28分大子刊 | 糖诱发脂肪肝的代谢流研究

一、背景介绍

果糖广泛用于汽水、糖果、烘焙食品等，过量摄入会导致肥胖、糖尿病、心脏病和非酒精性脂肪性肝病，其中脂肪肝细胞中脂肪过多积累，可能导致肝炎和肝损伤，进而发展为更严重的疾病，如肝硬化、肝癌等。目前已有临床数据表明果糖摄入量在脂肪肝患者中明显高于正常，且有剂量依赖性关系，是引起青少年脂肪肝重要因素。已有研究表明果糖在肝脏代谢的产物可以激活脂肪生成并抑制脂肪酸氧化，导致肝脏中甘油三酯的积累，通过代谢流研究，有助于深入了解果糖在体内的代谢路径及其对肝脏健康的影响，可以追踪果糖在肝脏和小肠中的代谢过程，揭示果糖代谢的关键酶和信号通路，发现潜在的治疗靶点。

 

二、材料方法

研究主要策略是结合代谢组学和同位素标记，来探究果糖诱导肝脂肪变性机制，并寻找相关标志物。实验使用了三种遗传背景不同的小鼠品系（C57BL/6J、DBA/2J和FVB/NJ），包括雄、雌性，分为对照组和果糖组，通过长期喂养观察果糖对肝脏健康的影响，小鼠在7周龄时开始实验，期间小鼠自由进食，记录饮食摄入量，并定期测量体重，实验开始进行口服果糖耐受性测试，测量果糖代谢产物的动态变化，第12周时收集肝脏组织和血液样本进行进一步分析。代谢组学平台为LC-MS技术，分析果糖耐受性测试后小鼠血液中的代谢物变化，并计算曲线下面积；同位素追踪使用C13标记的果糖，研究果糖在小鼠体内的代谢路径；病理学评估通过H&E染色评估肝脏组织的脂肪变性程度；相关基因和蛋白表达分析使用qPCR和WB来检测。

 

统计分析使用GraphPad ，两组之间的比较采用双尾非配对t检验，多组之间的比较采用单因素方差分析，相关性分析通过Pearson相关系数计算相关性，置信区间计算以R脚本进行自助法计算，以95%的置信区间从实验获得的值中推断肠道甘油酸和葡萄糖的生产量。

 

三、结果讨论

研究揭示了果糖耐受性测试与肝脂肪变性的关系，通过测量果糖代谢产物在系统循环中的变化，发现果糖耐受性测试后循环甘油酸的AUC与12周时的肝脂肪变性程度呈负相关，表明血液中甘油酸水平可以预测果糖诱导肝脂肪变性严重程度。基于三种遗传背景不同的小鼠品系的喂养实验发现，FVB品系的小鼠在慢性HFCS喂养后显示出较轻的肝脂肪变性，而C57BL/6J和DBA/2J品系的小鼠则表现出较严重的肝脂肪变性，此外FVB小鼠的肝脏甘油三酯和胆固醇水平也显著低于另外品系。

 

代谢流分析发现FVB品系的小鼠在果糖耐受性测试后循环甘油酸水平显著升高（约6倍），表明其小肠对果糖的代谢能力较强，这种小肠对果糖的清除能力与慢性果糖暴露后肝脏从头脂肪生成和脂肪变性的减弱有关，小肠中果糖代谢生成的葡萄糖水平增加，而甘油酸水平有所下降，表明其小肠在慢性果糖暴露下发生了代谢适应性变化。进一步研究显示了小肠对果糖的有效清除改善肝脏健康，通过阻断肝脏脂肪生成来发挥作用表明了小肠果糖清除对肝脏健康的保护作用。

 

四、研究结论

研究通过代谢流技术，揭示了小肠在果糖代谢中的关键作用，并成功识别出甘油酸作为预测患者对果糖诱导脂肪肝抵抗力的标志物。这些研究结果不仅为理解果糖与肝疾病的关系提供了新的视角，还为开发新的治疗策略和个性化饮食建议提供了重要的科学依据。代谢流技术在本研究中的应用，有效地揭示了果糖代谢的分子机制，为个性化精准医学提供了有力支持。

 

五、结果展开

图1. 显示口服果糖耐量试验检测到甘油酸激增可预测果糖诱导脂肪肝。

a. 显示有关研究设计策略，三个不同品系的雌、雄小鼠接受口服果糖耐量测试，并采集一系列血液样本用于代谢组学分析，12周后通过组织学方法评估脂肪肝的程度。
b. 显示第12周时小鼠脂肪肝情况。
c. 显示血液代谢产物的AUC，如油酸、谷氨酰胺等，与脂肪肝之间的相关性，图表显示皮尔逊相关系数及相应p值。

 

图2. 显示不同品系小鼠血液样本中甘油酸水平与肝脂肪变性呈负相关。

 

a和b. 显示给予水或高果糖玉米糖浆（HFCS）喂养的雄性小鼠肝脏的H&E染色(A)以及脂质沉积定量分析(B)。

c. 热图显示在口服果糖耐量测试前后血液代谢物的相对丰度，框内分别突出显示了磷脂和甘油酸。  

d. 火山图显示了FVB小鼠在口服果糖耐量测试后60分钟时显著调节的循环代谢物，黄色边框标示了在所有四个比较中显著变化的代谢物。

e. 雄性小鼠口服C13标记的果糖耐量测试后标记代谢物水平。 

 

图3. 显示肠道内存在有效的果糖分解代谢能力。

 

a-c. 显示通过口服给予C13标记的果糖后，用于量化肠道果糖分解代谢的实验方案（A），以及随时间变化测量门静脉和体循环中标记代谢物的方法理论基础（B和C）。

d-g. 在喂养水（D和F）或高果糖玉米糖浆（HFCS）（E和G）12周后的雄性小鼠中，门静脉和体循环中标记甘油酸（D和E）及葡萄糖（F和G）的相对丰度。

h. 果糖分解为甘油酸和3-磷酸甘油醛（G3P）的示意图。

i和j. 十二指肠组织中三碳激酶（Tkfc）和醛脱氢酶（Aldh1a1）的基因表达情况。

k. Aldh1a1与Tkfc基因表达的比例。

l. 口服果糖耐量测试后血液中甘油酸AUC与十二指肠Aldh1a1:Tkfc基因表达比例的相关性。

 

图4. 显示肠道的果糖分解代谢与肝脏从头脂肪合成的低水平相关。

 

a. 经过12周饮用普通水或高果糖玉米糖浆（HFCS）后，雄性小鼠口服13C标记的果糖后不同时间点肝脏中C13标记的甘油三酯（TG）水平。

b. 经过12周饮用普通水或HFCS后，雄性小鼠口服C13标记的果糖60分钟后非酯化胆固醇的C13标记水平。

c. 经过12周饮用普通水或HFCS后，雄性小鼠通过H2标记血液中的甘油三酯（TG）。

d. 第12周时H2标记的肝TG与第12周时肝脂肪变性之间的相关性。

e. 从头脂肪生成（DNL）通路示意图。

f. 肝脏中DNL酶的基因表达情况。

g. 口服果糖耐量测试方案示意图。

 

参考文献：

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