《Foods》：A Multi-Component High-Fibre Meal Replacement Containing Pyrus bretschneideri Rehd. Pomace Alleviates Diet-Induced Obesity by Modulating the Gut Microbiota, Bile Acid Metabolism and Hepatic AMPK Signalling
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本研究采用整合多组学方法，探讨了一种含白梨（Pyrus bretschneideri Rehd.）果渣的多组分高膳食纤维代餐粉（PDMR）对高脂饮食诱导肥胖小鼠的调节效应及分子机制。结果表明，PDMR显著降低了小鼠的体重增长、Lee's指数、血清
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本研究采用整合多组学方法，探讨了一种含白梨（Pyrus bretschneideri Rehd.）果渣的多组分高膳食纤维代餐粉（PDMR）对高脂饮食诱导肥胖小鼠的调节效应及分子机制。结果表明，PDMR显著降低了小鼠的体重增长、Lee's指数、血清脂质及炎症细胞因子水平，并改善了脂肪细胞形态。在机制层面，PDMR激活了AMPK信号通路，通过ACC-SREBP1c-FAS轴抑制脂肪生成，并通过PPARα-CPT-1及PGC-1α/UCP-1轴促进脂肪酸β-氧化和产热。此外，PDMR重塑了肠道菌群，富集了与短链脂肪酸（SCFA）产生及抗炎活性相关的菌属（Alloprevotella、Ruminococcaceae、Odoribacter及Prevotellaceae_Ga6A1_group），抑制了与促炎及促脂肪蓄积效应相关的菌属（Candidatus Saccharimonas及Clostridia_UCG-014），同时逆转了次级胆汁酸的过度蓄积。相关性分析建立了连接肠道菌群、次级胆汁酸代谢物及AMPK靶基因表达的多层级调控网络。综上，PDMR可能通过潜在的肠道菌群–次级胆汁酸–AMPK轴改善脂质代谢紊乱，为白梨果渣的高值化利用及功能性代餐食品的开发提供了科学依据。
论文解读文章
一、研究背景与研究目的
随着社会经济发展与人类生活方式变迁，肥胖、高脂血症等代谢性疾病在全球范围内呈流行态势，对人类健康构成重大威胁。长期摄入高脂高热量饮食是诱导肥胖的关键环境因素，由此引发的脂质代谢紊乱被视为代谢综合征的核心病理基础，表现为血脂异常、脂肪组织肥大、肝脏异位脂质沉积及伴随的慢性低度炎症状态，并进一步增加2型糖尿病、非酒精性脂肪性肝病及心血管疾病等慢性病的发生风险。目前临床可用的降脂药物如他汀类和奥利司他主要用于医学治疗而非日常干预，且多数合成类抗肥胖药物存在一定局限性：他汀类虽总体耐受良好，但可伴随肌肉症状、肝酶升高及新发糖尿病风险增加；胰高血糖素样肽-1（GLP-1）类药物在部分患者中可引起恶心，且某些GLP-1受体激动剂可能影响老年、免疫功能低下及肝功能受损人群的免疫调节功能；此外，停药后体重反弹现象较为普遍。因此，通过日常膳食干预调节脂质代谢以实现代谢性疾病的预防与辅助治疗，已成为食品科学领域的重要研究方向。
膳食纤维作为一类无法被宿主消化酶直接降解的植物源多糖，近年来作为预防和管理肥胖的营养干预手段受到广泛关注。大量研究已证实膳食纤维摄入量与代谢性疾病风险呈显著负相关，膳食纤维补充已成为此类疾病防控的重要策略。与小肠分子营养素不同，膳食纤维的生理活性高度依赖肠道菌群的发酵作用，其理化性质（溶解度、单糖组成、糖苷键类型、黏度等）显著影响肠道菌群对其选择性利用程度及发酵模式。可发酵纤维（如果胶）可被肠道菌群通过碳水化合物活性酶（CAZymes）降解，并经微生物群落内交叉互养进一步代谢，产生乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸（SCFAs）。SCFAs不仅是肠道上皮细胞的重要能量来源，还作为信号分子参与脂质代谢、炎症反应及免疫稳态的调控，是肠道菌群–宿主代谢互作轴的关键介导因子。在此背景下，果渣作为水果加工的副产物，因富含果胶、纤维素、半纤维素等可发酵纤维成分，成为具有可持续性的膳食纤维来源，兼具废弃物资源化与功能性食品开发的双重价值。
