编译：微科盟番茄加牛腩，编辑：微科盟木木夕、江舜尧。
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导读
根皮苷（PHZ）是苹果中的一种植物营养素，有助于促进健康，俗话说“一天一苹果，医生远离我”。 之前的研究表明根皮苷可以通过竞争性抑制SGLTs对葡萄糖的重吸收进而在糖尿病的治疗中具有功效，但根皮苷极低的生物利用度阻碍了其开发与应用。本文通过高通量测序技术，利用粪菌移植等手段在小鼠模型上研究了其通过调节“肠道微生物-屏障轴”对高脂饮食诱导肥胖的改善作用。作者揭示了根皮苷尽管生物利用度低，但是在动物实验中具有高效率治疗作用。本研究在将根皮苷作为新型益生元运用于代谢综合征的防治中提供了重要依据。
原名：Phlorizin ameliorates obesity-associated endotoxemiaand insulin resistance in high-fat diet-fed mice by targeting the gutmicrobiota and intestinal barrier integrity
译名：根皮苷通过干预肥胖小鼠的肠道菌群和肠道屏障完整性来改善肥胖相关的内毒素血症和胰岛素抵抗
期刊：Gut Microbes
IF：7.740
发表时间：2020.11
通讯作者：张晓喻
通讯作者单位：四川师范大学生命科学学院
实验中将小鼠分为四组（每组n = 10）：（1）普通饮食组（喂食普通饮食，10％的卡路里来自脂肪；补充材料表S1）；（2）普通饮食加根皮苷组（喂食NCD和80 mg/kg胃内PHZ）；（3）高脂饮食组（喂食高脂饮食，60％的卡路里来自脂肪；补充材料表S1）；（4）高脂饮食加根皮苷组（喂食HFD和80 mg / kg胃内PHZ）。实验持续了12周，并每周测量小鼠的体重和食物摄入量。在粪菌移植实验的前四周，每天收集四组小鼠（作为供体小鼠）的粪便进行进一步分析。收集粪便样品并保存在-80℃下直至使用。在第12周，分别使用2.0 g/kg葡萄糖和0.75 U/kg胰岛素进行葡萄糖耐量实验和胰岛素耐量实验。禁食12小时后，处死所有小鼠。1700 rpm 10分钟离心收集血清样品，并将上清液保存在-80°C。实验设计如图所示。
实验设计。PHZ：根皮苷；PHT：促肾上腺皮质激素；GLP：胰高血糖素样肽；LPS：内毒素；SCFA：短链脂肪酸；H＆E：苏木精和曙红；AB-PAS：高碘酸席夫；NCD：正常饲料；HFD：高脂饲料。FMT：粪便菌群移植。
饲喂普通饮食或高脂饮食的C57BL/6 J小鼠加或不加根皮苷（80 mg/kg）共同给药12周。结果显示，根皮苷共同给药可有效抑制高脂饮食引起的体重增加，从第3周开始显著降低体重（P < 0.001；图1a）。但是，普通饮食和普通饮食加根皮苷组之间或高脂饮食和高脂饮食加根皮苷组之间的食物摄入量（图1b）或能量摄入（图1c）没有显著差异（所有情况下P > 0.05），表明由根皮苷共同使用引起的抗肥胖作用不是由于食物消耗减少或能量提取所致。脂肪沉积的减少（图1d）和不同器官的重量变化（图1e）进一步证实了这一点。形态学结果表明，根皮苷显著抑制了高脂饮食诱导的肝脏中脂肪沉积（图1f），这可能有效地减少了诸如脂肪肝等复杂疾病的进一步发展。另一方面，根皮苷显著抑制高脂饮食诱导的脂肪沉积（图1g）和脂肪细胞变大（图1h，i，P < 0.001）。
图1根皮苷缓解了高脂饮食（HFD）引起的肥胖。（a）小鼠12周的体重变化。在第12周，统计四组小鼠[正常饲料（NCD），正常饲料添加根皮苷（NCD + PHZ），高脂饲料（HFD）和高脂饲料添加根皮苷（HFD + PHZ）]与肥胖有关的参数。参数包括：（b）食物摄入量；（c）能量吸收量；（d）脂肪重量；（e）不同器官的重量；（f）肝脏和（g）附睾脂肪的形态学观察；（h）苏木精和曙红对附睾脂肪的染色；（i）附睾脂肪的脂肪细胞大小；血清（j）脂多糖（LPS）和（k）胰高血糖素样肽1（GLP-1）的水平；（l）空腹血液中的胰岛素；（m）空腹血糖；（n）稳态模型评估（HOMA）-胰岛素抵抗（IR）指数；（o）HOMA-胰岛素敏感性（IS）指数；（p）口服葡萄糖耐量试验；（q）胰岛素耐受性测试。数据表示为平均值±标准偏差。单向方差分析用于分析统计差异；P > 0.05，* P < 0.05，** P < 0.01和*** P < 0.001。LPS作为革兰氏阴性细菌细胞壁的组成部分，被认为是通过多种途径促进全身性炎症和相关代谢综合征的发生和发展的触发因子。