通過多組學分析綜合評估青稞總膳食纖維、不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維的抗肥胖效果

　　南昌大學余強教授課題組在國際期刊Food Research International發表了題為“Comprehensive assessment of the anti-obesity effects of highland barley total, insoluble, and soluble dietary fiber through multi-omics analysis”的研究型論文。

　　研究背景

　　青稞（Highland Barley, Hordeum vulgare L. var. nudum Hook. f）是一種在高海拔地區如中國西藏和青海等地區廣泛種植的谷物作物。它因其豐富的膳食纖維含量而顯示出在高脂飲食環境下減輕高脂血癥的潛力。膳食纖維，主要存在于植物細胞壁中，具有多樣的化學結構和物理化學特性，包括可溶性、發酵性和粘度等。根據它們的溶解特性，膳食纖維被分類為可溶性膳食纖維（SDF）和不可溶性膳食纖維（IDF）。這些膳食纖維被認為對健康有益，但相同來源的可溶和不溶性膳食纖維在抗肥胖方面的具體作用和機制尚不完全清楚。基于此，本研究旨在評估青稞中不同形式膳食纖維對肥胖小鼠的影響，并利用多組學分析方法探究其作用機制，以期為開發個性化的肥胖干預措施提供科學依據。

　　研究結果

　　HDF、HIDF和HSDF對肥胖小鼠的改善效果

　　從青稞中提取得到的三種膳食纖維（青稞總膳食纖維HDF、不溶性膳食纖維HIDF和可溶性膳食纖維HSDF）均顯著減少了高脂飲食（HFD）喂養小鼠的體重。通過對肝臟和結腸切片分析、Lee's指數和脂肪指數以及血清中的總膽固醇（T-CHO）、甘油三酯（TG）、高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）的水平的測量，觀察到三種膳食纖維對肥胖有不同程度的改善，HIDF的改善效果更突出。

　　對腸道菌群和短鏈脂肪酸濃度的影響

　　膳食纖維干預能在不同程度地改善因HFD擾亂的腸道菌群組成。在HFD組中，厚壁菌門上升，擬桿菌門減少。然而，膳食纖維干預顯著增加了擬桿菌門的表達，降低了厚壁菌門/擬桿菌門（F/B）的比例（HSDF組除外）。

　　HSDF在改善Allobaculum方面表現出最顯著的效果，而HIDF在Akkermansia的改善最為顯著。此外，HDF和HIDF均顯著提高了Coprococcus的表達水平。

　　HDF，HIDF和HSDF三種膳食纖維均能增加腸道中有益代謝物（乙酸、丙酸和丁酸）的表達水平。與HSDF組相比，HDF和HIDF對丁酸的分泌展現出更強的促進效果，且丁酸、Akkermansia、Allobaculum和肥胖指數呈反比關系。

　　綜上，丁酸、Akkermansia、Allobaculum可能是三種膳食纖維改善肥胖的關鍵途徑。

　　HDF、HIDF和HSDF對肝臟基因表達的影響

　　HDF、HIDF和HSDF同時影響了多種生物過程，包括脂質代謝過程、脂肪酸（FA）代謝過程等相關類別。HDF和HIDF展現出相似的調節作用，主要影響代謝有關的基因，HDF和HIDF干預均影響甘油三酯代謝，且HIDF干預對類固醇代謝過程有顯著影響。相比之下，HSDF干預改變的基因主要與人類疾病相關。進一步的分析表明，所有三種膳食纖維干預措施都對PPAR信號通路有顯著影響。此外，HDF干預特異性地改變了P53信號通路和初級膽汁酸生物合成途徑。HIDF顯著改變了嘧啶代謝和D-氨基酸代謝途徑，而HSDF對晝夜節律途徑有明顯的影響。

　　以上結果表明對不同類型膳食纖維的生物學反應不同。

　　HDF、HIDF和HSDF對肝臟蛋白表達的影響

　　與HFD組相比，HDF、HIDF和HSDF干預分別誘導了82、138和125種蛋白質的變化。

　　HDF，HIDF和HSDF干預均顯著改變了肝臟脂質代謝生物過程和PPAR信號通路，這與肝臟轉錄組結果一致。此外，HDF干預對膽固醇代謝生物過程有顯著影響，HIDF對脂肪酸代謝生物過程有顯著影響，HSDF顯著改變了膜脂質，神經酰胺和鞘脂代謝生物過程。

　　識別 HDF、HIDF 和 HSDF 的潛在分子靶點

　　1.HDF、HIDF和HSDF組分別鑒定出6、5和1個顯著變化通路，PPAR信號通路在所有三個膳食纖維組中均被富集。

　　2.差異表達蛋白的蛋白-蛋白相互作用（PPI）分析鑒定出各組高度交互的蛋白，即Abcc3、Dapk1和Pck1。

　　3.轉錄組學數據與蛋白質組學數據之間展現出顯著的正相關性。

　　4.Abcc3、Dapk1和Pck1的表達水平與脂質異常因子和短鏈脂肪酸/腸道菌群的豐度密切相關。

　　結論與展望

　　高原大麥膳食纖維（HDF）、不可溶性膳食纖維（HIDF）和可溶性膳食纖維（HSDF）對高脂飲食（HFD）誘導的肥胖具有顯著的改善效果。當HDF攝入后，Coprococcus的豐度顯著增加，而HIDF和HSDF的攝入則分別導致Akkermansia和Allobaculum的水平升高。進一步的探索揭示了PPAR信號通路可能是這些膳食纖維發揮調節作用的潛在關鍵機制。特別值得注意的是，HDF和HIDF在調節與甘油三酯（TG）和脂肪酸（FA）代謝相關的生物過程方面表現突出，其中Abcc3和Dapk1被鑒定為潛在的分子靶標。與此相反，HSDF主要影響了與膜脂質、神經酰胺和鞘磷脂代謝相關的生物過程，Pck1被確定為潛在的分子靶標。這些發現加深了對不同類型青稞膳食纖維在抗肥胖機制中獨特作用的認識。