高硫代葡萄糖苷含量的芸苔属植物(Brassica rapa)通过激活AMPK/SIRT1和NRF2信号通路,有助于缓解饮食引起的肝脏脂肪变性

时间:2026年2月15日
来源:Food Bioscience

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代谢功能障碍相关脂肪肝病(MASLD)可通过高硫苷萝卜(DH014和DH026)干预,其通过激活AMPK-SIRT1和NRF2通路减少脂质积累及氧化应激,抑制SREBP1c介导的脂生成基因表达,为功能性食品开发提供新思路。

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作者:Hail Kim、Sanghee Han、Minseo Oh、Hyun Woo Park、Jung Sun Kim、Seok-Geun Lee
韩国庆熙大学生物医学科学与技术系,首尔02447

摘要

与代谢功能障碍相关的脂肪性肝病(MASLD)是一种高发的慢性肝病,目前尚无获批的药物治疗方法。基于功能性食品的饮食干预措施是预防和管理该疾病的一种有前景的策略。在本研究中,我们评估了两种高硫代葡萄糖苷(high-GSL)的Brassica rapa品系(DH014和DH026),这两种品系是通过传统育种方法培育出来的,旨在研究其对MASLD的疗效。与普通小白菜相比,这些品系产生的关键异硫氰酸酯(包括萝卜硫素和苯乙基异硫氰酸酯)的含量高出约3-4倍。我们在游离脂肪酸(FFA)诱导的脂肪性肝细胞以及高脂饮食(HFD)喂养的小鼠中测试了它们的效果。结果显示,补充高GSL品系可以减少肝细胞中的脂质积累、氧化应激和促炎细胞因子的表达,并在体内减轻体重增加、肝脏脂肪变性和内脏脂肪积累。这些效果与AMPK-SIRT1和NRF2通路的激活有关,同时伴随着SREBP1c介导的脂生成基因表达的抑制以及抗氧化基因的诱导。这些结果证明了高GSL Brassica rapa作为通过调节关键代谢和氧化应激相关通路来对抗MASLD的饮食干预措施的功能潜力。鉴于其农业可行性和营养安全性,这些品系成为预防慢性肝病的有前景的功能性食品资源。

引言

与代谢功能障碍相关的脂肪性肝病(MASLD),以前称为非酒精性脂肪肝病(NAFLD),是一种由久坐生活方式和过量热量摄入引起的全球性健康问题(Eslam等人,2020年)。它是全球最常见的慢性肝病之一,估计在普通成人中的患病率为30%,在肥胖或2型糖尿病患者中的发病率更高(Miao等人,2024年)。MASLD的范围从单纯的脂肪变性到与代谢功能障碍相关的脂肪性肝炎(MASH),并可能发展为肝硬化和肝癌(Eslam等人,2020年;Miao等人,2024年)。目前尚无药物可以治愈这种疾病,其管理主要依赖于生活方式的改变(Miao等人,2024年)。这增加了人们对通过饮食方法预防或改善MASLD的兴趣。
十字花科蔬菜(Brassicaceae家族),如西兰花和Brassica rapa,因其健康促进特性而闻名,部分原因在于它们含有高量的硫代葡萄糖苷(GSL)及其生物活性分解产物(Connolly等人,2021年;Khan等人,2022年)。流行病学和实验研究表明,十字花科植物中的化合物对多种慢性疾病具有保护作用(Connolly等人,2021年;Mthembu等人,2023年)。富含十字花科蔬菜的饮食的健康益处主要归因于GSL衍生的异硫氰酸酯(ITCs),包括萝卜硫素、2-苯乙基ITC(PEITC)、4-戊烯基ITC和3-丁烯基ITC。这些化合物通过减少氧化应激和调节关键代谢途径,有效激活细胞的抗氧化反应并改善代谢稳态(Connolly等人,2021年;Gwon & Yun,2021年;Ko等人,2025年;Mthembu等人,2023年)。例如,萝卜硫素可以激活AMPK(AMP激活的蛋白激酶)和NRF2(核因子红细胞2相关因子2),从而消除高脂饮食(HFD)模型中的过量活性氧(ROS)并缓解胰岛素抵抗(Mthembu等人,2023年;Zhang等人,2022年)。PEITC已被证明可以通过mTOR/PPARγ(过氧化物酶体增殖活化受体γ)/AMPK和Keap1/NRF2通路增强脂质代谢并抑制炎症(Boyanapalli等人,2014年;Ko等人,2025年)。这些发现表明,富含GSL的功能性食品可能通过对抗MASLD背后的氧化应激和紊乱的脂质代谢来发挥作用。
我们之前培育并表征了新型的双倍单倍体(DH)Brassica rapa品系,这些品系具有高GSL含量(Choi等人,2023年;Kim等人,2022年;Soundararajan等人,2021年)。这些高GSL品系是通过将高GSL的芥菜与低GSL的小白菜杂交得到的,它们积累了异常高水平的葡萄糖萝卜硫素和其他有益的GSLs(Soundararajan等人,2021年)。值得注意的是,这些高GSL Brassica rapa品系在水解后产生的多种生物活性ITCs含量显著高于普通小白菜,包括脂肪族和芳香族ITCs,其中某些成分的含量增加了数倍(Soundararajan等人,2021年)。这种成分差异为评估ITCs富集是否与改善的代谢结果相关提供了依据。在我们之前的研究中,来自高GSL Brassica rapa品系的提取物在疾病模型中表现出更强的生物活性。例如,这些品系的提取物对人类结直肠癌细胞表现出比普通小白菜更强的抗增殖和促凋亡作用,并抑制了NF-κB和ERK信号通路(Kim等人,2022年)。同样,在脂多糖(LPS)刺激的免疫细胞中,高GSL Brassica rapa品系表现出更强的抗氧化和抗炎作用,有效上调了NRF2依赖的细胞保护基因并抑制了促炎介质(Choi等人,2023年)。这些发现表明,高GSL Brassica rapa品系中升高的植物化学物质含量具有广泛的健康促进效果。
然而,高GSL Brassica rapa是否也能改善MASLD等代谢紊乱尚未得到探索。我们假设这些强化营养的蔬菜通过涉及代谢调节和抗氧化防御的机制来缓解饮食引起的肝脏脂肪变性。在本研究中,我们使用互补的体外体内模型评估了两种高GSL Brassica rapa品系(DH014和DH026)对脂肪肝病的影响。结果表明,补充高GSL Brassica rapa显著减少了脂肪性肝细胞和肥胖小鼠中的肝脂质积累和氧化应激。这种保护作用与AMPK/SIRT1(sirtuin-1)信号通路和NRF2介导的抗氧化通路的激活有关。这些发现突显了富含GSL的Brassica蔬菜作为MASLD预防功能食品的潜力,为饮食中的植物化学物质与肝脏代谢健康之间的机制联系提供了证据。

