紫色高寒大麦麸中的花青素通过肠道-肝脏轴对非酒精性脂肪肝病的保护作用

紫高原燕麦麸皮纯化花青素提取物（PAE）通过抑制胰脂肪酶活性、调节肠道菌群及代谢，改善高脂饮食诱导的非酒精性脂肪肝（NAFLD），机制涉及Nrf2通路激活及p38 MAPK通路抑制。

张永珠|周一学|方冠宇|阿齐·菲德利斯|高振铎|吴凤华|焦林树|王然|卢白义|刘星全

国家森林食品资源开发利用重点实验室，浙江农林大学食品与健康学院，杭州311300，中国

摘要

非酒精性脂肪肝病（NAFLD）是全球范围内主要的肝脏损伤原因之一。研究膳食中的花青素作为潜在策略正受到关注。本研究在体外和体内实验中探讨了从紫色高原大麦麸皮中提取的富含花青素的纯化物（PAE）的护肝作用。结果表明，1.2 mg/mL的PAE显著抑制了胰脂肪酶（p < 0.05）和胆固醇酯酶（p < 0.05）的活性，分别降低了63.11%和60.21%。PAE通过增加淀粉结构硬度促进了抗性淀粉的形成。在高脂饮食（HFD）诱导的NAFLD模型中，每天400 mg/kg的PAE干预显著降低了肝脏重量、总甘油酯（TG）和总胆固醇（TC），分别降低了25.51%、35.15%和34.2%（与HFD组相比）。PAE对氧化应激和炎症具有显著的保护作用。Western blot分析显示，在油酸（OA）诱导的HepG2细胞中，其作用机制部分涉及核因子红细胞生成相关因子2（Nrf2）通路的激活和p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路的抑制。在400 μg/mL浓度下，PAE使核Nrf2水平增加了1.24倍（p < 0.05），同时降低了p38 MAPK的磷酸化程度27.47%（与OA处理组相比）。此外，PAE通过增加黏液厚度（25.63%）和杯状细胞数量（33.99%）显著改善了肠道屏障功能，并减轻了肠道菌群失调（与HFD组相比）。PAE还显著改变了结肠代谢谱，主要涉及黄酮类化合物的生物合成以及精氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的代谢。相关性分析显示，NAFLD相关特征、肠道菌群和代谢物之间存在强烈关联（p < 0.05），表明PAE可能通过肠-肝轴发挥缓解NAFLD的作用。

引言

NAFLD是肥胖的常见肝脏并发症（Vallianou等，2021年）。该疾病在全球成人和儿童中的发病率约为20-40%。根据经典的“双击”假说，氧化应激是NAFLD的核心机制：肝脏中过多的脂质积累会损害线粒体功能，导致活性氧（ROS）过量产生，进而引起肝细胞损伤和凋亡；反过来，过多的ROS会刺激炎症介质的分泌，从而招募免疫细胞并促进肝脏中的炎症细胞浸润（Yang等，2024年）。此外，肠道与常驻微生物及肝脏之间通过胆管、门静脉和全身循环进行双向交流，这一过程被称为肠-肝轴。肠道微生物群作为该轴的关键组成部分，通过破坏肠道屏障完整性和引发促炎反应促进肝病的进展（Chen、Ma等，2024年）。因此，肠道微生物组已成为NAFLD的重要治疗靶点（Cao等，2024年；Liu等，2024年）。

花青素对脂质代谢的调节作用已成为研究热点（Zhang等，2023年）。Xie等（2024年）报道，乙酰化pelargonidin-3-O-葡萄糖苷通过激活腺苷单磷酸活化蛋白激酶（AMPK）介导的溶酶体自噬途径并调节氧化还原状态来减轻肝细胞脂质沉积。Liu等（2022年）发现，紫色甜薯花青素可以降低高脂/胆固醇饮食引起的体重和血脂水平升高，并增强与肠道微生物群稳态相关的抗氧化酶活性。紫色高原大麦麸皮是碾磨过程中的副产品，通常在青藏高原被作为废弃物丢弃。我们之前的研究表明，这种成分是提取花青素的优质来源（203.2 mg/100 g），具有出色的抗氧化活性和细胞保护作用（Zhang等，2021年）。然而，关于紫色高原大麦麸皮中的PAE对NAFLD的影响仍知之甚少。PAE在改善HFD诱导的肝脏氧化损伤方面的作用，尤其是在调节肠道微生物群和代谢方面的作用，仍不甚明了。

本研究旨在从肠-肝轴的角度系统评估PAE的抗NAFLD效果。研究了PAE对脂肪酶和淀粉酶活性的抑制作用，以及其对HFD引起的脂质代谢紊乱、氧化应激、炎症和肠道屏障功能的有益影响。利用基于16S rDNA的微生物组和非靶向代谢组学分析，探讨了NAFLD相关特征、肠道屏障、肠道菌群和代谢物之间的关联机制。本研究提示PAE作为NAFLD预防的益生元的潜力，并为紫色高原大麦麸皮的高价值利用提供了理论基础。

材料

超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、总甘油酯（TG）、总胆固醇（TC）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、肿瘤坏死因子（TNF）-α、白细胞介素（IL）-6、C反应蛋白（CRP）和脂多糖（LPS）检测试剂盒由中国苏州Grace Biotechnology有限公司提供。丙二醛（MDA）、活性氧（ROS）、蛋白质含量和细胞凋亡检测试剂盒由中国上海Beyotime生物技术研究所提供。

PAE对胰脂肪酶、胆固醇酯酶和α-淀粉酶的抑制作用

如图1A–B所示，作为阳性对照的奥利司他（orlistat）对胰脂肪酶和胆固醇酯酶表现出强烈的抑制作用。PAE对胰脂肪酶的抑制作用与奥利司他相似，例如在1.2 mg/mL浓度下，胰脂肪酶活性降低了63.11%，与奥利司他无统计学差异。这与半数抑制浓度（IC50）的结果一致（表S1）。PAE也表现出明显的抑制效果，但程度较低。

讨论

本研究在体内和体外系统研究了PAE的抗NAFLD作用及其潜在机制。胰脂肪酶和胆固醇酯酶是参与肠道脂质消化的关键酶（Fisayo Ajayi等，2021年）。PAE对这些酶的抑制表明它可能减少肠道脂肪的吸收。α-淀粉酶活性的降低表明PAE可以调节血糖水平。PAE对消化酶的抑制作用可能与其调节作用有关。

结论

本研究表明，PAE补充剂通过调节HepG2细胞中的Nrf2和p38 MAPK通路，抑制了OA诱导的脂滴形成、氧化应激和凋亡，并通过调节肠道微生物群和代谢改善了HFD诱导的NAFLD，表明PAE具有作为体重管理和肝脏保护功能性食品成分的巨大潜力。本研究的局限性在于花青素的纯度问题。

CRediT作者贡献声明

张永珠：撰写 – 审稿与编辑、资金获取、数据管理、概念构思。周一学：撰写 – 原稿撰写、软件使用、方法学设计、实验实施。方冠宇：数据可视化、实验监督、数据分析。阿齐·菲德利斯：撰写 – 审稿与编辑、方法学设计、实验实施。高振铎：数据验证、方法学设计、实验实施。吴凤华：方法学设计、实验实施、数据分析。焦林树：软件使用、方法学设计、实验实施。王然：撰写 –

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

感谢浙江省自然科学基金（LQ24C200007）和国家自然科学基金（32402083）的财政支持。