文献解读|Food Chem（9.231）：代谢组学和肠道微生物组学揭示6-姜烯酚对肥胖的改善作用

干姜是传统的药食两用植物，富含蛋白质、粗纤维和脂肪等功能性化合物。姜酚是姜的主要活性物质，而6-姜烯酚则是姜酚中含量最高的组分，具有更高的生物活性。研究表明，姜酚具有潜在的抗肥胖作用，对高脂血症和糖尿病患者也有明显的改善作用。但是，关于姜酚改善肥胖的潜在机制还不清楚。本研究通过代谢组学和肠道微生物组学分析了6-姜烯酚对高脂诱导肥胖小鼠代谢物及肠道菌群的影响，阐明其对肥胖的治疗效果，为今后6-姜烯酚的临床应用提供理论基础。

和ND组相比，HFD和HFD-S（HFD饮食加盐溶液）组小鼠体重和Lee’s指数显著增加（图1A–C）。6-姜烯酚处理后，体重和Lee’s指数显著降低，表明6-姜烯酚可以有效抑制体重增加，改善肥胖。与ND组相比，HFD组的白色脂肪组织和肝脏的重量显著增加，而6-姜烯酚处理则改善了这一趋势（图1D，E）。

在整个实验中，HFD组的血糖水平显著高于ND组， 6-姜烯酚处理后，口服葡萄糖耐受试验（OGTT）的糖耐量得到改善（图1F，G）。和ND组相比，HDF组小鼠肝脏甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白（LDL-C）水平显著升高，而高密度脂蛋白（HDL-C）水平下降，使用6-姜烯酚处理逆转了这一趋势（图1H），表明6-姜烯酚可以改善HFD引起的血液生化指标的变化。

图1 6-姜烯酚对体重、Lee’s指数、组织重量、葡萄糖耐受和血清生化指标的影响

组织病理学分析表明，高脂饮食导致肝组织中脂质积累增加，肝组织颜色变浅（图2A）。HFD组和HFD-S组的脂滴比例增加，6-姜烯酚改善了脂质的增加，这与肝脏重量的结果一致（图2A，B）。脂肪细胞肥大与肥胖密切相关， 和ND组相比，HFD组小鼠附睾脂肪细胞面积增大，6-姜烯酚处理显著降低了脂肪细胞肥大，这与附睾脂组织重量的结果一致（图2C，D）。

图2 6-姜烯酚可减轻脂质积累和脂肪细胞增大

与ND组相比，HFD组小鼠肠道微生物群的chao指数和sobs指数下降，但低剂量的6-姜烯酚（HFDL）和中剂量的6-姜烯酚（HFDM）处理后显著增加。ND组有40种独特细菌，HFD组有6种，HFDL、HFDM和高剂量6-姜烯酚（HFDH）组分别有15种、2种和8种，表明HFD和6-姜烯酚改变了肠道微生物群（图3A）。β多样性分析表明，HFD和6-姜烯酚干预后，肠道菌群的组成发生了显著变化。ND组和HFD组易于区分，HFDL组和HFDM组与HFD组明显分离。但是HFDH组的点相对离散，导致与HFD的分离不明显(图3B)。物种组成分析表明，厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门和疣微菌门是主要门（图3C，F）。HFD组的厚壁菌丰度显著高于ND组，而6-姜烯酚处理后出现不同程度的下降（图3D）。与HFD组相比，HFDL组的拟杆菌丰度增加，HFD组厚壁菌与拟杆菌的比率（F/B）增加，6-姜烯酚处理后降低，但没有显著差异（图3E）。在属水平上，粪杆菌、毛螺菌、乳酸菌和阿克曼菌的丰度最高（图3F）。这表明6-姜烯酚在一定程度上重新平衡了HFD引起的肠道微生物群的变化。

HFD组中拟普雷沃菌属、无氧芽孢菌属和毛螺菌科富集。疣微菌、变形杆菌、阿克曼氏菌、乳酸菌和肠球菌在NC组中富集。6-姜烯酚干预后，一些和肥胖改善相关的微生物群的丰度增加，如Coriobacteriaea_UCG-002、Rikenellaceae_RC9_gut_group、另枝菌、布劳特氏菌属、颤螺菌、毛螺菌科和罗氏菌属（图3G，H）。

