《Nutrients》：Sex-Dependent Lipidomic Remodeling in Plasma and Feces Following High-Fat Diet Intake in Adult Rats
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摘要专业翻译
背景/目的： 本研究旨在表征高脂饮食（HFD）诱导的代谢应激对大鼠血浆和粪便脂质组的影响，并确定性别对这些反应的影响。方法： 成年雌性和雄性Wistar大鼠分别饲喂标准饮食（REF）或高脂饮食（HFD，45%猪油脂肪饮食）12周，并随时间收集元数
摘要专业翻译
背景/目的： 本研究旨在表征高脂饮食（HFD）诱导的代谢应激对大鼠血浆和粪便脂质组的影响，并确定性别对这些反应的影响。方法： 成年雌性和雄性Wistar大鼠分别饲喂标准饮食（REF）或高脂饮食（HFD，45%猪油脂肪饮食）12周，并随时间收集元数据。采集血浆和粪便样本，通过质谱法进行半靶向脂质组学分析。结果： HFD在两种性别中均诱导了显著的形态学和代谢改变，其中雄性大鼠的代谢表型更为突出。血浆脂质组学揭示了饮食驱动的多种脂质类别广泛重塑，主要由单个脂质分子种类的变化而非总类别丰度驱动。尽管性别在两种饮食条件下均显著影响血浆脂质组，但HFD诱导的单个脂质分子种类变化方向在雌性和雄性之间大体一致。相比之下，粪便脂质组表现出有限的整体重塑，但在特定脂质亚类中显示出明显变化。值得注意的是，两种性别的HFD动物粪便中长链酰基肉碱（ACar）均持续增加。在HFD组中，粪便ACar 16:0和ACar 18:1与体重增加呈正相关，而在REF动物中未检测到显著关联。结论： 这些发现揭示了HFD对全身和肠道脂质组的不同反应，并强调了在代谢研究中将粪便脂质组学与血浆分析相结合、同时将性别作为基本生物学变量的重要价值。
论文解读
一、研究背景与目的
高脂饮食（HFD）被广泛用于临床前研究，以探讨过量膳食脂肪摄入相关的代谢紊乱。长期暴露于HFD会促进全身代谢的深刻变化，包括能量稳态、代谢信号通路和脂质代谢的改变。这些变化密切反映在循环脂质谱中，该谱整合了膳食摄入、肝脏脂质代谢以及肠道吸收和利用的综合效应。除全身脂质改变外，膳食脂肪摄入还影响胃肠道内的脂质代谢，其中宿主生理与肠道微生物群之间的相互作用发挥关键作用。肠道微生物不仅能消化和吸收脂质，还能修饰膳食脂质并产生可能进入宿主循环并影响代谢稳态的生物活性脂质种类。因此，粪便脂质组不仅反映未被吸收的膳食脂质，还反映宿主来源和微生物来源的代谢物。尽管粪便脂质组具有揭示饮食-宿主-微生物相互作用的潜力，但相关研究仍相对不足，且很少有研究探讨HFD如何在全身脂质改变的同时重塑粪便脂质谱。此外，生物学性别在塑造对饮食挑战的代谢反应中的作用日益受到关注，但历史上许多研究集中于雄性动物，HFD诱导的脂质组重塑中的性别特异性差异仍未得到充分表征。
二、研究设计与主要结论
本研究旨在利用基于液相色谱-质谱联用（LC-MS）的半定量脂质组学方法，同时分析雌性和雄性Wistar大鼠的血浆和粪便样本，全面表征HFD消费诱导的脂质组重塑，并探讨高脂喂养中脂质组反应的潜在性别特异性模式。研究使用了参考饮食（REF，基于AIN 93M配方）和高脂饮食（HFD，约45%能量来自脂肪，以猪油为主要来源）两种饮食，对7周龄雌雄各14只Wistar大鼠进行12周干预。研究人员每周监测体重，在第11周末进行空腹血糖（FBG）、口服葡萄糖耐量试验（OGTT）和空腹胰岛素（FI）测定，第12周后处死动物并收集血浆和粪便样本进行脂质组学分析。
研究得出以下主要结论：HFD诱导了两种性别显著的形态学和代谢改变，雄性表型更突出；血浆脂质组在分子种类水平上发生广泛重塑，而粪便脂质组整体变化有限但具有选择性；性别显著影响血浆脂质组成但对粪便脂质谱影响有限；粪便长链酰基肉碱（ACar）在HFD动物中持续积累，且ACar 16:0和ACar 18:1与HFD组的体重增加呈正相关。这些发现强调了粪便脂质组学作为血浆分析补充方法的价值，以及将性别作为代谢研究基本生物学变量的重要性。
