基于核磁共振氢谱代谢组学研究阿拉伯木聚糖及其复合多糖对高脂饮食诱导肥胖小鼠粪便代谢物的影响.pdf

140 2023,Vol.44,No.19 食品科学 营养卫生基于核磁共振氢谱代谢组学研究阿拉伯木聚糖及其复合多糖对高脂饮食诱导肥胖小鼠粪便 代谢物的影响张 茜1，赵 鑫1，成锦华2，唐俊妮1，朱成林1,*，陈 洪2,*（1.西南民族大学食品科学与技术学院，四川 成都 610041；2.四川农业大学食品学院，四川 雅安 625014）摘 要：为探究阿拉伯木聚糖及其复合多糖对高脂饮食诱导肥胖小鼠粪便代谢产物的影响，将16 只雄性ICR/KM小鼠随机分为4 组，包括正常饮食组、高脂饮食组、添加阿拉伯木聚糖的高脂饮食组和添加阿拉伯木聚糖-葡聚糖的高脂饮食组，通过核磁共振氢谱代谢组学技术研究粪便代谢物的组成及含量。结果表明：4 组粪便代谢物中共定性出67 种小分子化合物，包括氨基酸、肽、有机酸、碳水化合物、核苷、核苷酸及其衍生物等。与正常饮食组相比，高脂饮食组小鼠粪便代谢物中胆酸盐、黄嘌呤和焦谷氨酸的含量显著升高（P0.05）；缬氨酸、3-氧丁酸、4-羟基苯乙酸甲酯、3,4-二羟基苯乙酸、乙酸苯酯、谷氨酰胺、异亮氨酸和天冬氨酸的含量显著降低（P0.05）。与高脂饮食组相比，补充阿拉伯木聚糖组小鼠粪便代谢物中谷氨酰胺、乙酸盐、4-羟基苯乙酸甲酯、葡萄糖、天冬酰胺、异丁酸和苏氨酸的含量显著升高（P0.05）；烟酸、焦谷氨酸和胆酸盐的含量显著降低（P0.05）。其中，与添加阿拉伯木聚糖的高脂饮食组相比，补充阿拉伯木聚糖-葡聚糖的高脂饮食组小鼠粪便代谢物中焦谷氨酸的含量显著升高（P0.05）；乙酸盐、丁酸盐、葡萄糖、谷氨酰胺、异丁酸和丙酸的含量显著降低（P0.05）。代谢通路和富集分析结果表明主要的作用途径包括酮体的合成和分解，苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成，酪氨酸代谢，丁酸盐代谢，丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸的代谢。综上，补充阿拉伯木聚糖及其复合多糖能改善高脂饮食诱导肥胖小鼠的粪便代谢组学特征。关键词：阿拉伯木聚糖及其复合多糖；高脂饮食；肥胖；代谢组学；核磁共振氢谱Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy(1H-NMR)-Based Metabolomic Analysis Effects of Arabinoxylan and Its Mixture with-Glucan on Fecal Metabolites in High-Fat Diet-Induced Obese Mice ZHANG Qian1,ZHAO Xin1,CHENG Jinhua2,TANG Junni1,ZHU Chenglin1,*,CHEN Hong2,*(1.College of Food Sciences and Technology,Southwest Minzu University,Chengdu 610041,China;2.College of Food Science,Sichuan Agricultural University,Ya an 625014,China)Abstract:The aim of this study was to investigate the effects of arabinoxylan and its blend with-glucan on fecal metabolites in mice with high-fat diet-induced obesity.Sixteen male ICR/KM mice were randomly divided into four groups:normal diet(CON),high-fat diet(HFD),high-fat diet supplemented with arabinoxylan(HFAX)and high-fat diet supplemented with arabinoxylan+-glucan(HFA).The composition and content of fecal metabolites in each group of mice were investigated by 1H-NMR-based metabolomics.The results showed that a total of 67 small molecule metabolites,including amino acids,peptides,organic acids,carbohydrates,nucleosides,nucleotides and their derivatives,were identified.Compared with the normal diet group,the HFD group had significantly higher levels of fecal cholate,xanthine and pyroglutamate(P 0.05)收稿日期：2022-12-27 基金项目：四川省自然科学基金青年科学基金项目（2022NSFSC1652）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（2023NYXXS073）第一作者简介：张茜（2000）（ORCID:0000-0002-5616-0981），女，硕士研究生，研究方向为食品加工与安全。E-mail:Z*通信作者简介：朱成林（1991）（ORCID:0000-0003-3486-1936），男，讲师，博士，研究方向为食品科学。E-mail:陈洪（1982）（ORCID:0000-0003-3605-6551），男，教授，博士，研究方向为食品科学。E-mail:营养卫生 食品科学 2023,Vol.44,No.19 141and significantly lower levels of valine,acetoacetate,4-hydroxyphenylacetate,3,4-dihydroxybenzeneacetate,phenylacetate,glutamine,isoleucine and asparagine(P 0.05).Compared with the HFD group,the concentrations of glutamine,acetate,4-hydroxyphenylacetate,glucose,asparagine,isobutyrate and threonine increased significantly in the arabinoxylan supplement group(P 0.05),while the concentrations of nicotinate,pyroglutamate and cholate decreased significantly (P 0.05).In particular,compared