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2024年3月25日 理化研究所 东京慈惠会医科大学 用玉米衍生化合物改善肥胖和脂肪肝 -发现玉米低聚肽对肥胖、脂肪性肝炎的抑制效果- 理化学研究所(理研)生命医学科研中心细胞功能转化技术研究小组成员许雅丽国际计划协办，秦咸阳研究员、铃木治和组长、东京慈惠会医科大学临床检验医学讲座讲师古谷裕等国际联合研究小组认为，玉米源玉米低聚肽[1]含有高脂肪饮食 本研究成果有望为开发预防和改善生活习惯病相关肥胖和脂肪肝的功能性食品做出贡献。 国际联合研究小组利用早期和后期非酒精性脂肪性肝病( NAFLD ) [2]病态模型小鼠，发现口服玉米寡肽对减轻体重、改善肝脏脂质堆积和氧化、抑制炎症细胞障碍纤维化形成等护肝作用。 并进一步利用蛋白质组分析[3]鉴定了搜索信号通路[4]作为玉米寡肽的分子靶点。 特别是，玉米寡肽明确了选择性地抑制线粒体Sirt3/5的基因表达。 本研究刊登在科学杂志《journal of agricultural and food chemistry》的在线版( 3月15日)上。  用模型小鼠研究玉米低聚肽抗肥胖脂肪肝作用 背景 随着医疗技术的进步，癌症整体的死亡率正在降低，而肝癌的死亡率反而在增加。注1 )。 其原因之一是，由于抗肝炎病毒治疗方法的进展，病毒肝炎相关肝癌在减少，而NAFLD等代谢综合征[5]引起的肝癌在增加(注2 )。 在日本，肥胖者的比例被认为男性约为33%，女性约为22%。注3 )。 据报道，NAFLD与肥胖密切相关，可能是随着肥胖人口的增加，NAFLD的患病率在增加。 NAFLD分为单纯性脂肪肝和NASH，如果NASH病情得不到改善，可能会发展为肝纤维化和肝癌。 目前对NASH的有效治疗方法尚未确立，营养疗法采用营养学途径积极介入的重要性较高，需要根据原因进行长期可经口摄取且安全性特异性较高的营养疗法。 去除了玉米淀粉的玉米面筋粉含有很多必需氨基酸和营养素。 但是，玉米麸质磨据说很难被人的消化系统吸收。 玉米低聚肽是一种通过特定消化酶降解玉米谷蛋白原而获得的短链肽，有报道其具有降血压、促进酒精代谢、保肝、缓解疲劳、增强肌肉等多种功能。 国际联合研究小组迄今为止，从活性氧[6]产生能力高的病原性念珠菌和肝细胞的共培养中，发现玉米低聚肽能抑制肝细胞死亡的诱导，注4 )。 本研究以小鼠模型为模型，探讨口服玉米低聚肽是否能抑制高脂肪饮食导致的肥胖和NASH的病情发展。 注1 ) Sung H，Ferlay J，Siegel R，et al.global cancer statistics 2020:globo can estimates of incidence and mortality world wide for 36 cancance 71(3):209-49. doi: 10.3322/caac.21660在新选项卡中打开 注2 ) Starley BQ，Calcagno CJ，Harrison sa.non alcoholic fatty liver disease and hepatocellular carcinoma:a weighty connection.hepal 51(5):1820-32. doi: 10.1002/hep.23594在新选项卡中打开 注3 )在厚生劳动省令和元年国民健康营养调查报告新标签中打开 注4 ) Shrestha R、Shrestha R、Qin XY、et al.fungus-derived hydroxyl radicals kill hepatic cells by enhancing nuclear transglutaminase 7(1):4746.doi:10.1038/s 41598-017-04630-8在新选项卡中打开 研究方法和成果 国际联合研究小组制作了一只13周高脂肪食物喂养的肥胖老鼠，作为早期阶段的NAFLD病情模型。 在高脂饮食喂养的最后两周，每天口服一次玉米低聚肽( 500mg/kg )。 对照组给予生理盐水。 结果，给予玉米低聚肽组肥胖小鼠的体重增加被明显抑制。 生化检查结果显示，血清胆固醇[7] (图1-a )和血清丙氨酸氨基转移酶等肝损伤标志物的增加也受到玉米低聚肽的明显抑制。 在使用肝组织的基因表达分析中，研究了脂质代谢相关基因( Srebp1a、Srebp1c、Cpt1、Gpat1 )、囊泡应激相关基因( Chop、Grp78 )和氧化应激[8]相关基因( HO-1、nqq 另外，用组织染色法调查肝脏的情况，发现玉米寡肽导致F4/80阳性巨噬细胞等炎症性细胞浸润，DNA损伤和活性氧的产生(图1B )减少。 这些结果提示，对肥胖小鼠给予玉米寡肽可以抑制脂肪在肝脏内的堆积，减少氧化压力。
