通过多组学分析综合评估青稞总膳食纤维、不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维的抗肥胖效果

　　南昌大学余强教授课题组在国际期刊Food Research International发表了题为“Comprehensive assessment of the anti-obesity effects of highland barley total, insoluble, and soluble dietary fiber through multi-omics analysis”的研究型论文。

　　研究背景

　　青稞（Highland Barley, Hordeum vulgare L. var. nudum Hook. f）是一种在高海拔地区如中国西藏和青海等地区广泛种植的谷物作物。它因其丰富的膳食纤维含量而显示出在高脂饮食环境下减轻高脂血症的潜力。膳食纤维，主要存在于植物细胞壁中，具有多样的化学结构和物理化学特性，包括可溶性、发酵性和粘度等。根据它们的溶解特性，膳食纤维被分类为可溶性膳食纤维（SDF）和不可溶性膳食纤维（IDF）。这些膳食纤维被认为对健康有益，但相同来源的可溶和不溶性膳食纤维在抗肥胖方面的具体作用和机制尚不完全清楚。基于此，本研究旨在评估青稞中不同形式膳食纤维对肥胖小鼠的影响，并利用多组学分析方法探究其作用机制，以期为开发个性化的肥胖干预措施提供科学依据。

　　研究结果

　　HDF、HIDF和HSDF对肥胖小鼠的改善效果

　　从青稞中提取得到的三种膳食纤维（青稞总膳食纤维HDF、不溶性膳食纤维HIDF和可溶性膳食纤维HSDF）均显著减少了高脂饮食（HFD）喂养小鼠的体重。通过对肝脏和结肠切片分析、Lee's指数和脂肪指数以及血清中的总胆固醇（T-CHO）、甘油三酯（TG）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）的水平的测量，观察到三种膳食纤维对肥胖有不同程度的改善，HIDF的改善效果更突出。

　　对肠道菌群和短链脂肪酸浓度的影响

　　膳食纤维干预能在不同程度地改善因HFD扰乱的肠道菌群组成。在HFD组中，厚壁菌门上升，拟杆菌门减少。然而，膳食纤维干预显着增加了拟杆菌门的表达，降低了厚壁菌门/拟杆菌门（F/B）的比例（HSDF组除外）。

　　HSDF在改善Allobaculum方面表现出最显著的效果，而HIDF在Akkermansia的改善最为显著。此外，HDF和HIDF均显著提高了Coprococcus的表达水平。

　　HDF，HIDF和HSDF三种膳食纤维均能增加肠道中有益代谢物（乙酸、丙酸和丁酸）的表达水平。与HSDF组相比，HDF和HIDF对丁酸的分泌展现出更强的促进效果，且丁酸、Akkermansia、Allobaculum和肥胖指数呈反比关系。

　　综上，丁酸、Akkermansia、Allobaculum可能是三种膳食纤维改善肥胖的关键途径。

　　HDF、HIDF和HSDF对肝脏基因表达的影响

　　HDF、HIDF和HSDF同时影响了多种生物过程，包括脂质代谢过程、脂肪酸（FA）代谢过程等相关类别。HDF和HIDF展现出相似的调节作用，主要影响代谢有关的基因，HDF和HIDF干预均影响甘油三酯代谢，且HIDF干预对类固醇代谢过程有显著影响。相比之下，HSDF干预改变的基因主要与人类疾病相关。进一步的分析表明，所有三种膳食纤维干预措施都对PPAR信号通路有显著影响。此外，HDF干预特异性地改变了P53信号通路和初级胆汁酸生物合成途径。HIDF显著改变了嘧啶代谢和D-氨基酸代谢途径，而HSDF对昼夜节律途径有明显的影响。

　　以上结果表明对不同类型膳食纤维的生物学反应不同。

　　HDF、HIDF和HSDF对肝脏蛋白表达的影响

　　与HFD组相比，HDF、HIDF和HSDF干预分别诱导了82、138和125种蛋白质的变化。

　　HDF，HIDF和HSDF干预均显著改变了肝脏脂质代谢生物过程和PPAR信号通路，这与肝脏转录组结果一致。此外，HDF干预对胆固醇代谢生物过程有显著影响，HIDF对脂肪酸代谢生物过程有显著影响，HSDF显著改变了膜脂质，神经酰胺和鞘脂代谢生物过程。

　　识别 HDF、HIDF 和 HSDF 的潜在分子靶点

　　1.HDF、HIDF和HSDF组分别鉴定出6、5和1个显著变化通路，PPAR信号通路在所有三个膳食纤维组中均被富集。

　　2.差异表达蛋白的蛋白-蛋白相互作用（PPI）分析鉴定出各组高度交互的蛋白，即Abcc3、Dapk1和Pck1。

　　3.转录组学数据与蛋白质组学数据之间展现出显著的正相关性。

　　4.Abcc3、Dapk1和Pck1的表达水平与脂质异常因子和短链脂肪酸/肠道菌群的丰度密切相关。

　　结论与展望

　　高原大麦膳食纤维（HDF）、不可溶性膳食纤维（HIDF）和可溶性膳食纤维（HSDF）对高脂饮食（HFD）诱导的肥胖具有显著的改善效果。当HDF摄入后，Coprococcus的丰度显著增加，而HIDF和HSDF的摄入则分别导致Akkermansia和Allobaculum的水平升高。进一步的探索揭示了PPAR信号通路可能是这些膳食纤维发挥调节作用的潜在关键机制。特别值得注意的是，HDF和HIDF在调节与甘油三酯（TG）和脂肪酸（FA）代谢相关的生物过程方面表现突出，其中Abcc3和Dapk1被鉴定为潜在的分子靶标。与此相反，HSDF主要影响了与膜脂质、神经酰胺和鞘磷脂代谢相关的生物过程，Pck1被确定为潜在的分子靶标。这些发现加深了对不同类型青稞膳食纤维在抗肥胖机制中独特作用的认识。