FSHW | 石榴皮多酚通过肠道菌群促进脂肪棕色化并改善饮食所致的小鼠肥胖

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Introduction

哺乳动物白色脂肪组织（WAT）负责能量储存，棕色脂肪组织（BAT）通过非颤栗性产热以热量的形式耗散能量。研究发现，高脂饮食（HFD）能够降低棕色脂肪组织的产热功能并促进白色脂肪组织肥大，从而使脂肪组织中脂质过度积聚，进而诱导胰岛素抵抗、非酒精性脂肪肝、动脉粥样硬化和高血压等代谢紊乱疾病的发生发展。一些膳食营养成分能够加强棕色脂肪产热能力、促进白色脂肪向棕色脂肪转化，成为其改善饮食所致代谢紊乱的重要途径之一。

近年研究表明，肠道菌群在促进脂肪棕色化发展过程中具有重要作用，如改善高脂诱导或遗传性肥胖小鼠的肠道菌群能促进白色脂肪组织棕色样发展并改善机体代谢紊乱；将冷暴露小鼠的肠道菌群移植到无菌小鼠体内，能显著提高白色脂肪组织的棕色化水平。另外还有研究发现，促进脂肪棕色化的一些代谢产物如短链脂肪酸和胆汁酸的产生也需要肠道菌群的参与。 石榴是一种营养丰富的水果，含有多种功能营养成分，其中多酚是最丰富的活性成分之一。近年来研究表明，石榴不同部位（皮、籽和汁）的多酚提取物具有显著的药理活性，并能显著改善代谢紊乱。作者之前发现石榴皮多酚可以改善饮食诱导的肥胖，并调节肠道菌群失调。尿石素A作为石榴多酚的主要肠道菌群代谢产物，已被明确了对饮食所致代谢紊乱的潜在有益效应。因此，推测肠道菌群在石榴皮多酚改善饮食诱导的代谢紊乱中发挥着重要作用。然而，肠道菌群在石榴皮多酚效应中的作用，特别是在改善饮食诱导的肥胖中的作用尚未阐明。因此在本研究中，作者通过广谱抗生素抑制肠道菌群，重点围绕脂肪组织棕色化探索肠道菌群在石榴多酚改善饮食所致代谢紊乱的作用及机制。

Results and Discussion

抗生素对肠道微生物群的抑制削弱了石榴皮多酚对高脂饲喂小鼠肠道菌群的调节效应

图1 肠道菌群组成分析

与未使用抗生素的处理组相比，抗生素处理组的α-多样性水平（OTUs和Shannon指数）显著降低，反映了抗生素干预抑制肠道菌群的多样性。此外，PCoA分析揭示了不同处理组间微生物组成的不同，尤其是使用抗生素与未使用抗生素处理组之间肠道菌群组成的明显分离。门水平上的分类分析表明，在未使用抗生素的处理组中，肠道菌群以变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、疣菌门和脱硫菌门为主。与高脂组相（HFD）比，石榴皮多酚组（PPPs）的Verrucomicobiota门明显增加。然而，抗生素的干预显著改变了肠道微生物群的组成，其特征是变形杆菌的相对丰度占90%以上。与抗生素组（Abx）相比，石榴皮多酚加抗生素（AbxPPPs）干预对肠道菌群组成几乎没有调节作用。这些结果表明，抗生素干预明显抑制了高脂饲喂小鼠的肠道菌群，也削弱了石榴皮多酚对高脂饲喂小鼠肠道菌群的调节作用。

石榴皮多酚通过肠道菌群促进脂肪棕色化发展

在棕色脂肪（BAT）中，石榴皮多酚干预逆转了高脂诱导的棕色脂肪标志相关分子Ucp1和Cidea的mRNA水平的下降。在腹股沟白色脂肪中（iWAT），石榴皮多酚处理相比于高脂组提高了产热基因Ucp1和Prdm16的mRNA表达水平，然而抗生素的存在抑制了石榴皮多酚的效应。

图2 棕色脂肪标志分子表达水平

抗生素对肠道菌群的抑制改变了石榴皮多酚干预高脂饮食小鼠的粪便代谢组学特征

主成分分析（PCA）的结果清楚地区分了使用或未使用抗生素干预的处理组，表明抗生素的干预改变了小鼠的代谢状态。正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）结果进一步显示，在使用或未使用抗生素干预的情况下，石榴皮多酚明显地将代谢谱与高脂组区分开。后续根据OPLS-DA模型中的变量投影重要性（VIP）值（>1）和Student t检验中的P值（<0.05）的差异代谢物筛选标准。与高脂饮食组相比，石榴皮多酚分别显著改变了不使用或使用抗生素干预的小鼠的210 种代谢产物和387 种代谢产物，并且只有44 种代谢产物重叠。这些结果表明，肠道菌群的抑制改变了石榴皮多酚对高脂饲喂小鼠生物代谢状态的影响。

