普通豆奶或酸奶可预防小鼠模型中的低度慢性炎症及相关代谢紊乱
研究亮点
- 检验了豆奶和酸奶在炎症动物模型中的效果
- 补充剂显著缓解了代谢综合征
- 补充剂显著抑制了血浆和组织中的炎症
- 补充剂显著改善了肠道屏障完整性和肠道健康
- 肠道菌群和短链脂肪酸组成得到了有利的调节
摘要
本研究使用高脂饮食（HFD）结合或不结合脂多糖（LPS）诱导的低度炎症小鼠模型（雌性C57BL/6J小鼠，代表中晚期个体），验证了我们先前研究中发现的普通豆类衍生牛奶和酸奶的抗炎活性及其对肠道屏障完整性的影响。结果显示，每两天补充10和100毫克浅红色芸豆衍生牛奶或酸奶粉每公斤体重，持续14周，显著缓解了代谢综合征，表现为体重增加减少、血糖和胰岛素水平降低以及血脂状况改善。补充剂还显著抑制了HFD或HFD/LPS在白色脂肪和结肠组织中引发的炎症，表现为促炎细胞因子显著降低（P<0.05）。它还防止了由HFD或HFD/LPS引起的“漏肠”现象，并增强了肠道屏障完整性，表现为血浆D-甘露醇降低和紧密连接蛋白上调（P<0.05）。进一步分析肠道菌群和短链脂肪酸组成表明，观察到的健康益处可能与免疫代谢轴和肠道菌群的调节有关。我们的研究表明，以牛奶或酸奶形式食用富含多酚和肽的普通豆类，有利于缓解代谢综合征、改善肠道防御刺激和恢复肠道免疫稳态，特别是对于中老年人群，如小鼠模型所示。我们的结果还表明，普通豆奶或酸奶可以成为一种新型的基于豆类的功能性食品。
引言
代谢系统与免疫系统之间的相互作用日益被认为是维持人类代谢健康的关键，并受许多因素影响，包括饮食。人体胃肠道处于食物摄取和抗原防御的前线，是免疫代谢轴的主要交互界面，沿此界面，饮食、肠道屏障和肠道菌群交织在一起，参与维持免疫稳态。不健康的饮食可能会损害肠道通透性并改变肠道菌群，导致革兰氏阴性菌与革兰氏阳性菌比例增加（Lam等，2012）。因此，来自革兰氏阴性菌的脂多糖（LPS）进入细胞，触发多种促炎介质的分泌，并在渗入循环系统时引起代谢性内毒素血症（Pendyala等，2012）。同时，代谢系统的扰动也可能触发以细胞水平炎症反应为标志的免疫反应（Medzhitov，2008）。不健康饮食对肠道健康的影响最终可能导致全身性的低度炎症。这种异常的免疫代谢交叉对话增加了人类一系列代谢综合征的风险，包括肥胖、2型糖尿病（T2DM）、心血管疾病和非酒精性脂肪肝疾病（Zmora等，2017）。
高脂饮食（HFD）最常用于动物模型以诱导慢性炎症并研究相关代谢疾病。含有30%至60%热量来自脂肪的饮食在年轻时开始喂养并持续数周后，能够有效诱发肥胖（Buettner等，2007）。与不饱和脂肪酸相比，HFD中的饱和脂肪酸优先储存在脂肪组织中，并能触发Toll样受体4（TLR4）介导的炎症反应，既发生在脂肪细胞中也发生在循环免疫细胞中（Rocha等，2016）。此外，HFD诱导的肥胖增加了包括肠道在内的多个器官的易感性。HFD通过调节紧密连接（TJ）蛋白的表达，尤其是肠道上皮细胞中的claudin家族成员，直接破坏肠道屏障完整性（Ahmad等，2017）。同时，过量脂肪摄入增加了促炎细胞因子如IL（白介素）-1β、IL-6、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和核因子-κB（NF-κB）的分泌，进一步加重肠道屏障损伤（Siracusa等，2019）。肠道通透性和炎症反应的升高导致了肠道菌群的变化。