风水轮流转，如今转到了肠-肝轴！
肠道微生物是近几年的热点研究内容，这方面的课题研究在不断上升！今天馆长给大家带来一篇由西北大学岳田利团队发表在Food Chemistry（IF 8.5）上的文章“Apple polyphenols prevent patulin-induced intestinal damage by modulating the gut microbiota and metabolism of the gut-liver axis”。首先咱们得隆重介绍一下这本期刊，该刊是食品科学领域的顶级期刊之一，近年来影响因子一直保持上升趋势，发文量2000多篇，国人发文量第一，审稿速度快，发表可选择非OA模式，无版面费。
今天馆长就通过这篇文章带大家看一下想在这本期刊上发文需要多大的工作量。
1. 研究通过构建棒曲霉素（PAT）模型组和苹果多酚（AP）处理组（低/高剂量）小鼠模型，采用组织病理学分析+肠道微生物组学+肝脏代谢组学等多个环节来探究AP对PAT诱导的肠道损伤的作者机制。
2. 研究创新性地证明，苹果多酚（AP）可通过阻断肠道-肝脏轴重相关菌群和代谢物的紊乱来减轻食品重棒曲霉素（PAT）对公共卫生的威胁，这也为AP在健康相关领域的应用发展带来了希望。PS：天气在变，服务不变，季节在变，态度不变，热点研究也在变，但我们的服务品质不变。馆长这里有高效的服务器专享服务、以及思路设计、生信分析等服务，需要的宝子欢迎滴滴馆长！
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题目:苹果多酚通过调节肠道微生物群和肠-肝轴的代谢来预防棒曲霉素引起的肠道损伤
杂志：Food Chemistry
影响因子：8.5
发表时间：2024年9月
公众号回复“123”领取原文PDF，文献编号：241113
研究背景
棒曲霉素（PAT）是一种危险的青霉菌毒素，常见于水果和水果衍生物产品，对肠道产生不利影响。苹果多酚（AP）主要存在于苹果皮和果肉中，含有绿原酸、原花青素B2、儿茶素和槲皮素等酚酸，是苹果在生长过程中产生的次生代谢产物。研究表明AP可以预防化学性结肠炎和肠道损伤，调节肠道菌群，促进丰富的有益菌群和短链脂肪酸的产生，维持肠道微生态平衡，AP在预防肠道损伤方面潜力巨大。但AP发挥作用的代谢机制仍需进一步探究。本研究旨在探究AP对PAT诱导的肠道损伤的预防作用及其机制。
研究思路
本研究首先作者利用超高效液相色谱-高分辨率质谱（UHPLC-HRMS）对AP的成分进行分析，通过设计生理盐水对照组、PAT模型组、AP低剂量组（AP-LD）和高剂量组（APHD），利用组织病理学、肠道微生物组学、肝脏代谢组学分析等阐明AP对肠道-肝脏轴的调节作用机制。
研究结果
1.苹果多酚（AP）的组成
作者利用超高效液相色谱-高分辨率质谱（UHPLC-HRMS）共鉴定出23种酚酸，包括绿原酸、表儿茶素、原花青素B2、根皮苷、槲皮素3-O-β-D-葡萄糖苷、槲皮素3--O-α-L-阿拉伯糖苷、原花青素B1、儿茶素、山奈酚-3-O-β-D-葡糖苷、新绿原酸、槲皮素3-0-β-D-吡喃木糖苷、根皮素、芦丁、山奈酚-3-O-α-D-半乳糖苷、槲皮素、对羟基肉桂酸、对香豆酸、山奈醇-3-O-γ-L-阿拉伯苷、山奈酚-3O-α-L-鼠李糖苷、槲皮素-3-α-L-鼠李糖苷、山奈酚-3-O-β-D-芸香糖苷、咖啡酸和阿魏酸。其中绿原酸、表儿茶素、原花青素B2、根皮苷和槲皮素-3-O-β-D-葡萄糖苷是主要的酚酸（图1A）。作者将AP粉末添加到C57BL/6J小鼠的日常饮用水中八周，以防止毒素引起的肠道损伤（图1B）。在8周的实验中，四组小鼠的体重逐渐增加。
图1苹果多酚（AP）的组成和动物设计
2.苹果多酚（AP）对棒曲霉素（PAT）诱导的肠道损伤的预防作用
为了评估AP对肠道损伤的预防作用，作者对小肠和结肠组织进行了组织病理学和生化分析。结果显示，PAT组绒毛破裂，固有层和隐窝有大量炎症浸润；一些隐窝消失。AP_HD组小肠绒毛边缘完整，绒毛和隐窝排列整齐。尽管AP_HD组（高剂量AP组）的固有层伴有少量炎性浸润，但AP_HD各组小肠的绒毛形态与对照组接近（图2A）。而在结肠组织中AP_LD组（低剂量AP组）受损绒毛形态略有缓解，AP_HD组几乎完全缓解（图2A）。损伤评分表明，PAT组得分最高，小肠和结肠损伤最严重。然而，AP_LD组的损伤评分略有下降，AP_HD组的损害评分显著下降。AB-PAS染色反映了肠黏液的分泌。作者发现PAT和AP_LD组的小肠黏液分泌低于AP_HD和对照组。结肠黏液分泌遵循与小肠黏液相同的趋势（图2C）。染色切片的进一步定量显示，PAT组的肠杯状细胞数量显著减少，但AP_HD组保持不变（图2D）。这表明每天补充AP可以缓解PAT诱导的黏液减少。