图1玉米多肽在肥胖小鼠中的护肝作用 ( a )血清胆固醇量。 玉米低聚肽显著减少肥胖小鼠血清胆固醇水平。 ( b )肥胖小鼠肝组织的荧光免疫染色显像。 用红色荧光染色了检测活性氧的探针二氢乙锭。 接下来，作为后期阶段的NAFLD，即NASH的病情模型，对出生后2天的小鼠，给予链脲佐菌素[9]诱导糖尿病小鼠，从4周龄开始用高脂肪饮食饲养5周，制作了NASH病情小鼠。 在高脂饮食喂养的最后3周，每天口服一次玉米低聚肽( 500mg/kg )。 对照组给予生理盐水。 结果玉米多肽显著抑制NASH小鼠体重增加和肝组织中炎症相关分子Mcp1的基因表达(图2A )。 令人感兴趣的是，作为肝纤维化指标的肝星状细胞[10]的活化和胶原蛋白的产生(图2B )也受到了玉米低聚肽的抑制。
图2玉米多肽在2 NASH小鼠中的护肝作用 ( a )肝组织中炎症标志物Mcp1基因的表达量。 玉米多肽导致NASH小鼠肝组织中Mcp1基因表达明显减少。 ( b ) NASH小鼠肝组织的荧光免疫染色成像。 细胞核用DAPI (蓝色)、肝纤维化标志物ⅰ型胶原红色荧光染色分别观察。 玉米多肽导致NASH小鼠肝脏ⅰ型胶原含量减少。 最后，通过蛋白质组分析，探索了玉米寡肽的靶分子。 从肥胖小鼠肝组织中提取因给予玉米低聚肽而改变表达的蛋白质，用IPA(Ingenuity Pathway Analysis ) [11]数据库进行调查，结果显示与搜索信号通路相关的蛋白质组 此外，调查了哺乳动物中存在的7种去乙酰化酶基因( Sirt1~7 )的表达后发现，在投用玉米寡肽的肥胖小鼠和NASH小鼠中，Sirt3及Sirt5基因在肝组织中的线粒体中的表达被选择性地抑制 认为玉米寡肽通过线粒体Sirt3/5调控电子传递系统的活性，这是好氧呼吸的最后阶段。 今后的期待 本研究发现，在NAFLD病态小鼠中，玉米低聚肽可以减轻高脂肪饮食引起的肝脏脂质堆积、氧化和炎症细胞损害，改善被认为是NASH导致肝癌的肝纤维化。 提示其分子机制来自线粒体Sirt3/5基因表达的调控。 饮食疗法作为通过食品所具有的营养功能和机体调节功能来改善肝功能的途径备受期待。 另一方面，关于NASH等生活习惯病，饮食疗法与运动疗法一起，不仅是其效果，在长期内的遵守性(能否顺利继续)和安全性也成为问题。 今后，通过分析玉米寡肽的功能性成分，有望开发出更安全有效的摄取的新一代营养食品(保健品)。 补充说明 1 .寡肽 氨基酸在10个以下的肽。 摄取的食物蛋白质被胃液、胰液、肠液等蛋白质分解酶消化分解为低分子的肽和氨基酸，从肠壁吸收。 寡肽除合成蛋白质外，还具有激素、酶、抗体、神经递质等多种生理活性物质的作用。 2 .非酒精性脂肪性肝炎( NASH )、非酒精性脂肪性肝病( NAFLD ) 与酒精性肝损伤相似的肝损伤称为非酒精性脂肪性肝病( na fld:non alcoholic fatty liver disease )，尽管没有明显的饮酒史。 NAFLD进一步分为单纯性脂肪肝和非酒精性脂肪性肝炎( Nash:non alcoholic steatohepatitis )。 脂肪肝是指肝脏细胞30%以上堆积中性脂肪液滴的状态。 NASH是由脂肪饮食引起的游离脂肪酸引起的，可以看到纤维化、大滴性脂肪滴、坏死炎症表现、肝细胞气球样膨化、核空泡化、脂肪肉芽肿、胞体内凝集倾向等。 最近，为了考虑对患者的偏见，包括术语“代谢性”，NAFLD被称为金属代谢( NAFLD ) 3 .蛋白质组分析 全面分析蛋白质(蛋白质)表达量的技术。 由于蛋白质是由链状连接的氨基酸采取立体结构而形成的，所以通过解读氨基酸序列可以鉴定蛋白质。 利用这一原理，将试样中的蛋白质碎片化，用质谱仪测量质量数，就可以知道试样中存在多少蛋白质。 