FSHW | 辣木异硫氰酸酯化合物MITC可通过促进脂质代谢和调节食欲来抑制高脂饮食小鼠的脂质积累

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Introduction

肥胖症是一种以体内脂肪或脂肪组织过度堆积为特征的复杂慢性疾病，与许多综合性代谢疾病密切相关，包括但不限于非酒精性脂肪肝、2型糖尿病和高血压，对人类健康构成了严峻挑战。迄今为止，减肥手术被视为治疗肥胖症最为安全且高效的方法之一，但其普及程度仍然有限。此外，尽管某些减肥药物（诸如奥利司他和芬特明）已获得批准用于治疗肥胖，但其长期应用于体重管理的临床实践因安全性顾虑而受到制约。因此，探索更为安全且高效的减重策略显得尤为迫切。

现代人的“三多一少”生活方式的转变，具体表现为饮食过量、饮酒增加、睡眠过度以及体力活动减少，导致了能量摄入与消耗之间的失衡，进而加剧了肥胖症的流行趋势。鉴于此，通过增加体力活动以促进能量消耗，并减少食物摄入量以调控能量摄入，即遵循“管住嘴，迈开腿” 的原则，构成了防治肥胖的有效生活方式干预策略。大脑与肠道中的内分泌因子及其受体构成了一个错综复杂的网络体系，该体系负责调节食物摄入量与能量平衡。这一网络系统的稳定性依赖于大脑-肠道轴的双向交流机制。近期研究表明，肠道微生物群落结构的失衡是肥胖发生的关键因素，并可能通过干扰代谢稳态及抑制食欲而在体重调控中发挥重要作用。具体而言，肠道微生物通过调节微生物群-肠道-脑轴的内分泌信号通路，例如胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和肽酪氨酸-酪氨酸（PYY）的信号传导，直接对中枢神经系统产生影响。更为精细的调控机制涉及肠道微生物代谢产物，如短链脂肪酸（SCFAs）或色氨酸衍生物（如吲哚、5-羟色胺），这些物质作为食欲调节信号分子被肠道内分泌细胞摄取，进而促进肠道激素GLP-1和PYY的分泌。此外，肠道菌群与瘦素（一种由脂肪细胞分泌的激素）水平密切相关。这些厌食性激素通过循环系统穿越血脑屏障（BBB）进入下丘脑，特别是下丘脑弓状核（ARC），该区域被视为下丘脑调节进食行为的首要中枢。在ARC中，厌食性神经元（如POMC/CART神经元）可被瘦素、GLP-1和PYY等厌食性激素激活，这些激素与饱食感和饱腹感调节密切相关。因此，针对“微生物群-肠-脑轴”介导的“管住嘴”分子通路，是减肥的另一有效途径。

辣木（Moringa oleifera Lam.）作为一种多年生深根落叶乔木，兼具药用与营养价值。异硫氰酸酯（ITCs）是辣木叶与种子中的一类具有抗菌、抗氧化、抗癌、降血糖及降血脂等广泛生物活性的化合物。研究表明，辣木含有四种独特的ITC，均展现出强烈的生物活性，其中4-[(α-L-鼠李糖氧基)苄基]异硫氰酸酯（MITC）含量最高且活性最优。研究表明富含MITC的辣木籽提取物与辣木叶浓缩物（MC，含1%~3% ITC）分别对肥胖小鼠的体重增长及胰岛素抵抗具有调节作用，提示MITC可能是辣木提取物中发挥降血脂作用的关键活性成分。在先前的研究中，我们已证实MITC可通过激活AMPK信号通路有效抑制3T3-L1脂肪细胞的脂质积聚，并通过抑制氧化应激来改善C2C12细胞的胰岛素抵抗。然而，MITC在体内的降脂作用机制仍需进一步阐明。

云南农业大学盛军和田洋教授团队深入探讨了辣木特有活性成分-异硫氰酸酯化合物（MITC）抑制高脂饮食小鼠脂质积累的作用，并从脂肪分解促进和肠道微生物-肠-脑轴介导的中枢食欲调节两方面揭示了其作用机制。研究结果为MITC作为一种预防和降低肥胖的功能性食品配料提供理论依据，也为辣木资源的精深加工奠定科学基础。

Results and Discussion

MITC缓解HFD小鼠的糖脂代谢紊乱

为了研究异硫氰酸酯（MITC）对高脂饮食（HFD）小鼠脂质积累的抑制作用，作者用不同剂量的MITC给高脂饮食小鼠灌胃12周。MITC治疗显著改善HFD诱导的体重增长，降低附睾脂肪（eWAT）、肝脏及脾脏重量（图1A-E）。此外，MITC还能有效降低HFD小鼠的TC、LDL-C及non-HDL-C水平、空腹血糖水平和糖耐量（图1F-K）。综上所述， MITC能有效改善高脂血症小鼠的糖脂相关代谢紊乱。