图3 6-姜烯酚调节肠道微生物群

代谢组学表分析表明，在正离子模式和负离子模式下分别检测到7306和8024个质谱峰，共注释了1183和630个代谢物。偏最小二乘判别分析（PLS-DA）表明， HFD组和6-姜烯酚干预后粪便代谢物出现显著差异。不同的饮食模式和6-姜烯酚处理导致代谢物的差异，各组之间分别聚类（图4）。

图4 各组间代谢物的聚类分析

与ND组相比，HFD组有6种不同的代谢物，其中，5,6-环氧树脂、18r-羟基二十碳五烯酸、柳杉二醇11-O-鼠李糖苷、3-（4-羟基-3-甲氧基苯基）-N-[2-（4-羟基苯基）乙基]环氧乙烷-2-氧肟酸下调，而蜂斗菜醇酮、脯氨酸-甘氨酸-赖氨酸-丝氨酸、（R）-泛酸4′-o-b-d-葡萄糖苷上调。与HFD组相比，HFDL、HFDM和HFDH组分别有5种、4种和6种不同的代谢物（图5A-D）。聚类分析显示了代谢物分布的差异（图5E）。与ND组相比，HFD组中的蜂斗菜醇酮、脯氨酸-甘氨酸-赖氨酸-丝氨酸、4-羟基苯甲酸葡糖醛酸、（R）-泛酸4′-o-b-d-葡糖醛酸减少，3-（4-羟基-3-甲氧基苯基）-N-[2-（4-羟基苯基）乙基]环氧乙烷-2-氧肟酸、5,6-环氧树脂、18r-羟基二十碳五烯酸和柳杉二醇11-O-鼠李糖苷增加。与HFD组相比，6-姜烯酚可逆转这些变化。

KEGG分析表明，ND和HFD组之间差异代谢物的主要富集途径是鞘脂信号通路和磷脂酶D信号通路；HFD和HFDL的主要代谢途径是色氨酸代谢、吡啶代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢以及甘油磷脂代谢；HFD和HFDM的主要代谢途径是精氨酸生物合成、癌症中的中心碳代谢、牛磺酸和低血糖素代谢；HFD和HFDH的主要代谢途径是苯丙氨酸代谢、精氨酸生物合成（图5F-I）。

图5 各组间不同代谢物和代谢途径分析

与ND组相比，HFD组差异代谢物中的蜂斗菜醇酮与紫单胞菌科和拟普雷沃菌、Family_XIII_AD3011_group呈正相关，与肠球菌、乳酸杆菌和阿克曼氏菌呈负相关。代谢物脯氨酸-甘氨酸-赖氨酸-丝氨酸与Anaerotruncus、腊肠菌、布劳特氏菌和黏液状菌呈正相关，与阿克曼菌呈负相关。代谢物3-（4-羟基-3-甲氧基苯基）-N-[2-（4-羟基苯基）乙基]环氧乙烷-2-氧肟酸与拟普雷沃菌、布劳特氏菌和黏液状菌呈负相关，与肠球菌属和阿克曼菌属呈正相关。与HFD组相比，6-姜烯酚组中的差异代谢物无梗茄碱与脱硫弧菌呈正相关，与乳酸杆菌呈负相关。前角鲨烯二磷酸盐与黏液状菌呈正相关，与乳酸杆菌呈负相关。PE（22:5（4Z，7z，10z，13z，16Z）/14:1（9z））与脱硫弧菌、Anaerotruncus、珊瑚菌_Ucg-002和黏液状菌呈正相关。5,6-环氧树脂，18r-羟基二十碳五烯酸与Anaerruncus，腊肠菌，Enterhabdus和黏液状菌呈负相关。（R）-3-羟基-十四烷酸与拟普雷沃菌、布劳特氏菌和黏液状菌呈负相关，与肠球菌属和阿克曼菌属呈正相关。柳杉二醇11-鼠李糖苷与粪杆菌和肠杆菌呈负相关。5-乙基-2-甲基吡啶与拟普雷沃菌呈正相关（图5J）。

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