏固醇调节元件结合蛋白1c（SREBP-1c）及其下游靶点乙酰辅酶A羧化酶（ACC）和甘油-3-磷酸酰基转移酶1（GPAT1）的表达，同时增强了核因子E2相关因子2（Nrf2）/血红素加氧酶-1（HO-1）抗氧化信号通路。
6. 6.
   MCPs调节肠道菌群组成：通过16S rRNA基因测序分析发现，MCPs干预恢复了HFD引起的肠道菌群α-多样性降低，并使整体菌群结构（β-多样性）趋向正常化。在门水平上，MCPs降低了厚壁菌门与拟杆菌门的比例；在属水平上，富集了阿克曼氏菌属（Akkermansia）、乳杆菌属（Lactobacillus）和双歧杆菌属（Bifidobacterium）等有益菌，减少了潜在致病菌如脱硫弧菌科（Desulfovibrionaceae）和罗姆布茨菌属（Romboutsia）的丰度。
7. 7.
   MCPs改变粪便代谢谱：通过非靶向代谢组学分析发现，MCPs干预显著改变了粪便代谢物谱。具体表现为，降低了促炎的次级胆汁酸（如脱氧胆酸、石胆酸）、花生四烯酸及其衍生物（如前列腺素E2）的水平；增加了保护性的牛磺熊去氧胆酸（TUDCA）、色氨酸代谢物（如吲哚-3-乙酸IAA）、亚精胺以及抗氧化物质（如抗坏血酸、牛磺酸）的水平。KEGG富集分析表明这些差异代谢物主要与胆汁酸代谢和色氨酸代谢途径相关。
8. 8.
   微生物-代谢物相关性分析：斯皮尔曼相关性分析显示，有益菌（如Akkermansia）与有益代谢物（如牛磺酸）呈正相关，而与有害代谢物（如花生四烯酸）呈负相关；有害菌（如Desulfovibrionales）则与促炎和氧化应激相关代谢物呈正相关。此外，多个差异代谢物与宿主的血脂、肝功能及炎症指标表现出显著的相关性。

总结与讨论

本研究的讨论部分指出，MCPs补充通过协调“肠道菌群-代谢物-肝脏”轴发挥了代谢益处。MCPs不仅减轻了体重和脂肪积累，还通过改善肠道形态和重塑肠道菌群（富集有益菌、减少有害菌），优化了肠道微环境。这种菌群结构的改变进一步转化为有利的代谢信号：一方面，MCPs促进了肠道屏障保护性代谢物（如IAA）和肝脏保护性次级胆汁酸（如TUDCA）的产生；另一方面，它降低了循环内毒素（LPS）、细胞毒性胆汁酸和促炎性类二十烷酸（如前列腺素E2）的水平。这种强化的肠屏障功能和有益的代谢信号协同作用，最终缓解了肝脏的炎症压力，导致肝脏从头脂肪生成通路（SREBP-1c/ACC/GPAT1）受到抑制，同时激活了抗氧化防御系统（Nrf2/HO-1）。研究结论强调，经酶解和模拟胃肠消化后获得的酪蛋白肽保留了代谢调节潜力，可作为乳源性功能性成分进行深入开发。