![]()
《Food & Function》（JCR:Q1，IF：6.1）是一本国际一流期刊，主要刊载生物化学与分子生物学、食品科学技术化学与分子生物学、食品科学技术等相关领域研究成果与实践，旨在打造一种学术水平高、可读性强、具有全球影响力的学术期刊。胍基乙酸(GAA)是一种天然存在的氨基酸衍生物，是肌酸的直接前体，其磷酸化衍生物磷酸肌酸是代谢必需的化学物质。近年来，GAA也被报道参与多种重要的生理过程，如肌酸合成、驱动胰岛素释放、神经调节和自由基清除。此外，它还可以通过促进其下游代谢物肌酸的合成来增强细胞能量代谢。脂肪组织是成年哺乳动物的一种代谢活跃器官，可分为白色脂肪组织(WAT)、米色脂肪组织(beige Adipose)和棕色脂肪组织(brown Adipose)。WAT的特点是存在大的单眼脂滴和线粒体的稀缺性，线粒体主要作为脂肪储存和释放的储存库，以响应能量需求相反，棕色脂肪细胞具有许多小的多室脂滴和线粒体，具有高密度的嵴和高的生热潜力。BAT的激活刺激能量以热的形式释放，这依赖于解偶联蛋白1 (uncoupling protein 1, UCP1)将ATP合成与氧化磷酸化分离。除了BAT，在WAT中也可以观察到UCP1的表达，并导致WAT的褐变。最近的研究表明，在成年小鼠中，某些脂肪细胞祖细胞和白色脂肪细胞在各种刺激下，包括冷暴露、运动、损伤和其他因素，具有产生热致棕色或米色脂肪细胞的能力。
先前有研究表明，在早期分化过程中，肌酸通过抑制磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)信号通路，对脂肪的形成发挥负调控作用。值得注意的是，产热脂肪细胞利用肌酸通过将化学能转化为热量来刺激无用底物循环，从而抑制脂质积累这些研究强烈提示GAA可能在脂质代谢中起重要作用。由于生活水平和饮食模式的变化，肥胖和超重已成为现代社会紧迫的全球健康问题。肥胖成为人类健康的一大威胁，会导致代谢组织(主要是肝脏和脂肪组织)的脂质异常积聚，最终导致多种代谢疾病和并发症。目前，有几种抗肥胖药物和治疗方法可用，但大多数都有明显的副作用，如腹泻，恶心，容易反弹。因此，迫切需要有效和安全的管理策略来预防或治疗肥胖。为了评估膳食补充GAA对肥胖的影响，研究人员建立了HFD诱导的肥胖中年小鼠模型。饲喂标准日粮、高脂饲料或添加GAA的高脂饲料16周后，检测各组小鼠的食物摄入量、iWAT体重、脂肪细胞组织学和血清肌酸含量。三组间食物摄取量无差异。实验结束时，与饲料组相比，高脂饲料组小鼠内腹肌的大小和重量显著升高(图A和B)。此外，与HFD组相比，HFD + GAA组iWAT的大小和重量明显降低(图A和B)，表明在日粮中添加GAA可以抑制HFD诱导的iWAT脂肪积累。同样，GAA处理后，HFD小鼠iWAT脂肪细胞的大小和面积在视觉上发生逆转(图C和D)。这些结果表明，在饲料中添加GAA对hfdfd小鼠iWAT脂肪积累具有恢复作用。
![]()
为了验证膳食中添加GAA是否会改变HFD诱导的炎症反应，我们采用ELISA和qRT-PCR技术检测炎症因子的表达水平。ELISA结果显示，HFD组小鼠血清中IL-4、TNF-α、IL-6水平显著高于chow组。然而，饲粮中添加GAA可显著改善HFD小鼠的这些变化。如图A所示，iWAT炎症因子mRNA的相对表达量包括血清中IL-4、TNF-α、IL-1β和IL-6的表达水平在HFD组显著高于chow组，而GAA处理后这些指标均显著降低。与饲料组相比，高脂饲料组显著提高了肝脏炎症因子mRNA水平(图B)，经GAA处理的HFD喂养的小鼠，二者均显著降低(图B)。结果表明，饲料中GAA有助于减轻HFD喂养小鼠的全身炎症反应。