白梨（Pyrus bretschneideri Rehd.）隶属于蔷薇科梨属，俗称酸果，主要种植于青海省黄南藏族自治州同仁市，是青藏高原特有的地方梨品种，具有优异的耐寒耐旱特性。其果渣富含可溶性与不溶性膳食纤维，并含有绿原酸、原儿茶酸、儿茶素、异槲皮苷、芦丁等酚类及黄酮类生物活性成分。已有研究初步证实了梨果渣来源产物的抗肥胖潜力，但现有研究多聚焦于AMPK通路的单一维度，缺乏对梨果渣产品经肠道菌群发酵产生的代谢信号及其与AMPK通路交互作用的系统性研究。此外，既往研究仅关注分离的纤维组分或水提物，忽视了实际膳食摄入中膳食纤维仅是复杂食物基质的一个组分这一事实。代餐粉作为营养便捷的日常食品，为膳食纤维干预提供了实用且可持续的途径，但目前白梨果渣在功能性代餐产品开发中的应用及其干预效果和分子机制仍鲜有探索。
基于上述背景，研究人员以白梨果渣粉为主要原料，制备了多组分高膳食纤维代餐粉（PDMR），以高脂饮食诱导的肥胖小鼠为实验模型，从体重、血清生化指标、组织病理学、分子通路、16S rRNA肠道菌群测序及非靶向代谢组学等多个维度综合评价PDMR的降脂效应，并进一步阐明其调节脂质代谢紊乱的潜在机制，旨在为青藏高原特色白梨资源的高值化利用及高膳食纤维功能性食品的开发提供理论依据。
二、主要技术方法概述
研究人员采用高脂饮食诱导的C57BL/6雄性肥胖小鼠模型（5周龄，体重18–22 g，购自中国农业科学院兰州兽医研究所实验动物中心，质量合格证号：SCXK（甘）2020-0002），将60只小鼠随机分为6组（每组10只）：正常对照组（NC）、模型对照组（MC）、阳性对照组（PC，奥利司他60 mg/kg/天）及低、中、高剂量代餐粉组（LMR、MMR、HMR，分别添加10%、20%、30% PDMR的高脂饲料），干预周期28天。采用单因素及响应面实验优化PDMR配方（42%白梨果渣粉、0.2%阿斯巴甜、11%魔芋粉、10%木糖醇、36.8%大豆分离蛋白），总膳食纤维含量为（56.19 ± 0.60）%。主要技术方法包括：血清生化指标检测（TG、TC、LDL-C、HDL-C、FFA及炎症因子IL-6、IL-1β、TLR4）；H&E组织病理学染色；Western blot检测肝脏p-AMPKα、p-ACC、SREBP1c蛋白表达；RT-qPCR检测脂肪组织CPT-1、PPARα、FAS、PGC-1α、UCP-1 mRNA表达；16S rRNA基因扩增子高通量测序分析盲肠内容物菌群结构；基于UPLC-HRMS的非靶向代谢组学分析盲肠内容物代谢谱。
三、研究结果
3.1 PDMR对小鼠体重、Lee's指数及脏器指数的影响
28天喂养期间，MC组小鼠体重增长（13.89 ± 3.54 g）显著高于其他各组，表明高脂饮食诱导肥胖小鼠模型成功建立。MC组Lee's指数显著高于其他各组，而各PDMR干预组与PC组间无显著差异。脏器指数方面，MC组肝脏和脾脏指数显著高于其他各组，各PDMR干预组显著低于MC组且与NC组无显著差异，表明PDMR干预可有效改善高脂饮食诱导的小鼠肥胖，各项指标恢复至正常水平。
3.2 PDMR对小鼠血清脂质水平及炎症因子的影响