实验部分

样品制备

我们使用了之前研究中开发的两种高GSL Brassica rapa品系(DH014和DH026)(Soundararajan等人,2021年),并以普通小白菜(Brassica rapa ssp. chinensis)作为对照。植物在相同的温室条件下(16小时光照/8小时黑暗,24°C)生长了6周。收获的叶子经过冷冻干燥并制成粉末。对于生物测定,将冷冻干燥的粉末悬浮在无血清细胞培养基(DMEM)中,用于体外实验

高GSL Brassica rapa品系可减少脂肪性肝细胞中的脂质积累和氧化应激

为了确认本研究中使用的高GSL Brassica rapa品系与普通小白菜在生物活性化合物生成方面的定量差异,我们在标准化的酶促水解条件下量化了主要GSL水解产物(表1和补充图S1)。GC–MS分析显示,DH014和DH026产生的ITCs水平显著高于小白菜,包括3-丁烯基ITC(6.0–7.1倍)、4-戊烯基ITC(3.0–4.3倍)和PEITC(3.1–4.3倍)

讨论

在本研究中,我们证明了富含GSL的Brassica rapa饮食能够有效改善小鼠模型中的脂肪肝病(图4,5)。补充高GSL Brassica rapa不仅减少了肝脏脂肪积累,还改善了全身和肝脏特定的代谢健康指标。我们的体外体内模型一致表明,关键代谢调节因子AMPK/SIRT1和抗氧化转录因子NRF2的激活是其中的关键机制

伦理声明

所有动物实验均获得了庆熙大学医学中心IACUC的批准(KHMC-IACUC-24-029),并遵循NIH关于实验室动物护理和使用的指南进行。本研究中未涉及人类受试者。

作者贡献声明

Minseo Oh:研究、数据分析。Sanghee Han:撰写——初稿、可视化、验证、方法学、研究、数据分析、概念化。Jung Sun Kim:撰写——审阅与编辑、可视化、监督、资源管理、项目协调、资金获取。Hyun Woo Park:资源提供、数据分析。Hail Kim:撰写——初稿、可视化、验证、方法学、研究、数据分析、概念化。Seok-Geun Lee:撰写——

未引用参考文献

Kim等人,2023年。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突。

数据可用性声明

本研究生成或分析的所有数据均包含在本文中,或可根据合理要求向相应作者获取。

资助

本研究得到了韩国国家农业科学研究所(PJ017445012025)和农村发展行政机构的资助,以及由韩国政府资助的国家研究基金会(RS-2021-NR065827)的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢庆熙大学医学中心的核心设施提供的技术支持。

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