AC&HM黄芪多糖通过上调UDPG抑制LIPG，从而抑制HFD喂养小鼠的脂肪生成

黄芪多糖(Astragalus多糖，APS)是一种广泛应用于生物医学领域的天然活性物质，主要用于制备胶囊壳、纳米包覆材料、医用水凝胶体系、乳化剂等。据报道，APS对肥胖有有益作用，但其分子机制尚不清楚。在本研究中，黄芪多糖显著降低了高脂饮食(HFD)喂养小鼠的体重增加。黄芪多糖明显改善了血清脂质谱，表现为高密度脂蛋白升高和低密度脂蛋白降低。黄芪多糖抑制肝脏和脂肪组织的脂质沉积。重要的是，APS无肝毒性和肾毒性。为了探讨黄芪多糖对肥胖的有益作用是否来源于其对代谢的影响，本研究采用了代谢组学的方法。正如预期的那样，HFD小鼠的代谢物谱在APS治疗后显着改变。其中，抑制脂肪酸生成的糖代谢中间体尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)被APS显著上调。KEGG分析显示，aps处理的HFD小鼠代谢产物中不饱和脂肪酸生物合成途径明显富集。为了进一步探索APS改变的代谢物是否影响细胞生物学功能，进行了转录组学研究。GO和KEGG分析显示，下调的基因群主要富集于脂质代谢。此外，负责细胞内脂质生成的内皮脂肪酶(LIPG)是APS显著抑制的基因之一。以上结果提示APS对脂质沉积的抑制作用可能与UDPG和LIPG密切相关。在游离脂肪酸(FFA)诱导的肝细胞中，APS显著抑制了LIPG水平。同时，糖原合成增加，而脂肪生成明显地被APS抑制。此外，UDPG单独处理也抑制了LIPG的表达和脂肪生成。本研究首次发现，黄芪多糖通过上调UDPG抑制脂质生成，从而抑制hfd喂养小鼠的脂质生成，这表明黄芪多糖可作为预防肥胖及其相关代谢疾病的临床和转化候选药物。

图2 APS未损害肝肾功能。A血浆丙氨酸转氨酶。B血浆天冬氨酸转氨酶。C血浆总胆红素。D血浆直接胆红素。E血浆碱性磷酸酶。F血浆白蛋白。G血浆尿素。H血浆尿酸。I血浆肌酐。

图3 APS抑制肝脏和脂肪组织的脂质沉积。A肝脏的h&e染色。B肝脏油红O染色。白色脂肪组织(C)和棕色脂肪组织(D)的h&e染色。放大倍数分别为20 × (bar = 50 μm)和40 × (bar = 20 μm)

图4 APS促进肝脏M2巨噬细胞极化。A通过免疫组化染色，F4/80标记肝组织中总巨噬细胞。B F4/80 +细胞平均密度。C免疫荧光标记M1 (CD86 + /F4/80 +)巨噬细胞。D总巨噬细胞染色F4/80, m1型巨噬细胞染色CD86。DAPI用于核染色。D CD86 + /F4/80 +细胞平均密度。E免疫荧光标记M2 (CD163 + /F4/80 +)巨噬细胞。总巨噬细胞染色F4/80, m2型巨噬细胞染色CD163。DAPI用于核染色。F CD163 + /F4/80 +细胞平均密度。放大倍数分别为20 × (bar = 50 μm)和40 × (bar = 20 μm)。

图5 在黄芪多糖处理的HFD小鼠中鉴定出差异代谢物。偏最小二乘判别分析(PLS-DA)。B差异代谢物的维恩图。C符合“下降-上升”趋势的特异性差异代谢物。D符合“上-下”趋势的特异性差异代谢物。“Control-HFD-HFD-APS”轴的变化符合差异富集的KEGG通路的“down-up”趋势(E)和“up-down”趋势(F)

图6 rna测序(RNA-seq)揭示了APS调节脂质代谢的核心途径。A主成分分析(PCA)。B不同对照组差异表达基因的维恩图。C HFD- aps组与HFD组差异表达基因的火山图。D .在KEGG水平上富集上调和下调的差异表达基因。气泡图表示KEGG水平3时上调(E)和下调(F) 差异表达基因的富集程度。G与脂质代谢有关的47个差异表达基因节点。H气泡图表示17个上调的差异表达基因在KEGG水平3的富集。I气泡图表示30个下调的差异表达基因在KEGG水平3的富集

图7按“CON”>“HFD”>“HFD- aps”顺序进行差异基因趋势分析。基因在不同时间点的表达变化主要表现为增加、不变和减少三种趋势。分别显示模块趋势线图和聚类热图。A-C“增减”的趋势。D-E“增加-增加”的趋势。F-G“减少-减少”的趋势。H“增加-不变”的趋势

图8 LIPG作为APS靶标的验证。A Lipg mRNA表达。B-I Iipg相关分子mRNA表达。J LIPG及其相关分子之间的蛋白-蛋白相互作用网络。K western blotting检测Lipg, Lpl, Apoc1, Abca1和Cyp7a1蛋白水平。L-P (K)的相对能带密度。Q 蛋白-蛋白相互作用网络(PPI)的相对带密度。

图9 通过BODIPY 493/503染色检测APS对TG积累的抑制作用。用FFA处理肝细胞，然后用APS孵育。用BODIPY 493/503标记脂滴，评估TG水平(标尺= 20 mm)

图10 APS抑制脂肪生成而促进糖生成。用200 μM FFA(油酸:棕榈酸= 2:1)诱导肝细胞24 h，再用200 μM、400 μM和800 μM APS处理48 h。采用蒽醌法测定糖原水平。用GPO-PAP酶促分析法测定B - TG水平。C采用copp - pap法测定胆固醇水平。酶法测定D-E LDL和HDL水平。RT-PCR检测脂质代谢相关基因F-O mRNA表达水平。

图11 UDPG抑制脂肪生成。用200 μM FFA(油酸/棕榈酸= 2:1)诱导肝细胞24 h，然后用100 μM和200 μM UDPG处理48 h。采用GPO-PAP酶促分析法测定A - TG水平。B采用copp - pap法测定胆固醇水平。C采用蒽醌法测定糖原水平。d - fmrna在脂肪生成基因中的表达。G LIPG mRNA表达。H SREBP1 mRNA表达。RT-PCR检测mRNA表达水平。

图12 APS降脂效果示意图。黄芪作为药物和食物已有几千年的历史。黄芪多糖是黄芪中含量最丰富的成分，在生物医学领域有着广泛的应用。在肥胖小鼠中，APS促进了UDPG的产生，UDPG是促进糖生成而抑制脂肪生成的关键糖生成代谢物。APS对UDPG的上调导致肥胖小鼠体重增加减少，脂质代谢改善

结论

尽管APS已被证明具有多种有益作用，但关于其代谢产物及其在活体内的可能的生物学过程的研究报道较少。通过转录组学和生物信息学分析，本研究首次确定了UDPG是APS的潜在下游代谢物，APS通过抑制LIPG来调节UDPG的水平。此外，APS是一种广泛应用于生物医学领域的天然活性物质，可用于制备胶囊壳、纳米包覆材料、医用水凝胶体系、乳化剂等。考虑到本研究揭示的分子机制及其在医用材料中的应用，APS可作为预防肥胖及其相关代谢疾病的临床和转化候选药物。