西北农林科技大学王敏教授、韩林副教授、何财安副教授等在JAFC发文揭示鞣花酸对抗酒精相关肝疾病机制

学术   2024-11-24 09:06   上海  

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西北农林科技大学王敏教授、韩林副教授、何财安副教授等在JAFC发文揭示鞣花酸对抗酒精相关肝疾病机制

近日,西北农林科技大学食品学院Hongbo Zhang(第一作者)、何财安副教授(共同通讯作者)、韩林副教授(共同通讯作者)和王敏教授(共同通讯作者)等在国际期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》发表了题为“Ellagic Acid Protects against Alcohol-Related Liver Disease by Modulating the Hepatic Circadian Rhythm Signaling through the Gut Microbiota–NPAS2 Axis”的研究性论文。

酒精相关肝病(ALD)是发病率和死亡率的重要影响因素,占全球死亡人数的 0.9%,在所有肝硬化致死病例中占比 47.9%。酒精相关肝病的病症范围包括轻度脂肪变性、酒精性肝炎,甚至肝硬化。在这种疾病的病症范围内,酒精性肝炎是一种严重的慢加急性肝衰竭综合征,其特点是 90 天内死亡率可达 20% 至 50%。酒精相关肝病是一项全球性的健康挑战,目前尚无美国食品药品监督管理局(FDA)批准的治疗方法。因此,研发用于预防和治疗这种疾病的新药迫在眉睫。
酗酒会导致人类和动物体内的菌群失调,某些细菌家族与肝硬化的病情发展密切相关。在啮齿动物中,菌群失调与饮酒有关,多项研究已证实益生元或益生菌在逆转肝脏损伤方面具有潜力。在人类受试者中,口服益生菌干预有效地调节了菌群失调,使得酒精相关肝病(ALD)患者的转氨酶水平和总胆红素显著降低。调节肠道微生物是减轻酒精性肝损伤的一种很有前景的策略,因此,在酒精相关肝病的背景下,肠道微生物成为了一个新颖且极具吸引力的治疗靶点。
近年来,酚酸化合物鞣花酸(EA)因其多样的生物活性和多个分子靶点而备受关注。EA 是一种天然存在的多酚,属于鞣酸类,可在许多药用植物、水果、浆果果皮和坚果中找到。它具有抗炎、抗凋亡和抗氧化等特性。研究发现,EA 具有能够增强肝脏结构和功能的特性,可保护肝脏免受毒性和病理状况的侵害。这些特性包括抗氧化、抗肝毒性、抗静电、抗胆汁淤积、抗纤维化、抗肝癌和抗病毒等作用。先前的研究表明,EA 能够发挥其抗炎和抗氧化作用来改善酒精相关肝病(ALD)的表型;然而,其潜在机制仍未得到充分理解。虽然此前的研究已表明 EA 对肠道微生物可能存在影响,但肠道微生物与 EA 改善 ALD 之间的关系仍有待阐明。总体而言,EA 改善 ALD 的潜在机制,特别是其对肝脏中特定转录靶点的调控作用,尚未完全阐明。此外,肠道微生物与 EA 在改善 ALD 方面的关联在很大程度上仍未得到深入探究。
我们的研究阐明,鞣花酸(EA)通过调节微生物 - 肝轴,对慢性饮酒导致的肝脏昼夜节律紊乱进行调控,从而对酒精相关肝病(ALD)产生有益影响。我们首先观察到,EA 干预显著上调了NPAS2的表达,并改善了 ALD 的表型。此外,对肠道微生物的分析显示,EA 干预显著增加了有益细菌的丰度,这些有益细菌与 NPAS2 的表达呈正相关,与肝脏损伤呈负相关。通过抗生素治疗和粪便微生物移植(FMT)实验,证实了宿主微生物与 EA 对 ALD 的改善之间存在因果关系。我们的研究为 EA 在治疗 ALD 方面的潜在作用提供了有价值的见解,突显了它既能调节肠道微生物又能作用于肝脏靶点的能力。
图文摘要

