.

本文譯自『自然期刊』科學報告, 11 April 2016

 

 

作者: Yu-Chuan Liang, Meng-Ting Yang, Chuan-Ju Lin, Cicero Lee-Tian Chang & Wen-Chin Yang

 

 

肥胖及其並發症是一個主要的全球健康問題。在這項研究中，我們調查了可食用植物鬼針草及其活性成分的抗肥胖作用和機制。我們首先評估了鬼針草對ICR小鼠體成分，體重，血液參數的長期影響。我們觀察到它顯著降低了ICR小鼠的脂肪含量和蛋白質含量。接下來，我們驗證了鬼針草在ob / ob小鼠中的抗肥胖作用。它有效且劑量依賴性地降低小鼠的脂肪含量，脂肪細胞大小和/或體重。此外，機理研究表明，鬼針草抑制脂肪組織中過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ），CCAAT /增強子結合蛋白（C / EBPs）和Egr2的表達。最後，我們檢測了2-β-D-吡喃葡萄糖氧基-1-羥基三嗪-5,7,9,11-四烯（GHT）對脂肪細胞脂肪形成的影響。我們發現鬼針草顯著降低了脂肪生成和脂質積累。這種下降與Egr2，C / EBPs，PPARγ，脂肪細胞蛋白2（aP2）和脂聯素的表達下調有關。總之，這項工作證明鬼針草和GHT通過下調Egr2，C / EBPs和PPARγ途徑抑制脂肪細胞和/或動物的脂肪生成和脂質含量，表明鬼針草和GHT的新應用肥胖。

 

 

肥胖現在被認為是世界範圍內的一種緊急流行病。據估計，2014年全球有超過19億人超重，超過6億人肥胖。攝入多餘的能量會導致脂肪細胞增生和肥大，從而導致肥胖2。慢性肥胖相關並發症如糖尿病，心血管疾病，免疫紊亂和癌症給患者和國家帶來了經濟負擔3,4。

 

脂肪組織在脂質體內平衡和能量平衡中起重要作用。脂肪生成是一種生物過程，其特徵在於脂肪組織中的形態學，細胞和生物化學變化5。成纖維細胞樣前脂肪細胞通過脂質體內平衡的複雜基因調節經歷生長停滯，克隆擴增，分化和成熟為脂肪細胞5。已知多種轉錄因子如C / EBPs和PPARγ是調節脂肪細胞脂肪形成不同階段的主基因6。 Egr2是C / EBPs的上游調節因子，也與脂肪生成有關5。此外，據報導，aP2和脂聯素在PPARγ和/或C / EBPs下游的脂肪細胞中是分化標誌物，並參與脂質代謝和其他功能，儘管它們的作用需要進一步研究7,8。

 

除了飲食控制和體育鍛煉外，製藥方法通常用於對抗肥胖症9。目前用於減肥的藥物有助於減少脂肪吸收，抑制食慾和增加飽腹感10。儘管它們有效，但減肥藥通常伴有不良副作用以及成本效益問題11。大量信息表明，植物及其化合物可以減少食物攝入和脂肪吸收，增加脂質代謝，刺激能量消耗12。因此，植物及其化合物被認為是控制肥胖的天然替代方法。

 

鬼針草是一種菊科植物。聯合國糧食及農業組織在20世紀90年代推廣其種植，因為它易於種植，美味和食用13。這種植物通常被用作全球野菜或草藥14。目前，報導鬼針草治療超過41類疾病15。已經從這種植物中鑑定出200多種植物化學物質，這可能解釋了它的一些藥物作用15。除高血壓16,17外，該植物18,19和/或其多炔20,21已被證明可治療糖尿病。最近，報導使用鬼針草作為營養保健品對臨床有效對抗糖尿病22。然而，鬼針草的抗肥胖機制尚不清楚。在這項研究中，我們首先研究了鬼針草對ICR和ob / ob小鼠的食物攝入，脂肪含量，體重和/或脂肪細胞大小的影響。此外，我們測試了該植物對脂肪組織中Egr2，C / EBPs和PPARγ的表達調節的影響。此外，我們檢查了鬼針草對血液生化的影響。最後，我們研究了一種活性多聚體（一種鬼針草）的GHT對脂肪生成和脂肪細胞中Egr2，C / EBPs和PPARγ基因表達調控的作用。

 

 

鬼針草對ICR小鼠體重，生化和血液學參數以及體成分的長期影響

 

為了探索鬼針草的抗肥胖作用，我們首先評估了其對ICR小鼠體重，身體成分，血清生化和血液學的長期影響。將ICR雄性（Sup。圖S1a）和雌性（Sup。圖S1b）小鼠隨機分成4組，每組5隻小鼠。四組分別飼餵標準飲食（0％BP）和標準飲食，0.5％鬼針草提取物（BP），1.5％BP和2.5％BP，共24週。在24周治療之前和之後觀察到ICR小鼠的體重沒有顯著差異（P≥0.05）（Sup。圖S1a，S1b和表1）。對照組和鬼針草餵養組的雄性和雌性ICR小鼠的食物和水攝入量沒有統計學差異（P≥0.05，數據未顯示）。值得注意的是，身體成分數據顯示鬼針草依賴性地降低了ICR女性的粗脂肪含量（表1）。這種減少在男性中更明顯（表1）。此外，我們還觀察到鬼針草依賴性地增加雄性中的粗蛋白含量比雌性更大（表1）。