与NC组相比，MC组TG、TC、LDL-C、FFA水平显著升高，HDL-C显著降低，表明高脂饮食诱导了严重血脂紊乱。经奥利司他及各剂量PDMR干预后，上述异常得到有效缓解：各PDMR组TG、TC、LDL-C、FFA水平较MC组显著降低，HDL-C分别升高5.93%、6.45%和14.22%，呈现一定剂量依赖性改善效应。炎症因子方面，MC组IL-6、IL-1β、TLR4水平显著升高，PC组及所有PDMR干预组均较MC组呈极显著降低，其中MMR和HMR组的降幅甚至超过PC组，表明PDMR以剂量依赖性方式有效逆转了高脂饮食诱导的炎症状态。
3.3 PDMR对小鼠组织病理学的影响
H&E染色显示，与NC组相比，MC组附睾脂肪组织脂肪细胞明显肥大、形态异常、单位面积细胞数量显著减少。PDMR干预后各剂量组脂肪细胞形态显著改善，其中HMR组改善最为明显，细胞形态与NC组最为接近，单位面积细胞数量亦高于PC组。
3.4 PDMR对小鼠肝脏蛋白及mRNA表达的影响
Western blot结果显示，HMR组肝脏p-AMPKα蛋白表达水平较MC组显著升高，表明PDMR有效诱导AMPK通路磷酸化激活。与MC组相比，HMR组p-ACC蛋白表达显著升高，SREBP1c蛋白及FAS mRNA表达显著下调。RT-qPCR结果显示，HMR组PPARα、CPT-1、PGC-1α及UCP-1 mRNA表达较MC组均呈极显著上调。上述结果表明PDMR通过激活AMPK-ACC-SREBP1c轴抑制脂肪酸合成，同时通过AMPK-PPARα-CPT-1及PGC-1α/UCP-1轴促进脂肪酸β-氧化和能量消耗，双向调节肥胖小鼠的代谢紊乱。
3.5 PDMR对小鼠肠道菌群的影响
16S rRNA测序分析显示，各组共享OTU数为214，HMR组独有OTU数最高（96个）。α多样性方面，MC组Chao1和ACE指数显著低于NC组，HMR组极显著逆转了这一下降；Shannon指数在LMR、MMR、HMR组分别较MC组增加0.34%、10.08%和17.31%，呈剂量依赖性恢复效应。β多样性分析（PCoA及NMDS）显示各组聚类清晰，各PDMR干预组明显远离MC组并趋近NC组。门水平上，MC组F/B比值较NC组升高35.69%，各PDMR组较MC组分别降低68.50%、50.16%和53.64%。属水平上，MC组Candidatus_Saccharimonas相对丰度显著升高，Prevotellaceae_Ga6A1_group、Ruminococcaceae、Odoribacter分别下降94.73%、97.34%和65.70%，Lactobacillus异常升高51.22%；PDMR干预不仅显著逆转了Candidatus_Saccharimonas和Lactobacillus的异常升高，还进一步提升了Prevotellaceae_Ga6A1_group、Ruminococcaceae和Odoribacter的丰度，使其恢复至接近NC组水平。LEfSe分析（LDA > 4）显示，与NC组相比，MC组显著富集Candidatus_Saccharimonas和Clostridia_UCG-014；与MC组相比，HMR组显著富集Alloprevotella、Ruminococcaceae、Prevotellaceae_Ga6A1_group、Oscillospiraceae_uncultured及Odoribacter，多数与SCFA产生或纤维降解相关。
3.6 PDMR对小鼠盲肠内容物代谢谱的影响
非靶向代谢组学分析显示，PCA及PLS-DA评分图显示NC、MC和HMR三组间分离清晰。以VIP > 1、p < 0.05、FC > 1.5或< 0.667为筛选标准，MC组较NC组有162个差异代谢物（99个上调、63个下调），HMR组较MC组有181个差异代谢物（74个上调、107个下调）。关键代谢物类别中，次级胆汁酸类代谢物（3a,4b,12a-三羟基-5b-胆烷酸、猪胆酸、脱氧胆酸钠、熊胆酸）在MC组显著升高，经PDMR干预后在HMR组均显著下降；维生素D相关代谢物在MC组显著降低并在HMR组显著逆转；肌苷（嘌呤代谢核心中间产物）在MC组显著富集；植物来源代谢物肠内酯在HMR组显著富集。KEGG通路富集分析显示，高脂饮食显著扰乱了咖啡因代谢、嘌呤代谢、亚油酸代谢、赖氨酸降解及半胱氨酸和甲硫氨酸代谢等通路；PDMR干预除显著调节咖啡因代谢和亚油酸代谢外，还全面恢复了嘌呤代谢和色氨酸代谢，并激活了维生素B6代谢。其中亚油酸代谢和嘌呤代谢在MC和HMR组均显著富集，这两条通路与炎症调控和能量稳态密切相关。