图1 MITC缓解高脂饮食（HFD）小鼠的糖脂代谢紊乱

MITC抑制HFD小鼠的食欲

为了研究MITC对HFD小鼠食物摄入量的影响，作者测量了小鼠的食物和能量摄入。结果显示，HFD小鼠与NCD小鼠的食物摄入量无显著差异，而能量摄入量显著增加，而与HFD组相比，HFD+H MITC组的食物和能量摄入量显著减少（图2A-D）。这些结果表明，MITC对HFD小鼠脂质积累的抑制作用可能与抑制小鼠的食物和能量摄入有关。为了进一步研究MITC对HFD小鼠的急性厌食效应，作者进行了一项24 h短期喂食试验。结果显示，与HFD组相比，MITC小鼠在摄食14~24 h后出现厌食效应，食物和能量摄入量减少。此外，不同剂量的MITC干预降低了高脂饮食诱导的24 h体质量增加（图 2E-G）。这些结果表明，MITC的补充抑制了高脂饮食小鼠的食欲。

图2 MITC抑制高脂饮食（HFD）小鼠的食欲

MITC可减轻HFD诱导的小鼠肠道微生物群失调

大量研究证实，肠道微生物菌群失调是肥胖发生的最重要因素之一。因此，为了进一步确定MITC是否能调节HFD诱导的肠道微生物菌群失调，作者分析了肠道微生物菌群的组成。结果显示NCD、HFD 和 HFD+H MITC组的微生物群特征各不相同。与NCD处理相比，HFD处理导致厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度增加，拟杆菌门（Bacteroidota）相对丰度减少，从而使厚壁菌门/拟杆菌门（F/B）比例升高（P=0.0632）。MITC处理增加了拟杆菌门的相对丰度，但未降低厚壁菌门的相对丰度，从而逆转了HFD饮食诱导的F/B比例升高，尽管这一差异不显著。此外，在属水平上，与NCD组相比，HFD饮食显著增加了包括脱硫弧菌属（Desulfovibrio）、肠杆菌属（Enterorhabdus）、埃希氏-志贺氏菌属（Escherichia-Shigella）和Ruminococcus_torques_group在内的多个属的相对丰度，但这些属的相对丰度在HFD+H MITC组中显著恢复（图4A-F）。这些结果表明，MITC调节了肠道微生物菌群的组成，并改善了高脂饮食小鼠肠道微生物菌群失衡。

图4 MITC减轻高脂饮食（HFD）诱导的小鼠肠道菌群失调

MITC通过恢复瘦素信号传导和增加肠道激素释放来抑制食欲

瘦素是一种主要由脂肪组织分泌的激素，通过激活厌食性神经元通路来调节能量平衡。然而，当机体脂肪含量显著增加时，血清瘦素水平会上升，下丘脑神经元会产生不同程度的瘦素抵抗。为了研究MITC对HFD小鼠瘦素的调节作用，作者检测了血清瘦素水平。结果显示，HFD小鼠的血清瘦素水平显著升高，而MITC干预后瘦素水平恢复正常。进一步研究了MITC对HFD小鼠肠道激素胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和肽YY（PYY）的mRNA水平的调节作用，与NCD组相比，HFD组小鼠的GLP-1和PYY mRNA表达水平显著降低，而MITC干预显著逆转了这一趋势。此外，与HFD组相比，MITC显著提高了HFD组小鼠的血清5-羟色胺（5-HT）水平（图5A-D）。

肠道微生物群调节肠道上皮细胞中5-HT的释放，5-HT通过与5-羟色胺受体（5-HTRs）相互作用进一步促进GLP-1和PYY的释放，从而调节食欲。我们采用斯皮尔曼相关性分析综合探讨了肠道微生物与5-HT之间的关系，结果表明，大多数细菌属与血清5-HT浓度呈显著正相关，特别是瘤胃球菌科、Parasutterella、Butyricimonas和Acetatifactor（图5F）。这表明MITC可能通过调节这些肠道微生物群的组成，促进肠道5-HT的分泌，进而增强肠道厌食性激素的分泌。

图5 MITC通过恢复瘦素信号传导和增加胃肠激素肽释放来抑制食欲

MITC改变下丘脑基因表达谱，调节HFD小鼠的摄食行为和PPAR信号转导

下丘脑是调节食物摄入和能量平衡的中枢关键部位。为了进一步研究MITC调节小鼠食欲的关键机制，作者对小鼠的下丘脑进行了转录组学分析。NCD、HFD和HFD+MITC小鼠的下丘脑转录谱存在显著差异。进一步分析发现，与NCD组相比，HFD组有175个基因上调和81 个基因下调为差异表达基因（DEGs）。与HFD组相比，MITC治疗组有148 个基因上调和132 个基因下调为DEGs。基因本体（GO）富集分析发现最显著富集的通路包括摄食行为、条件性味觉厌恶和进食行为，这表明MITC主要调节HFD小鼠的摄食行为。进一步的富集和弦图分析显示，下调的瘦素基因（Lep，log2FC = −7.887）与摄食和进食行为有关。此外，KEGG富集分析显示，MITC显著调节HFD小鼠下丘脑的PPAR通路。这些结果表明，MITC显著改变下丘脑转录组，特别是与食欲调节相关的转录反应。