图3 粪便代谢组学分析

Conclusion

肠道菌群的存在对石榴皮多酚改善饮食诱导的肥胖至关重要。石榴皮多酚和肠道菌群之间相互作用产生的相关细菌或代谢产物促进了脂肪的棕色样发展，是石榴皮多酚改善代谢紊乱的重要基础。当前研究探讨了肠道菌群组成与膳食多酚之间的作用关系，为探索膳食多酚改善饮食诱导的代谢紊乱机制研究和针对肠道菌群的膳食营养干预策略提供了参考和借鉴。

第一作者简介

罗卓婷，女，陕西师范大学食品工程与营养科学学院硕士研究生。研究方向为食品分子营养学。

通信作者简介

候晨，女，博士，硕士生导师。陕西师范大学食品工程与营养科学学院副教授。主要研究方向为食品分子营养学研究。近年在《Molecular Nutrition & Food Research》、《Food Function》、《Biochemical Pharmacology》等期刊发表论文30余篇。主持国家自然科学基金项目、陕西省科技计划重点项目、中国博士后基金项目、陕西省博士后基金等项目。目前主要承担本科生专业必修课《食品毒理学》、专业选修课《特殊膳食食品与健康》的教学工作。

李建科，男，二级教授，工学博士，博士生导师，1992年获得享受国务院政府特殊津贴，陕西师范大学食品工程与营养科学学院原院长，食品营养与安全创新团队学科带头人，陕西师范大学食品加工副产物深度开发与高值化利用重点实验室主任，西北濒危药材资源开发国家工程实验室学术骨干，陕西省食品科学技术学会理事长，陕西省毒理学会副理事长，中国农业工程学会农产品加工与贮藏工程分会常务理事等。主要研究方向为：食品化学与营养学、食品毒理学、细胞分子营养学、食品加工副产物深度开发与高值化利用、膳食因素对肠道菌群及健康影响、天然产物功能成分的提取分离及生物活性等。先后主持国家自然科学基金项目2 项、国家民委重点科研项目1 项、陕西省科技创新工程重大科技专项1 项、省级科技攻关项目6 项、国家质检总局行业公益性科研项目1 项、国家外国专家局高校特色项目1项、深圳市科技创新项目1 项、企业横向合作项目10余项；承担国家“863”项目子课题1 项， 科技部“十五”食品安全重大专项子课题1 项，参加国家科技部项目2 项，国家“星火计划”课题1 项。先后有5 项科技成果通过省级鉴定，其中1项达国际领先水平，3 项为国际先进水平，1 项为国内领先水平。获陕西省科学技术二等奖2 项、三等奖1 项，甘肃省科技进步三等奖1 项，厅级重大科技成果二等奖2 项，陕西高等学校科学技术一等奖2 项，省中青年优秀科研成果奖1 项，陕西省自然科学优秀学术论文三等奖1 项。获得国家授权发明专利11 项，转让3 项。先后在国内外核心学术期刊发表论文170余篇，其中SCI论文20余篇，12 篇论文进入ESI高被引全球排名前1%，1 篇论文被美国“BioMedLib”评为该研究领域Top20之首，1 篇论文被评为中国精品期刊顶尖学术论文领跑者5000（F5000）。出版教材专著7 部，其中，主编的《食品毒理学》为食品科学与工程类专业全国高校统编教材，在全国50多所高校广泛使用。

Pomegranate peel polyphenols improves diet-induced obesity and promotes adipose browning development through gut microbiota in mice

Zhuoting Luoa,b,#, Xiaoyu Songa,b,#, Mengting Lia,b, Jianke Lia,b,*, Chen Houa,b,*

a College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China

b University Key Laboratory of Food Processing Byproducts for Advanced Development and High Value Utilization, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China

# Both authors contributed equally.

*Corresponding authors.

Abstract

Gut microbiota regulate the activation of adipose browning, which promote energy dissipation and combat diet-induced obesity. Pomegranate peel polyphenols (PPPs) have been shown to reduce obesity, regulate lipid metabolism in adipose tissue, and modulate the composition of gut microbiota in animal fed high-fat diet (HFD). However, the role of gut microbiota in the improvement of obesity by PPPs has not been elucidated. In current study, we applied antibiotics to inhibit gut microbiota in mice fed HFD and treated with PPPs. The results showed that the inhibition of gut microbiota impair the effect of PPPs on reducing obesity and promoting adipose browning, and change the fecal metabolomic profiles in respond to PPPs. Moreover, the inhibition of gut microbiota supressed the promotive effects of PPPs on the levels of Akkermansia and microbiota-related metabolites, such as urolithin A, short-chain fatty acids (SCFAs), and bile acids (BAs), which were associated with activating adipose browning. Therefore, our results suggested that the presence of gut microbiota is essential for PPPs to ameliorate HFD-induced obesity. The related bacteria or metabolites generated by the interaction between PPPs and microbiota promote adipose browning and facilitate the beneficial effects of PPPs.

Reference:

LUO Z T, SONG X Y, LI M T, et al. Pomegranate peel polyphenols improves diet-induced obesity and promotes adipose browning development through gut microbiota in mice[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(2): 9250038. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250038.

本文编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意