4 .搜索信号通路 在细胞能量代谢、线粒体功能、细胞周期调控、DNA修复、炎症反应和凋亡等生理过程中起重要作用的途径。 据说编码搜索蛋白的基因在衰老和寿命的控制中发挥重要作用，也被称为“长寿基因”。 从细菌到哺乳类，许多生物都具备。 在包括人在内的哺乳类中发现了7种，被命名为SIRT1~7。 5 .代谢综合征 内脏性脂肪综合征。 内脏肥胖与高血压、高血糖、脂代谢异常相结合，容易导致心脏病、中风等动脉硬化性疾病和肝炎的生活习惯病。 6 .活性氧 是指与普通的氧相比反应性明显增加的、原子状态的氧和电子状态不稳定的氧分子。 在生物体内参与白细胞的杀菌作用等多种生理现象。 直接或间接伤害细胞，制造老化的一个原因。 7 .血清胆固醇水平 血清中作为脂蛋白溶解的胆固醇浓度(成人200mg/dl左右)。 流行病学调查等表明，过低或过高都不好。 该数值高的话，引起动脉硬化、心肌梗塞、脑梗塞等的危险性也变高。 8 .氧化应激 在生物体内氧化还原状态的均衡被破坏时，会产生以过氧化氢和羟自由基为代表的活性氧。 这些与蛋白质、脂质、或者核酸反应，对生物体造成损伤。 9 .链脲霉素 是天然来源的有机化合物，特别是对哺乳动物胰脏的β细胞具有毒性。 作为动物实验用试剂，可特异性破坏胰岛β细胞，减少胰岛素产生，在动物模型中诱发高血糖。 另外，也被用作对胰腺癌等的抗癌剂。 10 .肝星状细胞 肝脏是人类内脏中最大的内脏器官，具有代谢和解毒等多种功能。 来自心脏的肝动脉和经由小肠等的静脉(门静脉)进入肝内，由被称为类洞的毛细血管混合的血液通过肝静脉流出。 肝星状细胞存在于类窦内皮细胞和肝细胞之间，负责储存维生素a，产生胶原纤维。 11 .输入数据分析( IPA ) 基于转录本分析等得到的数据，调查哪个通路中含有较多表达发生变动的基因，这被称为通路分析。 本研究使用了整合公司提供的通路分析工具IPA。 国际联合研究组 理化研究所 生命医学科研中心细胞功能转化技术研究小组 队长铃木治和(铃木halkazu )。 研究员秦咸阳 国际程序协助许雅丽(乔盖里/许雅丽) 研究部分计时器ⅱ米拉利查( Mishra Hricha ) 脑神经科学研究中心生物物质分析支持单元 专门技术员安藤礼子(安藤玲子) 东京慈惠会医科大学临床检查医学讲座 讲师古谷裕 南京大学 教授虞文魁 研究员苏婷( Su Ting ) 食品发酵工业研究院(中国) 院长蔡木易(蔡美怡) 主任研究员鲁军 研究支援 本研究的一部分是日本医疗研究开发机构( AMED )肝炎等克服实用化研究事业“以追踪癌症干细胞基因的表达动态为轴心的肝癌病情阐明和创药研究( JP23fk0210100h0003，研究代表者:秦咸阳)”，该医疗领域国际科学技术共同研究开发推进事业“针对肝癌的 NCYM靶向治疗药物的开发( JP23jm0210092s0103，研究代表:笔宝义隆)”，日本学术振兴会( JSPS )科学研究经费资助事业基础研究( c )“脂肪肝背景下内毒素过剩反应中膜脂质结构与分子间粘附因子的参与( 20k 07349，200 ) 在东京生物化学研究会研究补助金“通过变性来阐明肝纤维化致癌的病情(研究代表者:秦咸阳)”的资助下进行。 另外，在理研脑神经科学研究中心生物物质分析支援单元的技术支援下进行。 原论文信息 Xu Y、Su T、Hricha M、Ando R、Furutani Y、Lu J、Cai M、Suzuki H、Yu W、Qin XY、 " corn oligo peptide alleviates non alcoholic fatty liver disease by regulating sir tuin signaling pathway "，journal of agricultural al and and fod CD cod 主讲人 理化研究所 生命医学科研中心细胞功能转化技术研究小组 队长铃木治和(铃木halkazu )。 研究员秦咸阳 国际程序协助许雅丽(乔盖里/许雅丽) 东京慈惠会医科大学临床检查医学讲座 讲师古谷裕 新闻发言人 理化研究所宣传室新闻发言人 学校法人慈惠大学法人事务局经营企划部宣传科 |
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