 

我們還檢測了鬼針草對每組小鼠血液中生化和血液學參數的影響。觀察到對照和鬼針草餵養組之間的生化和血液學參數的變化（表S1和S2）。但是，這些參數確實在正常範圍內。結果表明鬼針草的安全性。 總的來說，這些數據表明鬼針草對小鼠體成分有影響。

 

鬼針草降低體重增加和脂肪含量，但增加ob / ob小鼠的瘦肉組織含量

接下來，使用ob / ob小鼠（肥胖的小鼠模型）進一步研究鬼針草對體重和身體組成的影響。將5週齡雄性大鼠隨機分為3組，每組5只，餵食標準飲食（0％BP）和標準飲食，含低（0.5％BP）或高（2.5％BP）劑量的鬼針草提取物。為期5週。在ob / ob小鼠的對照組和治療組中，在食物和水消耗中沒有觀察到顯著差異（P≥0.05）（圖1a）。相反，鬼針草劑量依賴性地降低體重（圖1a），體脂（圖1a）和血清脂質（表2）。對於脂肪組織，鬼針草顯著減少內臟和皮下脂肪的重量，但不減少棕色脂肪（圖1c）。類似於ICR小鼠的數據，NMR數據顯示鬼針草以劑量依賴性方式降低ob / ob小鼠的脂肪含量（圖2a）。 鬼針草也增加了小鼠瘦肉組織的含量（圖2b）。然而，觀察到對照和鬼針草餵養的小鼠之間的體液沒有差異（P≥0.05）（圖2c）。

 

 

 

 

鬼針草降低肥胖小鼠脂肪組織中Egr2，C / EBPs和PPARγ的細胞大小和表達水平

為了剖析鬼針草增加小鼠脂肪的機制，我們首先檢測了鬼針草對棕色，皮下和內臟脂肪組織中脂肪細胞的影響。組織化學數據顯示，在所有三種類型的脂肪組織中，鬼針草劑量依賴性地減少脂肪細胞的細胞大小（圖3a）。定量這些脂肪組織的細胞大小分佈。在鬼針草餵養的小鼠中註意到脂肪組織中從大細胞大小向小細胞大小的轉變（圖3b）。此外，這種轉變取決於鬼針草的劑量，並且在棕色脂肪中更明顯（圖3b）。因此，鬼針草劑量依賴性地減少脂肪組織中的平均脂肪細胞面積（圖3c）。

 

 

由於鬼針草有效地減少了脂肪積累和脂肪細胞大小，因此我們試圖找出涉及由鬼針草調節的脂肪生成和脂質代謝的主基因中的哪一個被研究。我們首先探討了鬼針草對對照和鬼針草餵養小鼠脂肪組織中Egr2，C /EBPγ，C /EBPβ，C /EBPα和PPARγ的轉錄和翻譯水平的影響。數據表明，鬼針草以劑量依賴的方式抑制Egr2，C / EBPs和PPARγ的表達（圖3d，e）。

GHT抑制脂肪生成，但不影響（前）脂肪細胞的細胞活力

我們之前的植物化學研究和生物測定表明，GHT是鬼針草提取物中血糖控制的主要化合物20,21。為了進一步探索本研究中脂肪形成中鬼針草的分子機制，我們一方面嘗試通過植物化學與小鼠3T3-L1前脂肪細胞的脂肪形成實驗相結合來鑑定鬼針草中可能存在的活性化合物。 。基於這種生物活性指導的分餾和分離策略（圖S2a），我們發現鬼針草提取物及其丁醇部分而非水部分抑制小鼠3T3-L1前脂肪細胞中的脂肪形成（Sup。圖。 S2B）。我們還證實GHT是一種用於抑制脂肪生成的活性化合物（Sup。圖S2b）。此外，鬼針草提取物中的GHT用於鬼針草批次之間的質量控制（Sup。圖S3）。另一方面，我們研究了鬼針草抑制小鼠3T3-L1前脂肪細胞中脂肪形成的分子機制。與ob / ob小鼠肥胖的數據一致（圖2），鬼針草降低了Egr2，C /EBPγ，C /EBPβ，C /EBPα和PPARγ的轉錄和翻譯水平（Sup。圖S4）在區分脂肪細胞。

 

此外，研究了GHT對小鼠3T3-L1前脂肪細胞中脂肪形成的影響。 25μM或更低的GHT未顯示細胞毒性，並且在50μM的GHT中觀察到輕微的細胞毒性（圖4a）。此外，研究了GHT對3T3-L1前脂肪細胞向脂肪細胞分化的影響。如所預期的，與對照細胞相比，由Dex，IBMX和胰島素組成的誘導物引發脂肪細胞中脂滴的產生（載體對誘導物，上圖，圖4b）。此外，羅格列酮增強了這種產生（Inducer + RSG，上圖，圖4b）。形成鮮明對比的是，GHT劑量依賴性地抑制了這種產生（Inducer + GHT，上圖，圖4b）。在人SGBS細胞中也證實了GHT對脂滴產生的抑製作用（下圖，圖4b）。