暴露于PAT两周后，小肠和结肠组织中的谷胱甘肽（GSH）（PAT的反应底物）显著降低。在AP处理组中，尤其是AP_HD组，这种减少得到了有效预防。PAT暴露后GSH-Px和SOD活性显著降低，可能导致氧化应激，且AP_HD组的MPO显著降低（图2E）。总体而言，在饮用水中给予0.01%和0.05%的AP可以显著预防了PAT诱导的小鼠肠道组织病理学损伤、黏液分泌减少、氧化应激和炎症。这种保护作用主要通过调节肠道微生物群和肠肝轴的代谢来实现。
图2苹果多酚（AP）对棒曲霉素（PAT）诱导的肠道损伤的预防作用
3.苹果多酚（AP）对肠道菌群的调节作用
随后作者对肠道微生物群的变化进行分析，以探究AP预防肠道损伤的机制。利用unweighted Unifrac distance进行PCoA分析。结果显示在小肠菌群中，AP_HD组与其他三组的距离较大，表明微生物组成存在显著差异。在结肠菌群方面，对照、PAT和AP_LD组聚在一起，表明微生物组成相似（图3A-D）。总之，PCoA结果表明，AP_HD组的微生物β多样性与其他组明显不同。结果显示小肠菌群中的主要属为：Muribaculaceae_unclassified、Ligilactobacillus属、Turicibacter属、链球菌属、脱硫弧菌属、Allobaculum和乳杆菌属。PAT组中变形杆菌中的Mitochondria_unclassified、假单胞菌和罗尔斯通菌的平均相对丰度高于其他组。AP_HD组的Muribaculaceae_unclassified、脱硫弧菌、Dubosiella、阿克曼菌、Clostridium_sensu_stricto_1和Clostridia_vadinBB60_group_unclassified的平均相对丰度较高（图3B）。结肠菌群中的主要属是Muribaculaceae_unclassified、Ligilactobacillus、Dubosiella、乳杆菌和脱硫弧菌等。PAT组中Turicibacter、Candidatus_Saccharimonas和属于放线菌科的三个属，即Enterorhabdus、Coriobacteriaceae_UCG-002和Olsenella的平均相对丰度较高。AP_HD组中属于厚壁菌门的Ligilactobacillus、Dubosiella、乳杆菌、Lachnospiraceae_unclassified的平均相对丰度高于其他组。显然，AP_HD组中有益菌的比例较高（图3E）。
热图结果显示与AP介导的肠道损伤保护相关的关键肠道属（图3C和F）。这些热图分为三组。第一组包含的细菌在PAT组中相对丰度增加（包括Mitochondria_unclassified、Staphylococcus、Coriobacteriaceae_UCG-002、Turicibacter、假单胞菌，罗尔斯通菌和Ileibacterium），但在AP_HD组中降低到接近对照水平。第二组组由PAT组相对丰度降低但AP_HD组相对丰度增加的细菌组成。第三组包括AP_HD组相对丰度高于其他组的细菌。最值得注意的是，小肠内容物中的Parashuttella、Muribaculaceae和阿克曼菌，以及结肠内容物的Ligilactobacillus、Dubosiella、毛螺菌科，都是必需的有益细菌，它们的丰度对0.05%的AP喂养有积极反应，并且AP使其高于对照水平。同时，AP将一些PAT紊乱的菌群维持在正常水平。
图3苹果多酚（AP）缓解棒曲霉素（PAT）引起的肠道生态失调
4.苹果多酚（AP）对结肠代谢的调节
由于AP的生物利用度较低，大多数酚酸到达结肠进行微生物分解和利用。作者通过分析结肠内容物中的代谢物水平，以阐明AP在抵抗毒素损伤时对肠道代谢的影响。作者通过靶向代谢组学测定小鼠结肠内容物中的短链脂肪酸（SCFA）水平。结果显示暴露于PAT会显著降低乙酸、丙酸和丁酸的含量。戊酸、异戊酸和异丁酸呈下降趋势（图4A）。这些结果表明，每天摄入0.05%的AP有效地缓解了PAT诱导的SCFA减少。随后作者使用非靶向代谢组学分析结肠内容物中小分子代谢物和脂质的变化。根据OPLS-DA分析和t检验筛选差异代谢物（DM）并对这些DM进行无监督PCA分析，结果表明PAT暴露影响了小鼠的结肠代谢。AP_LD和AP_HD组更接近对照组，表明代谢特征相似（图4B）。