3.7 相关性分析
基于Spearman秩相关系数（|r| > 0.6，校正p < 0.05）构建的相关性网络显示：Oscillospiraceae_unclassified与多种次级胆汁酸代谢物（猪胆酸、脱氧胆酸钠、熊胆酸、3-氧代胆烷酸）及TLR4显著负相关（r < ?0.8），与抗炎代谢物24-羟基光甘草醇显著正相关（r = 0.83）；Candidatus_Saccharimonas与上述胆汁酸代谢物、LDL-C及肝脏FAS mRNA表达显著正相关（r > 0.7）；Clostridia_UCG-014与TG显著正相关（r = 0.82），与UCP-1显著负相关（r = ?0.78）。代谢物-表型层面，3a,4b,12a-三羟基-5b-胆烷酸和熊胆酸均与LDL-C、TLR4及IL-6显著正相关（r > 0.7）；猪胆酸与FAS显著正相关（r = 0.73），与PGC-1α、PPARα及UCP-1显著负相关（r < ?0.7）；地高辛配基与TLR4显著正相关（r = 0.78），与PGC-1α和UCP-1显著负相关（r < ?0.7）。
四、讨论与结论
研究人员在讨论部分指出，PDMR作为多组分高膳食纤维代餐粉，在高脂饮食诱导的肥胖小鼠中有效减轻了体重增长、降低了Lee's指数及肝脏和脾脏指数，显著改善了血脂紊乱和全身炎症状态，并恢复了脂肪细胞正常形态。与单纯纤维补充研究相比，代餐粉干预方式更贴近实际消费场景，具有更强的现实应用意义。在分子机制层面，PDMR通过AMPK-ACC-SREBP1c轴抑制肝脏从头脂肪合成，同时通过AMPK-PPARα-CPT-1及PGC-1α/UCP-1轴促进脂肪酸β-氧化和适应性产热，实现对脂质代谢的双向协同调节。在肠道菌群层面，PDMR作为益生元样制剂，选择性富集产SCFA及抗炎相关的有益菌属（Alloprevotella、Ruminococcaceae、Prevotellaceae_Ga6A1_group、Odoribacter），抑制与肥胖、炎症及代谢紊乱相关的有害菌属（Candidatus_Saccharimonas、Clostridia_UCG-014），从而重塑肠道微生态系统。在代谢物层面，PDMR有效逆转了高脂饮食诱导的次级胆汁酸过度蓄积，次级胆汁酸作为信号分子可通过FXR和TGR5等受体调节宿主代谢，其高浓度具有细胞毒性并可促进炎症。相关性分析进一步揭示了肠道菌群、次级胆汁酸代谢物与AMPK靶基因表达之间的多层级调控网络。
研究结论：PDMR可能通过潜在的肠道菌群–次级胆汁酸–AMPK轴发挥抗肥胖作用——PDMR重塑肠道菌群，富集产SCFA及抗炎相关菌属并抑制促炎促脂菌属；重塑后的菌群进一步调节宿主代谢谱，减少次级胆汁酸过度蓄积，从而可能激活AMPK信号通路；AMPK激活通过ACC-SREBP1c-FAS轴抑制从头脂肪合成，同时通过PPARα-CPT-1及PGC-1α/UCP-1轴促进脂肪酸β-氧化和产热，协同改善高脂饮食诱导的肥胖和脂质代谢紊乱。该研究对白梨果渣这一农业副产物的高值化利用具有重要意义，为其作为抗肥胖功能性食品配料的开发提供了理论依据。研究人员同时指出了研究的局限性：菌群与代谢表型间的因果关系仍需通过粪菌移植或单菌定植实验验证；PDMR中具体活性成分及其独立效应有待进一步分离鉴定；未测量食物摄入量，无法完全排除能量摄入差异的影响；组学分析样本量较小，结果应视为探索性和假设生成性质；研究仅使用雄性小鼠，未来应在雌性小鼠中开展研究。