![]()
![]()
为了研究饲料中添加GAA对饲喂HFD小鼠肝脏的作用，我们评估了肝脏的组织学特征和生化指标，并测定了参与肝脏脂质代谢的基因mRNA和蛋白水平，包括脂肪生成基因、脂肪分解基因、脂质摄取和脂质分泌基因。结果显示，与饲料组相比，HFD组肝脏明显变白、变重，表明肝脏脂肪堆积(图A和B)。同样，肝脏切片的组织学特征显示，HFD组的脂滴比chow组大(图A)。然而，GAA处理显著降低了HFD诱导的肝脏脂滴大小和重量(图A和B)。与饲料组相比，饲喂HFD的小鼠肝脏中TG、TC和LDL-C水平显著升高，而GAA处理的HFD小鼠肝脏中这些水平显著降低。HFD组肝组织中HDL-C水平明显低于饲料组，经GAA处理的hfd喂养小鼠肝脏中HDL-C水平显著恢复。肝脏组织qRT-PCR分析显示，HFD组PPARγ、FASN、ACC mRNA水平显著升高(图C)。然而，饲粮中添加GAA显著逆转了hfd喂养小鼠PPARγ、FASN、ACC、FABP1和APOB mRNA水平的升高(图C)。此外，HFD + GAA组脂肪分解基因关键分子HSL、ATGL mRNA水平显著高于HFD组(图C)。与HFD组比较，HFD + GAA组PPARγ和SREBP-1c蛋白水平也显著降低(图D)。综上所述，添加GAA可有效缓解食油诱导的肝脏脂肪变性和脂质沉积。![]()
为了探讨添加GAA是否会诱导小鼠iWAT，研究人员测量了iWAT中一些褐变标记物、线粒体相关基因和相对mtDNA含量。HFD组的UCP1、PGC-1α、UQCRC1和ATP5A1 mRNA和蛋白表达水平较饲料组显著下调，GAA处理后HFD组的UCP1、PGC-1α、UQCRC1和ATP5A1 mRNA和蛋白表达水平显著上调(图A和B)。与HFD组相比，添加GAA显著提高了Cidea mRNA水平(图B)。此外，添加GAA显著提高了mDNA的相对含量和线粒体相关基因(包括Ndufs3、Sdhb、Sdhd、Uqcrc2、Cox2、Cox7a) mRNA表达水平(图B)，这意味着线粒体功能增强。综上所述，结果表明补充GAA对饲喂HFD的小鼠iWAT的褐变有促进作用。![]()
膳食GAA激活AMPK/Sirt1信号通路，增强HFD喂养小鼠的无效肌酸循环AMPK和SIRT1是至关重要的细胞能量传感器，在调节棕色样脂肪细胞的代谢活性中发挥重要作用。我们采用qRT-PCR和Western blot检测这些调节因子的表达水平，结果显示，P -AMPKα、P -AMPKα/AMPKα和SIRT1在HFD + GAA组中的表达量高于HFD组(图A)。而在AMPKα表达量方面，三组间差异无统计学意义(图A)。这些数据表明，补充GAA通过AMPK/Sirt1信号通路激活iWAT的褐变。先前的研究表明，肌酸通过无效的肌酸循环促进摩尔过量ADP的释放从而刺激脂肪细胞的产热呼吸然后，我们使用qRT-PCR检测肌酸周期相关基因的mRNA表达水平。如图B所示，饲粮中添加GAA显著提高了Gt、Ckb、Alpl和Slc6a8的表达水平。结果表明GAA可能通过增强无效肌酸循环来促进iWAT的褐变。![]()
综上所述，这些研究结果表明，在饲料中添加GAA可以有效地改善HFD诱导的肝脏脂肪变性、iWAT肥大和全身炎症。通过激活AMPK/Sirt1信号通路促进iWAT褐变，并可能与无效肌酸循环有关。这些发现为膳食GAA作为预防和治疗肥胖及相关代谢性疾病的潜在功能成分提供了科学依据。
![]()