Figure 1. EA improves liver injury induced by chronic alcohol consumption. (A) Timeline of experiment 1 depicting the alcohol liquid diet with EA treatment; (B) food intake; (C) representative images of H&E staining in liver sections; (D) liver injury grade; (E) representative immunofluorescence images of F4/80 in liver sections; (F) F4/80 fluorescence intensity of F4/80 in liver sections; (G) AST and ALT levels in serum; (H) AST and ALT levels in liver; (I) TG levels in serum; (J) Western blots analysis of hepatic inflammation signaling (n = 3, representative of 3 biological replicates for each group). Data presented as mean ± SEM *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, compared with Ctrl group, #p < 0.05, ##p < 0.01, ###p < 0.001, compared with the EtOH group. Significant differences between mean values were determined by one-way ANOVA with Tukey’s multiple comparisons test.
Figure 2. NPAS2 mediates the beneficial effect of EA on ALD. (A) Heatmap of differential genes between the EtOH and EtOH-EA groups based on the RNA sequencing of the liver (n = 5, representative of 5 biological replicates for each group); (B) volcano plot based on the differential genes (EtOH-EA vs EtOH); (C) KEGG pathway analysis of RNA sequencing data (EtOH-EA vs EtOH); (D,E) Western blots analysis of NPAS2 protein (n = 3, representative of 3 biological replicates for each group); (F) the relative mRNA expressions of circadian clock-related genes in liver (n = 7 mice per group). Data presented as mean ± SEM *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, compared with the Ctrl group, #p < 0.05, ##p < 0.01, ###p < 0.001, compared with the EtOH group. Significant differences between mean values were determined by one-way ANOVA with Tukey’s multiple comparisons test.
Figure 3. EA restores the dysbiosis of gut microbiota induced by chronic alcohol consumption. (A) Venn diagram of OTUs shared among different groups; (B) principal coordinate analysis (PCoA) based on unweighted Unifrac distance and permutational manova (adonis) were used to test the difference in gut microbiota composition and diversity between groups; (C–E) the α diversity of Chao, Shannon, and Simpson; (F) the β diversity; (G) cladograms produced from linear discriminant analysis (LDA) depicting microbiota composition; (H) heatmap of the abundance of gut microbiota at the species level; Data presented as mean ± SEM *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, compared with Ctrl group, #p < 0.05, ##p < 0.01, ###p < 0.001, compared with the EtOH group. Significant differences between mean values were determined by one-way ANOVA with Tukey’s multiple comparisons test.

Figure 4. EA-increased gut microbiota are associated with NPAS2 expression and liver injury. (A) Heatmap of correlation analysis between the NPAS2 and Per3 genes and the levels of ALT and AST; (B) heatmap of correlation analysis between the EA-regulated transcript genes and the relative abundance of differential species between the EtOH and EtOH-EA groups; (C) heatmap of correlation analysis between the levels of ALT and AST and the relative abundance of differential species between the EtOH and EtOH-EA groups. Significant differences between mean values were determined by Tukey’s multiple comparisons test. *p < 0.05, **p < 0.01.

Figure 5. The beneficial effects of EA on ALD rely on the gut microbiota. (A) Timeline depicts the alcohol liquid diet of EA and antibiotic treatment; (B) representative images of H&E staining in liver sections; (C) liver injury grade; (D) representative images depicting immunofluorescence staining of F4/80 staining in liver sections; (E) fluorescence intensity of F4/80 in liver sections; (F) AST and ALT levels in serum; (G) AST and ALT levels in liver; (H) TG levels in serum; (I) the relative mRNA expressions of NPAS2 and hepatic inflammation and injury-related genes (n = 6 mice per group). Data was presented as mean ± SEM *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, compared with the EtOH group, #p < 0.05, ##p < 0.01, ###p < 0.001,compared with the EtOH-ABX group, &p < 0.05, &&p < 0.01, &&&p < 0.001, versus the EtOH-EA group. Significant differences between mean values were determined by two-way ANOVA (EA and antibiotic treatment as two factors) with Tukey’s multiple comparisons test.

Figure 6. The effect of EA on ALD is transmitted by gut microbiota. (A) Timeline depicts the alcohol liquid diet with FMT treatment; (B) representative images of H&E staining of liver sections; (C) liver injury grade; (D) representative images depicting immunofluorescence staining of F4/80 staining in liver sections; (E) F4/80 fluorescence intensity of F4/80 in liver sections; (F) AST and ALT levels in serum; (G) AST and ALT levels in liver; (H) TG levels in serum; (I) Western blots analysis of NPAS2 (n = 3, representative of 3 biological replicates for each group). Data was presented as mean ± SEM *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, compared with the CFMT-dCtrl group, #p < 0.05, ##p < 0.01, ###p < 0.001 compared with the EtOHFMT-dEtOH group. Significant differences between mean values were determined by one-way ANOVA with Tukey’s multiple comparisons test.