此外，高脂饮食诱导的LPS升高会导致内毒素血症。同样，本研究发现，喂食高脂饮食的小鼠血清LPS水平显著升高（P < 0.01），根皮苷的添加显著抑制了血清LPS的升高（P < 0.05；图1j）。长期的全身性炎症也被证明可以触发葡萄糖耐量和胰岛素抵抗，这与肥胖的发作和发展密切相关。作为最重要的肠激素之一，胰高血糖素样肽1（GLP-1）刺激葡萄糖依赖性胰岛素分泌，从而改善代谢综合征，例如肥胖症和2型糖尿病。在本研究中，高脂饮食显著降低了血清GLP-1水平（与普通饮食组相比，P <0.05；与普通饮食加根皮苷组相比，P < 0.01）；但是，根皮苷的添加显著抑制了这种作用（P < 0.05；图1k）。结果，高脂饮食诱导的空腹血胰岛素（图1l），葡萄糖（图1m）和HOMA-IR（图1n）的升高水平得到了显著的预防（在所有情况下P < 0.001）。另一方面，高脂饮食显著抑制了HOMA-IS的水平，但根皮苷的添加阻止了这种作用（P < 0.001；图1o）。此外，与高脂饮食组相比，高脂饮食加根皮苷组的小鼠在口服葡萄糖耐量测试（OGTT;图1p）和胰岛素耐量测试（ITT;图1q）中的曲线下面积（AUC）值明显降低（分别为P < 0.001和P < 0.01）。2 根皮苷缓解了高脂饮食诱导的肠道微生物紊乱和代谢性营养不良先前的研究表明，根皮苷通过竞争性抑制SGLT2直接降低血糖水平，在预防和治疗代谢综合征中起着关键作用。然而，根皮苷的极低生物利用度使人怀疑这是否是治疗作用背后的唯一机制。因此，当前的工作是假设肠道菌群是导致根皮苷摄入有益效果的替代靶点。这项工作应用了高通量测序技术来系统分析补充根皮苷后粪便微生物群组成的变化。首先进行主成分分析（PCA）以可视化四组之间粪便微生物群结构的差异（图2a；PC1和PC2分别为41.5％和10.1％）。在得分图中观察到了基于组的不同聚类模式。代表高脂饮食诱导肥胖小鼠的符号全部分布在右象限，而代表其他三组的大多数小鼠的符号位于左象限，表明高脂饮食诱导肥胖小鼠与其他三组的粪便菌群结构存在巨大差异。尽管在高脂饮食加根皮苷组小鼠的左下象限中显示出独特的聚集模式，但它们与普通饮食和普通饮食加根皮苷组小鼠紧密聚集（在得分图上主要分布在左上象限），表明这三组共享肠道菌群结构的相似性更高，尽管仍然存在明显差异。这些结果共同表明，高脂饮食显著改变了肠道菌群结构。但是，共同使用根皮苷可以有效抑制或缓解肠道菌群的变化。代表普通饮食和普通饮食加根皮苷小鼠的符号主要分布在左上象限，以两个紧密靠近的簇的形式出现，表明这两组肠道菌群结构之间仍然存在明显差异。这些结果进一步证实，补充根皮苷可以特异性地影响肠道菌群。PCA的结果与分层聚类分析的结果基本一致（图2b），除了样本2-1不与PCA得分图上的任何组聚类。有趣的是，基于PCA结果，各组之间肠道菌群结构存在明显差异，而高脂饮食确实彻底改变了肠道菌群结构，但各组之间的α多样性（以Chao1指数表示）未检测到显著差异（图2c，P > 0.05），表明不同的干预措施并没有导致分类单元丰富度的显著变化。
越来越多的证据表明，植物来源的多酚（包括类黄酮，酚酸，羟基酚和儿茶素）可通过改善肠道的抗氧化和抗炎状态，从而增强上皮屏障功能和调节肠道菌群有效预防和治疗代谢综合征。本研究的粪菌移植实验表明，肠道上皮屏障和肠道菌群是根皮苷治疗作用的替代靶点。但是，值得注意的是在应用粪菌移植时，应更多地集中于鉴定供体粪便中微生物来源和多酚来源的代谢物，以确保生物安全。先前的代谢组学分析已经发现，有益功能的功能效应物通常不是多酚，而是它们的代谢物。例如，糖苷形式的大多数天然化合物将需要通过第一步水解步骤被活化为更具生物活性形式的糖苷配基。类似地，进入胃肠道后，根皮苷通常会被酸解和/或酶水解为根皮素。因此，目前尚不清楚根皮苷的抗肥胖和肠道微生物群调节作用是否是由于根皮苷和/或根皮素的原始形式引起的。特别是，本研究的初步研究发现，根皮素的体外抗菌作用比根皮苷强（数据未显示）。此外，未吸收的根皮苷/根皮素可能进入消化道，与肠道菌群相互影响。一方面，根皮苷和根皮素可以调节肠道菌群的组成，另一方面，根皮苷和根皮素可以作为被肠道微生物代谢的底物，进而释放其他代谢物以刺激下游代谢。最后，要确认肠道菌群的作用以及它是根皮苷在抗肥胖作用中的作用靶标，至关重要的是要确保要移植的粪便中不存在根皮苷和根皮素残留物，高剂量的根皮苷有时会排泄并在粪便样本中被检测到。同样重要的是要确保在要移植到受体小鼠的粪便中不存在其他生物利用度低的糖苷和/或酚，如根皮苷；否则，可能难以验证肠道菌群是否可以作为根皮苷的替代靶标，或者难以理解根皮苷在抗肥胖中发挥的作用。