三、关键技术方法
研究人员使用了以下主要技术方法：采用基于Folch程序的液-液萃取法分别从血浆（20 μL）和湿粪便样本（10 mg）中提取脂质，使用商业内标混合物（Lipidomic SPLASH?）进行标准化；采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UHPLC-qTOF）在正电喷雾电离模式下进行半靶向脂质组学分析，色谱分离在C18反相柱上完成；使用MassHunter Lipid Annotator软件进行脂质分子种类注释，并采用数据依赖性迭代MS/MS采集策略增强低丰度脂质的注释覆盖率；使用类别特异性外标校准曲线或内标法进行半定量分析，酰基肉碱使用独立的标准品混合物单独定量；统计分析采用双因素方差分析（two-way ANOVA）或非参数对齐秩变换方差分析（ART-ANOVA），个体脂质种类分析采用Benjamini-Hochberg错误发现率（FDR）校正，并进行了主成分分析（PCA）、置换多元方差分析（PERMANOVA）和Spearman相关分析。动物来源为法国Janvier公司，饲养于巴塞罗那大学药学院与食品科学学院实验动物设施。
四、研究结果
4.1 实验模型的形态学和代谢表征
HFD喂养导致两种性别的体重增加（BW gain）和身体质量指数（BMI）升高，但未改变Lee指数和腰围（WC）。雄性大鼠在体重增加、BMI、Lee指数和WC方面均高于雌性。HFD动物在OGTT中表现出更高的曲线下面积（AUC），反映糖耐量受损。FBG存在显著的饮食×性别交互作用，HFD雌性FBG显著低于REF组，而HFD雄性FBG高于REF组但未达统计学显著。FI和HOMA-IR无差异。HFD雄性大鼠的瘦素/脂联素比值高于REF雄性，且雄性整体瘦素水平更高、脂联素水平更低。
4.2 血浆和粪便脂质组学谱的多变量分析
在血浆中检测到170种脂质分子种类，粪便中检测到126种。血浆PCA显示样本根据饮食干预明显聚类，PERMANOVA确认HFD显著影响血浆脂质组成（p = 0.001），性别也显著影响血浆脂质组成（p = 0.038）。粪便PCA未显示根据HFD暴露或性别的明显聚类，PERMANOVA未发现HFD（p = 0.144）或性别（p = 0.442）对粪便脂质组整体谱的显著影响。血浆中99种脂质种类受HFD显著改变，58种存在性别差异，未发现显著的饮食×性别交互作用。粪便中仅6种脂质种类受HFD显著改变。
4.3 血浆和粪便中总脂质、类别和亚类水平
血浆中胆固醇酯（ChoE）是最丰富的脂质（超过85%），其次为磷脂酰胆碱（PC，约7%）、甘油三酯（TG，约3%）和溶血磷脂酰胆碱（LPC，约2%）。粪便脂质组也以ChoE为主（超过50%），但二酰甘油（DG）、TG和磷脂酰乙醇胺（PE）各占10-12%。血浆总脂质水平无显著差异，而粪便总脂质水平受饮食和性别交互作用显著影响，HFD雌性粪便总脂质水平升高。血浆总鞘磷脂（SM）水平受性别显著影响，雄性高于雌性。粪便ChoE浓度受饮食和性别交互作用影响，HFD雌性升高。血浆总PE水平在HFD后两种性别均显著升高，而粪便PE在HFD雄性中降低。血浆LPC和溶血磷脂酰乙醇胺（LPE）水平在HFD下显著降低。血浆DG和TG水平雄性高于雌性。粪便中唯一检测到的独特脂质亚类ACar在HFD下显著升高，且雄性水平更高。
4.4 个体血浆和粪便脂质种类：基于饮食和性别的比较
血浆中HFD在两种性别中均诱导大量脂质分子种类的双向显著改变，表明广泛的脂质组重塑。粪便中仅少数种类显著改变：雌性中部分ACar种类和TG 52:1升高，雄性中仅ACar 18:1升高和TG 54:7降低。性别相关差异在血浆中相对有限，在粪便中未检测到统计学显著的性别差异。