 

 

同時，研究了GHT對如圖4b中的相同3T3-L1細胞中Egr2，C /EBPγ，C /EBPβ，C /EBPα和PPARγ的轉錄和翻譯水平的影響。 3T3-L1前脂肪細胞在轉錄（圖4c）和翻譯（圖4d）水平上具有Egr2，C / EBPs和PPARγ的基礎表達。相反，誘導物在轉錄和翻譯水平上顯著上調這些基因的表達。此外，羅格列酮略微增加了這種上調（圖4c，d）。然而，GHT通過誘導物降低了這些基因表達的上調（圖4c，d）。隨後，檢測aP2和脂聯素，C / EBPs和PPARγ的兩個下游基因的表達水平。如所預期的，誘導物上調aP2和脂聯素的表達水平。相反，GHT減少了這種上調（圖4e）。

 

總的來說，數據顯示鬼針草及其活性成分GHT通過下調Egr2，C / EBPs和PPARγ以及它們的下游基因aP2和脂聯素來減少脂肪細胞中的脂肪形成（圖4f）。

 

 

植物和化合物可以通過減少食慾和脂肪消化/吸收和/或增加脂質分解和能量消耗來發揮抗肥胖作用12。特別是，可食用植物代表了食物，營養保健品和抗肥胖藥物的非凡來源。在這項研究中，我們證明了鬼針草降低了小鼠模型中的脂肪含量（Sup。圖S1和圖2）。其抗肥胖作用涉及抑制脂肪組織中的Egr2，C / EBPs和PPARγ途徑（圖3d，e）。我們還研究了鬼針草和GHT在分化脂肪細胞中的可能分子基礎（圖4，Sup。圖S2和Sup。圖S4）。與體內數據一致（圖3），我們證實鬼針草和GHT通過Egr2，C / EBPs和PPARγ的表達降低來抑制脂肪形成（圖4）。雖然鬼針草和GHT的確切分子靶標仍然難以捉摸，但鬼針草和GHT通過下調脂肪形成轉錄因子如Egr2，C / EBPs和PPARγ發揮其抗脂肪形成作用，如圖4f所示。 。我們還對GHT進行了生物利用度測試。口服給藥後，GHT容易進入血液循環，達到峰值30分鐘並在6小時內下降（Sup。圖S5）。數據表明GHT可以很容易地攝入並到達循環系統。

 

鬼針草通常被認為對世界範圍內的民族或烹飪用途是安全的13,15。每天每公斤體重400毫克的鬼針草提取物劑量被認為是安全的22。在此，小鼠對27g / kg體重的日劑量的鬼針草提取物沒有任何毒性（數據未顯示）。一致地，這不影響生物化學參數和血細胞數量，除了ICR小鼠（表S1和S2）中的血糖和ob / ob小鼠中的血糖，胰島素，脂質和脂蛋白（表2）。我們的數據和其他已發表的文獻表明，口服此植物的安全風險較低。除了功效和適口性之外，由於其快速生長和低營養需求，鬼針草比人參和其他更具成本效益。

 

高卡路里飲食和不活躍的生活方式驅使脂肪細胞增生和肥大，導致肥胖。因此，靶向脂肪生成和脂質代謝被認為是一種抗肥胖策略12,23。在該研究中，我們顯示鬼針草及其活性化合物GHT抑制脂肪細胞中的脂肪形成（圖3和4以及Sup。圖S4）。機理研究表明，在脂肪生成過程中，鬼針草和GHT抑制Egr2，C / EBPs和PPARγ及其下游基因aP2和脂聯素的基因表達上調（圖3和4以及圖。圖S4） 。有趣的是，我們還觀察到ICR小鼠（表1）和ob / ob小鼠（圖2b）中蛋白質含量的增加。這種觀察可能是由於鬼針草對從脂肪沉積到蛋白質沉積的能量轉移的影響，因為食物攝入沒有顯示對照和鬼針草餵養動物的顯著差異（圖1a）。已經表明，在Zucker大鼠中沉積1kJ蛋白質和1kJ脂肪所需的能量分別為2.25和1.36kJ 24。因此，鬼針草的ob / ob小鼠脂肪和蛋白質之間的不均等轉換可以解釋它們體重的減少。

 

總體而言，我們的數據與已發表的文獻一起單獨證實了可食用植物鬼針草對代謝綜合徵如糖尿病18,19,22，高血壓17和肥胖的有益功能，使得鬼針草作為功能性食品的吸引力。

 

 

略

 

文內各項數字註釋，有興趣者請參閱原文。

 

本文譯自『自然期刊』科學報告: https://www.nature.com/articles/srep24285