乳酸杆菌、拟杆菌/普雷沃氏菌和双歧杆菌的显著减少与紧密连接蛋白Occludin和闭合蛋白-1（ZO-1）的表达减少有关，而在肥胖小鼠中观察到厚壁菌门/拟杆菌门（F/B）比值、厚壁菌门、梭杆菌门、变形菌门和软壁菌门的增加（Cani等，2007；Crovesy等，2020）。含LPS细菌的增加和移位引发了肥胖个体的全身性低度炎症。在这种状态下，由于促炎细胞因子如TNF-α和IL-6可异常激活胰岛素受体底物1（IRS-1），常常观察到胰岛素抵抗甚至T2DM作为肥胖的并发症（Hotamisligil等，1994）。还应注意的是，自发的慢性低度炎症与衰老相关，显著提高了老年人多种慢性病的发病率和死亡率（Sanada等，2018）。因此，简单的HFD模型不足以代表中年后进行性炎症状态下的代谢免疫状态，当选择的小鼠小于10个月时（Liu等，2016）。
豆类因其高纤维、高蛋白、富含矿物质和抗氧化剂以及低脂肪和低热量而被高度推荐为健康的膳食成分（Curran，2012）。与大豆、豌豆和扁豆相比，普通豆类（Phaseolus valga L.）在发达国家的消费量仍然较低，因为市场上产品种类有限且这些豆类难以烹饪。然而，普通豆类含有高达16%至33%的蛋白质和19.1至48.3 mg酚类物质/100 g干重，显示出良好的抗氧化和抗炎效益（Luna-Vital等，2015；Luthria & Pastor-Corrales，2006）。在我们之前的工作中，我们开发了普通豆类的牛奶和酸奶，并从海军豆和浅红色芸豆牛奶及酸奶的体外模拟消化物中鉴定出十种酚类化合物和三种小肽（Chen，Zhang，Liu等，2019）。普通豆奶和酸奶中的酚类和肽部分在细胞模型中的抗炎效果进行了研究（Chen等，2021；Chen，Zhang，Mats等，2019）。酚类和肽部分不仅在肠道上皮Caco-2单培养模型中表现出显著的抗炎活性，而且在跨上皮运输后的基底侧内皮细胞共培养模型Caco-2/EA.hy926中也表现出显著的抗炎活性。这些结果表明，普通豆类衍生的酚类和肽可以被肠道上皮细胞代谢和吸收，并可能对全身性炎症具有潜在的保护作用。然而，开发的普通豆奶和酸奶的健康益处仍有待体内验证。
在本研究中，口服LPS补充剂与HFD结合在一个小鼠模型中，以模拟人类中年后的代谢稳态受损。研究了浅红色芸豆的牛奶和酸奶对脂质和葡萄糖代谢的保护作用、在肠道和循环系统中的抗炎作用以及对肠道菌群的调节作用。根据结果，还讨论了普通豆类消费的健康益处以及开发新的普通豆类食品和饮料的可能性。
化学品和试剂
浅红色芸豆（品种Inferno）于2017年从Elora研究站（加拿大安大略省Elora）收获，并通过与圭尔夫大学（加拿大安大略省Guelph）应用豆类基因组学与生物制品合作获得。低度慢性炎症由从大肠杆菌（E. coli）0111: B4（Sigma，Oakville，加拿大）分离的LPS诱导。葡萄糖（Sigma，Oakville，加拿大）用于葡萄糖耐量试验。血浆甘油三酯浓度通过...
豆奶和酸奶的消费缓解代谢紊乱
在本研究中，豆奶和酸奶的消费减缓了HFD引起的体重变化（CBW）增加，在低剂量和高剂量下均有效（图1A）。在试验结束时，所有治疗组的CBW均显著低于HF组，表明其在减少HFD引起的体重增加方面有显著效果（P<0.05），而只有ML和YH组的CBW显著低于HF/LPS组（P<0.05）。四个治疗组之间没有显著差异...
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