原文链接

https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c06992



通讯作者简介

王敏,女,1967年12月生,三级教授、博士生导师,西北农林科技大学食品科学与工程学院食品营养与健康系主任,分子营养与健康食品创新研究室主任,康奈尔大学农业与生命学院访问学者,兼任农业部燕荞产业体系营养与加工团队专家,陕西小杂粮产业体系加工岗位科学家,西北农林科技大学小宗粮豆研究中心特邀教授,美国食品科学技术学会食品科技专家研究会(IFT)会员,中国营养学会会员,陕西农业经济学会副会长,陕西省生理科学会理事、陕西省饮食营养协会副会长,陕西省食品科学技术学会会员、陕西省药理学会中药药理委员会委员等职。

主要从事西部特色药食兼用食物资源功能物质挖掘与加工利用研究。特别是针对苦荞、红枣等植物化学物质的构成与功能性研究,并指导其在食品加工中的应用。近年来,围绕荞麦、红枣功能性成分及产品的生产与加工展开工作。针对荞麦中的功能性成分及其保健功效及其食用、功能品质与生长环境、加工方式的关系及做了较系统的研究,探讨了苦荞多酚物质预防慢性疾病,改善胰岛素抵抗的分子机理;考察了地域、环境、品种等因素对荞麦中酚类物质组成的影响;探索了不同的加工方式如烘焙、蒸煮等对其营养成分的影响;研究了不同品种、不同产地苦荞籽粒形态学性状差异,探索环境和基因型对苦荞籽粒形态学性状的影响,研究了籽粒形态学性状与营养品质、加工品质的关系;指导开发了苦荞系列营养食品。在枣加工方面,针对红枣的食用功能品质与其栽培、加工的关系展开研究,对其多糖及酚类物质的功能性进行深入探讨;探索枣种植过程中品种、灌溉方式、施肥、采收期等因素对枣品质及功能成分的影响规律;考察不同的加工方式如干燥、膨化、杀菌工艺对其营养功能性成分的影响;研发出系列鲜枣果汁果粉产品。开发浓缩枣汁、超高压鲜枣汁、速溶红枣粉等产品,对陕北红枣产业提升的加工关键技术研究和装备开发奠定重要基础。

自研究室成立以来,主持和参与了国家科研院所公益基金、国家现代农业产业技术体系项目、“十三五”国家重点研发计划课题、“十二五”科技计划课题、国家“863计划”课题、陕西省自然科学基金、陕西省科技统筹创新工程项目等国家级、省部级和横向科研项目20余项。参编著作、教材7部,其中全国统编教材4部。在《Agric.Food Chem.》、《Food Research International》、《Cereal Chemistry》、《Journal of Food Science》、《Food Science and Biotechnology》、《Carbohydrate Polymers》、《中国粮油学报》、《中国食品学报》等重要食品学术刊物上发表相关研究论文共120余篇,其中SCI论文60余篇,EI 论文20余篇,ESI高被引4篇。获国家发明专利5项,实用新型专利3项。


韩林,男,四川成都人,博士,副教授,博士研究生导师,西北农林科技大学食品科学与工程学院食品营养系副系主任,食品营养与健康工程教研室主任,中国营养学会会员,陕西省营养学会健康管理分会委员,Nutrients客座编辑,Food Nutritional Chemistry编委,Journal of Future Foods、Food Safety and Health和河南工业大学学报(自然科学版)青年编委,西班牙Vigo大学访问学者。主要从事分子营养与健康食品方向的研究。近年来,主要围绕西部特色药食兼用食物资源中功能活性物质的挖掘与加工利用,以及功能成分预防和改善慢性疾病的分子机制等方面开展研究,特别是针对多酚及其代谢产物在机体中发挥降血糖活性和心血管健康效应的分子机制进行了深入研究。

主持或参研了“十三五”国家重点研发计划、国家现代农业产业技术体系、国家自然科学基金和陕西省重点研发计划等项目,以第一或通讯作者在《Molecular Nutrition & Food Research》、《Journal of Agricultural and Food Chemistry》、《Food & Function》、《International Journal of Biological Macromolecules》、《农业机械学报》、《食品科学》等重要食品学术期刊发表科研论文30余篇,申请国家发明专利4项,荣获陕西省科技进步二等奖1项,西北农林科技大学2023年青年教师讲课比赛一等奖。


何财安,博士,副教授,研究生导师。研究领域为食品营养与健康。在 Food Hydrocolloids 、 Food Research International 、 Journal of Agricultural and Food Chemistry 等期刊上发表SCI论文20余篇,主持或参与陕西省秦创原引用高层次创新创业人才项目、陕西省自然科学基金项目、山东省重点研发计划项目等省部级科研项目6项,获陕西省科技进步二等奖1项。



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