4.5 血浆脂质组学
4.5.1 血浆鞘脂类： 检测到4种神经酰胺（Cer）和23种鞘磷脂（SM）。HFD雌性中两种饱和长链Cer（Cer 18:1;2/23:0和Cer 18:1;2/24:0）水平降低。HFD在两种性别中均导致含C17-C20酰基链的饱和和单不饱和SM种类升高，以及含C23-C24长链SM种类降低。REF组中SM 18:1;2/14:0、SM 18:1;2/15:0和SM 18:1;2/16:0与瘦素/脂联素比值呈正相关。
4.5.2 血浆胆固醇酯： 检测到11种ChoE。HFD在两种性别中一致降低ChoE 14:0、ChoE 16:1、ChoE 18:3和ChoE 20:5，升高ChoE 18:0和ChoE 18:1。HFD降低了ChoE n-3水平并升高n-6/n-3比值，雄性n-6/n-3比值高于雌性。ChoE 14:0和ChoE 18:1与两种饮食组的体重增加正相关，ChoE 16:1和ChoE 18:1与WC正相关。
4.5.3 血浆甘油磷脂类： 检测到54种PC和多种PC-O。HFD在两种性别中一致降低多种饱和和不饱和PC种类并升高PC 35:1。HFD升高PC-O 36:1和PC-O 38:4，降低PC-O 44:6。HFD组中多种PC种类与体重增加、BMI、WC和瘦素/脂联素比值正相关。检测到28种LPC，HFD在两种性别中广泛降低多种LPC种类，并升高LPC n-6/n-3比值。检测到7种PE和3种LPE，HFD升高PE 36:2（两种性别）和PE-O 40:7（仅雄性），降低LPE 16:0（两种性别）。
4.5.4 血浆甘油酯类： 仅检测到MG 18:2且无组间差异。HFD升高DG 36:2（两种性别）和DG 34:1（仅雌性）。检测到35种TG，HFD诱导广泛的TG谱重塑：两种性别中9种TG降低、7种TG升高，雌性中另有9种TG升高、雄性中2种TG降低。
4.6 粪便脂质组学
粪便酰基肉碱谱： 检测到9种ACar种类，均为长链。HFD雌性中5种ACar（ACar 18:0、20:0、22:0、24:1和26:1）显著升高，HFD雄性中仅ACar 18:0显著升高但水平高于雌性。HFD组中ACar 16:0和ACar 18:1与体重增加呈正相关，REF组中未检测到显著关联。
五、讨论总结与研究结论
讨论部分指出，血浆和粪便脂质组对HFD的反应存在显著差异。血浆脂质在分子种类水平上发生广泛重塑，而粪便脂质组相对稳定，这种差异反映了不同生物区室的敏感性差异。尽管分子种类水平重塑广泛，血浆总脂质水平未改变，提示饮食脂肪诱导的是组成变化而非循环中的净脂质积累。粪便总脂质在HFD雌性中升高，主要由粪便ChoE升高驱动。在类别水平上，血浆PE升高、LPC和LPE降低，表明甘油磷脂代谢的靶向重塑。粪便中ACar是唯一持续改变的亚类，其积累可能反映肠道脂肪酸吸收受损、管腔分泌增加或微生物对ACar的调节。粪便ACar 16:0和ACar 18:1与HFD组体重增加的正相关支持其作为宿主-肠道脂质代谢改变指标的潜在价值。研究还讨论了性别差异：雄性表现出更明显的代谢表型，但HFD诱导的脂质组反应方向在两种性别间大体一致，提示饮食和性别的影响基本独立。
研究结论为：HFD在多种脂质类别中诱导血浆脂质组的广泛重塑，主要由个体分子种类水平的变化驱动，而粪便脂质组表现出更选择性但具有生物学意义的反应。粪便长链ACar在HFD条件下持续积累，其中ACar 16:0和ACar 18:1与HFD组体重增加正相关，支持其作为宿主-肠道脂质代谢改变指标的潜在价值。性别是血浆脂质组的显著决定因素，但对粪便脂质谱影响有限，表明脂质代谢存在区室特异性调控。这些结果强调了整合多种生物基质并将性别作为内在生物学变量在脂质组学和代谢研究中的价值。
