Food & Function | 杨海燕团队通过多组学分析发现，安石榴苷在小鼠结肠炎模型中发挥其生物效应的多种途径

发布时间：2023-11-11作者：管理员

近日，郑州大学公共卫生学院杨海燕团队在Food & Function上发表题为 Multi-omics analysis detected multiple pathways by which pomegranate punicalagin exerts its biological effects in modulating host–microbiota interactions in murine colitis models的研究论文。该研究利用两种结肠炎模型，使用多组学方法揭露了安石榴苷（PA）对宿主-微生物群相互作用的调节作用，提示摄入PA可抑制肠道炎症和肠道微生物多样性，鉴定出对结肠炎关键病理生理参数具有高预测准确性的多种微生物指标，可将其作为监测含PA功能食品促进肠道健康功效的生物标志物，为开发PA作为生物活性食品成分和治疗剂应用提供了实验依据。

安石榴苷(Punicalagin, PA)是石榴中重要的生物活性成分之一。由于石榴具有较强的抗氧化、抗炎、抗增殖、抗菌等特性，自2017年以来，已有十多项动物研究探究石榴产品或PA治疗各种疾病的能力，包括饮食引起的肥胖和代谢紊乱以及细菌，病毒和真菌感染。研究表明石榴提取物(PE)、石榴果汁以及纯化的PA都能减轻小鼠炎症，减轻胶原蛋白引起的关节炎的严重程度和骨破坏。此外，PE可预防大鼠神经性疼痛，连续四周服用PE可显著降低皮肤皱纹的严重程度，而石榴汁似乎在降低餐后血糖反应和患2型糖尿病的风险方面更有效。在高脂饮食诱导的葡萄糖和脂质紊乱模型中，PA可降低厚壁菌门/拟杆菌门的比例以及属原球菌和厌氧干球菌的丰度，有助于逆转胰岛素抵抗。在高脂饮食引起的肾损伤模型中，PA已被证明通过调节肠-肾轴来改善肠道屏障功能障碍和增加盲肠短链脂肪酸(SCFAs)的浓度。虽然PE可以减轻结肠炎，但在结肠炎模型中使用石榴提取物的纯化成分(包括PA)的研究仍是有限的。本研究利用多组学方法研究了PA摄入对DSS和C. rodentium（啮齿枸橼酸杆菌）诱导的结肠炎小鼠中宿主-微生物群相互作用的影响。

本研究发现，PA减轻了DSS诱导的结肠炎症，降低了微生物多样性。综合病理结果和结肠炎评分显示PA摄入减少了小鼠近端结肠炎症浸润的数量，轻微改善了结肠炎表型。另外，检测结肠组织提取的RNA显示，摄入PA显著下调两种模式识别受体(PRR)，如Tlr4和Nod2，轻微降低多种促炎细胞因子(如Il17a和Tnf)的表达。与不添加PA的DSS处理小鼠相比，添加PA的小鼠粪便中α多样性指数(包括丰富度和均匀度)均显著降低，此外，PA能够将Coprococcus的丰度恢复到基线水平，可使Clostridium的丰度显著增加2.3倍，但使Ruminococcus的丰度降低了约5.3倍（图1） 。

图1 PA缓解DSS诱导的结肠炎症，降低肠道微生物多样性

与未经DSS处理的小鼠相比，DSS诱导粪便代谢组的显著改变，影响了大约60%的检测到的代谢物，如酒石酸盐和亚精胺。本研究发现，PA可将DSS诱导小鼠的代谢产物从失调水平恢复到基线水平，如鞘磷脂，摄入PA可将其水平从DSS处理组小鼠的升高水平向基线方向逆转，同样，经DSS显著降低的i-尿胆素原及其副产物尿胆素经PA摄入后恢复至基线水平。此外，PA摄入可显著影响γ-谷氨酰氨基酸相关的代谢物及与外源性代谢有关的代谢物，如酒石酸盐和哌啶（图2）。

图2 PA可恢复化学诱导失调的关键粪便代谢物

小鼠感染啮齿枸橼酸杆菌可引起结肠重量增加、结肠指数和脾脏指数上升、结肠长度缩短。本研究表明感染组小鼠摄入PA后可减少以上病理状况，实时荧光定量PCR结果显示摄入PA可明显降低促炎因子的表达，RNA测序结果显示摄入PA可明显下调多个免疫相关通路，而代谢相关、分泌相关通路的基因有所上调（图3）。

图3 PA可减轻小鼠啮齿枸橼酸杆菌诱导型结肠炎病理状况

相较于对照组，啮齿枸橼酸杆菌感染组小鼠的菌群α多样性指数明显减少，而PA摄入17天可轻微影响Chao1和PD指数，PA摄入27天后则可使PD恢复至基线。本研究首次鉴定出3个对啮齿枸橼酸杆菌感染小鼠的结肠炎特征和PA摄入情况具有高预测准确性的微生物指标，可将其作为监测含PA功能食品促进肠道健康功效的生物标志物（图4）。

图4 对啮齿枸橼酸杆菌感染小鼠的结肠炎特征和PA摄入状况具有预测准确性的微生物指标

本研究采用NetCoMi，在种属水平上对啮齿枸橼酸杆菌感染组和啮齿枸橼酸杆菌感染摄入PA组粪便微生物进行比较，结果显示两组微生物微生物相互作用网络明显不同，且PA可调节一些关键类群的不同微生物间的相互作用（图5）。

图5 PA促进肠道微生物相互作用

综上所述，PA可通过多个靶位抑制结肠炎小鼠肠道微生物多样性并促进微生物相互作用。这些发现为把PA从生物活性食品成分转变为治疗各种肠道疾病的有效治疗药物提供实验依据。

郑州大学公共卫生学院杨海燕教授、美国农业部的Robert Li教授为该论文的通讯作者。郑州大学公共卫生学院刘芳副研究员为论文的第一作者。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/FO/D3FO00286A