图6 MITC改变高脂饮食（HFD）小鼠下丘脑基因表达谱，并参与其摄食行为和PPAR信号传导

第一作者简介

解静，博士，副教授，硕士生导师，中共党员，入选云南省“兴滇英才支持计划”青年人才。主要从事天然产物健康功能研究。近年来主持云南省农业联合专项重点项目、云南省基础研究专项面上项目、云南省农业联合专项面上项目等项目10余项，作为技术骨干参与国家及省部级项目10 项。发表论文30余篇，其中以第一作者和通信作者（含共同）在Journal of Agricultural and Food Chemistry、Molecular Nutrition & Food Research、Food Science and Human Wellness等国内外期刊发表论文19 篇，其中SCI收录13 篇，TOP期刊10 篇。副主编专著1 部、参编专著1 部。授权国家发明专利5 件。

通信作者简介

田洋，教授，博士生导师，长期从事食药同源资源加工与高值化利用研究，围绕辣木、核桃、三七、铁皮石斛等生物资源，在组学数据解析与品质形成机理、功能组分与功效机制、加工理论与技术创新等领域取得系列创新性成果，构建营养健康导向的食药同源资源设计加工与高值化利用技术体系，为食药同源资源高值化开发利用提供新策略。主持建立食药同源资源开发与利用教育部工程研究中心等科研平台，获国家现代农业产业技术体系辣木产品加工岗位科学家，神农青年英才支持计划，云南省“兴滇英才支持计划”产业创新人才，云南省“兴滇英才支持计划”食药同源功能食品创新团队，云南省中青年学术和技术带头人，云南省青年科技奖，中国食品科学技术学会杰出青年奖等。主持国家自然科学基金及省重大科技专项等10余项；发表学术论文210余篇，以第一或通信作者在Trends in Food Science & Technology、Food Hydrocolloids、International Journal of Biological Macromolecules等国际知名期刊发表SCI论文50余篇，授权国家专利65 件，制定国家或行业标准6 项，出版著作或教材6 部；荣获云南省科技进步一等奖1 项，三等奖2 项，梁希林业科学科技进步三等奖1 项，云南省教学成果二等奖1 项。

Moringa oleiferaLam. isothiocyanate inhibits lipid accumulation in high-fat diet mice by promoting lipid metabolism and modulating appetite

Jing Xiea,b,c,1, Zishan Hongd,1, Jiaying Maoa,b,c,1, Linjie Pengb,e,f, Yuying Baia,e,g, Jun Shenga,c,e, Yang Tiana,b,c,*

a College of Food Science and Technology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China

b Yunnan Provincial Key Laboratory of Precision Nutrition and Personalized Food Manufacturing, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China

c National Research and Development Professional Center for Moringa Processing Technology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China

d School of Food Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China

e Engineering Research Center of Development and Utilization of Food and Drug Homologous Resources, Ministry of Education, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China

f School of Tea and Coffee, Puer University, Puer 665000, China

g Yunnan Provincial Engineering Research Center for Edible and Medicinal Homologous Functional Food, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China

1 These authors contributed equally to this study.

*Corresponding author.

Abstract

Obesity has brought great challenges to global human health, and how to effectively prevent and control the occurrence and development of obesity has become an urgent problem. The role and mechanism of 4-[(α-L-rhamnosyloxy) benzyl] isothiocyanate (MITC), an active ingredient of Moringa oleifera Lam., in the regulation of lipid metabolism have not been comprehensively investigated. In the present study, we investigated the mechanism of MITC in inhibiting lipid accumulation in mice fed with a high-fat diet (HFD) in terms of both lipolysis and central appetite regulation mediated by the gut microbe-gut-brain axis. MITC enhanced the characteristic indices associated with HFD mice and also promoted adipocytolysis and brown fat thermogenesis. Moreover, MITC was observed to improve leptin resistance, modulate the composition of gut microbiota such as Ruminococcaceae, Parasutterella, and Acetatifactor, promote 5-hydroxytryptamine secretion, further enhance the secretion of glucagon-like peptide-1 (GLP-1) and peptide tyrosine-tyrosine (PYY) to activate peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) signaling in the hypothalamus, and modulate feeding behavior to inhibit lipid accumulation in HFD mice. These data suggest that MITC supplementation can help to alleviate obesity or obesity-related diseases.

Reference:

XIE J, HONG Z S, MAO J Y, et al. Moringa oleifera Lam. isothiocyanate inhibits lipid accumulation in high-fat diet mice by promoting lipid metabolism and modulating appetite[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(7): 9250328. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250328.

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

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