DM进一步显示在热图中，并分为两个主要部分。第一部分由PAT组低水平和AP_HD组高水平的代谢物组成，包括各种脂质和胆汁酸。泛酸、吡哆醇和维甲酸的增加。表明AP干预促进了结肠中的维生素B和A水平。第二部分包括因PAT暴露而增加但在AP给药组中保持接近对照水平的代谢物，如氨基酸、二肽及其类似物（图4C）。此外，属于胆汁色素的胆红素和胆绿素因PAT暴露而增加，表明肝细胞损伤。作者对DM进行了途径富集分析，氨基酸代谢（尤其是精氨酸和谷氨酸代谢）、乙醛酸和二羧酸代谢、嘌呤代谢、卟啉和叶绿素代谢、甘油磷脂代谢、丁酸代谢和氮代谢（p<0.05）被确定为受PAT影响但受AP调节的代谢途径（图4D）。总之，结果表明AP不仅阻断了PAT诱导的结肠代谢紊乱，同时也升高了一些代谢产物以抵抗毒素的影响。
图4苹果多酚（AP）通过调节肠代谢减轻了棒曲霉素（PAT）引起的肠道损伤
5.苹果多酚（AP）对肝脏代谢的调节
暴露于PAT后，作者在结肠内容物中观察到异常的肝脏代谢产物，故作者进一步研究AP在抵抗PAT诱导的肠损伤期间对肝脏代谢的影响。在PCA图中，AP_HD组和对照组的代谢特征完全重叠。相比之下，PAT和AP_LD组呈簇状，与对照组和AP_HD组相距较远（图5A）。DM的热图分析可分为两大类。①包括在PAT和AP_LD组中升高但在AP_HD组中保持在正常水平的代谢物，包括脂质（尤其是磷脂）、二肽和氨基酸衍生物。②由PAT和AP_LD组中减少但AP_HD组中保持在正常水平的代谢物组成，包括某些嘌呤和嘧啶核苷酸、氨基酸和碳水化合物（图5B）。S-腺苷甲硫氨酸在肝脏中合成，是人体的主要甲基供体。PAT暴露后其减少表明甲基化水平低，可能导致炎症和肿瘤。然而，AP阻止了S-腺苷甲硫氨酸及其转氨产物5′-脱氧-5′-甲硫腺苷的减少。这些发现表明，PAT诱导了肝脏代谢紊乱，但0.05%的AP可以缓解异常改变并将其维持在正常水平。在抵抗PAT损伤时，甘油磷脂代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢、嘌呤代谢、精氨酸生物合成、丁酸代谢和组氨酸代谢是AP调节的肝脏主要代谢途径（p<0.05）（图5C）。
图5苹果多酚（AP）预防肠道损伤引起的肝脏代谢变化
6.代谢组学、肠道表型和微生物群的关联分析
为了研究AP介导的保护肠道损伤的代谢机制，作者将结肠和肝脏代谢组学与肠表型指标进行关联分析（采用Procrustes分析是一种用于多元统计的算法，用于比较两个数据集的一致性。偏差平方和（M2）越小，表明两个数据集之间的一致性越高，关联性越强）。肝脏代谢组显示M2值分别为0.7012和0.7330，这些值低于具有肠道表型指标的结肠代谢组的值（0.9655和0.9698）（图6A和B）。这些结果表明，肝脏代谢组与肠道表型指标的相关性比更强。随后作者进行了双向正交偏最小二乘(O2PLS)分析，以确定肝脏代谢组与肠道表型之间的相关性。在肝脏代谢和小肠表型的O2PLS模型中，R2X和R2Y值分别为0.738和0.559，表明模型是稳健的。获得前25位代谢产物（包括12种甘油磷脂、8种二肽，FAHFA 38:3、十六烷酰胺、羟苯乳酸等）。在肝脏代谢和结肠表型的O2PLS模型中，R2X和R2Y值分别为0.741和0.552。排名前25位的代谢物包括10种甘油磷脂、4种二肽、2种氨基酸，以及油酰胺、O-磷酸乙醇胺、肌苷、鸟苷酸等。总之，作者的研究结果表明肝脏代谢物的改变与肠道菌群密切相关。综合分析表明，肝脏代谢在维持肠道表型方面起着至关重要的作用。AP通过调节肠道微生物群和肠肝轴代谢来缓解PAT诱导的肠道损伤。
图6肝脏代谢与肠道表型和微生物群的关联分析
文章小结
综上，本研究探究了苹果多酚（AP）在保护肠道免受棒曲霉素（PAT）引起的肠道损伤中的作用机制，证实了在八周内补充0.05%的AP饮用水对小鼠PAT诱导的肠道损伤具有明显的保护作用。本研究创新性地证明AP可通过阻断肠道-肝脏轴中相关菌群和代谢物的紊乱来预防毒素诱导的肠道损伤。AP的预防作用可以用来减轻食品中霉菌毒素对公共卫生的威胁，为AP在健康相关领域的应用发展带来了希望。整篇文章整体设计思路清晰简洁，工作量相对较少，性价比高。需要生信思路设计和分析的老铁们，可以点个关注联系馆长，馆长随时在线为你们服务哦！
馆长有话说
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