with the HFAX group,the amount of pyroglutamate increased significantly(P 0.05),while the levels of acetate,butyrate,glucose,glutamine,isobutyrate and propionate decreased significantly in the HFA group(P 0.05).The metabolic pathway and enrichment analysis revealed that the major pathways included the synthesis and degradation of ketone bodies,phenylalanine,tyrosine and tryptophan biosynthesis,tyrosine metabolism,butanoate metabolism,and alanine,aspartate and glutamate metabolism.In conclusion,arabinoxylan and its mixture with-glucan supplementation could improve fecal metabolomic profiles in mice with high-fat diet-induced obesity.Keywords:arabinoxylan and its mixture with-glucan;high-fat diet;obesity;metabolomics;proton nuclear magnetic resonance spectroscopy(1H-NMR)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221227-259中图分类号：TS201.4 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2023）19-0140-08引文格式：张茜,赵鑫,成锦华,等.基于核磁共振氢谱代谢组学研究阿拉伯木聚糖及其复合多糖对高脂饮食诱导肥胖小鼠粪便代谢物的影响J.食品科学,2023,44(19):140-147.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221227-259.http:/ZHANG Qian,ZHAO Xin,CHENG Jinhua,et al.Proton nuclear magnetic resonance spectroscopy(1H-NMR)-based metabolomic analysis effects of arabinoxylan and its mixture with-glucan on fecal metabolites in high-fat diet-induced obese miceJ.Food Science,2023,44(19):140-147.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221227-259.http:/肥胖是由于机体能量摄入高于能量消耗，导致脂肪过度堆积而引发的一种营养代谢综合征，会诱发脂肪肝相关的代谢功能障碍（metabolic associated fatty liver disease，MAFLD）、胰岛素抵抗、2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）和癌症等疾病1。据世界卫生组织（World Health Organization，WHO）的调查数据显示，全球有超过19亿成年人存在超重或肥胖，患病率达38.9%，肥胖已成为全球关注的重大公共卫生问题2。据报道，高脂饮食是造成现代人脂肪堆积及肥胖的重要诱因之一3。因此，合理调整膳食结构和有效控制能量摄入对预防和治疗肥胖及其并发症非常重要。益生元是指一些不被宿主胃肠道消化吸收却能有选择性地促进其体内肠道有益菌代谢和增殖的非淀粉多糖4，具有阻碍食物消化和吸收的作用5，因此益生元在降低脂肪积累方面具有潜在效应。有研究表明，益生元能显著降低成年超重或肥胖患者的身体质量指数（body mass index，BMI）和体质量，是预防和治疗超重或肥胖的有效手段6。阿拉伯木聚糖7和-葡聚糖8 为新型的益生元，目前对两者改善肥胖的作用机制研究大多数集中于其对肠道菌群的调节。Sarma等9发现阿拉伯木聚糖能改善高脂饮食导致的盲肠细菌丰度增加，并增加肠道拟杆菌属（Bacteroidetes）丰度，从而改善肥胖。Nie Qixing等10研究表明，阿拉伯木聚糖能显著增加肠道内有益菌的丰度，同时降低有害菌丰度。Miyamoto等11研究了-葡聚糖对高脂饮食喂养小鼠肠道微生物的影响，结果表明-葡聚糖能促进肠道激素肽YY（peptide tyrosine-tyrosine，PYY）和胰高血糖素样肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）的分泌，从而增加肠道菌群丰度和多样性，调节厚壁菌门（Firmicutes）/拟杆菌门（Bacteroidetes）的比值，同时增加肠道短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）含量以减少摄食量。这与Wang Ruoyu等12的研究结果一致。然而，探究肠道菌群的代谢及其对饮食干预的反应需要一个整体的视角13。代谢组学以分子质量低于1 000 Da的内源性代谢物为研究对象，通过考察生物体系受到刺激或干扰前后内源性代谢物含量的变化来研究代谢途径14。作为基因组学和蛋白质组学的继承者，代谢组学将关注点从基因转移到小分子代谢物，将细胞、组织和生物体有机地联系起来15。代谢组学能够破译人类与微生物之间错综复杂的联系16，更好地展示多糖干预肠道菌群时机体的整体变化。近年来，代谢组学在食品、营养科学和中医药领域的应用越来越广泛，是多糖调控饮食诱导肥胖作用机制及理论研究强有力的现代化研究手段。本研究采用正常饮食和高脂饮食喂养ICR/KM小鼠，同时对高脂饮食喂养的小鼠补充阿拉伯木聚糖和阿拉伯木聚糖-葡聚糖。基于核磁共振氢谱（proton nuclear magnetic resonance spectroscopy，1H-NMR）技术系统研究多糖干预后高脂饮食诱导肥胖小鼠粪便代谢谱的变化，为进一步研究多糖对高脂饮食诱导肥胖小鼠肠道菌群及其代谢产物的调控机制提供理论依据。142 2023,Vol.44,No.19 食品科学 营养卫生1 材料与方法1.1 动物、材料与试剂6 周龄SPF级雄性ICR/KM小鼠购自成都达硕生物科技有限公司，生产许可证号：SCXK（川）2020-030。阿拉伯木聚糖、-葡聚糖 上海瑞安生物工程有限公司；磷酸盐缓冲液、叠氮化钠（NaN3）（均为分析纯）西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司；2,2,3,3-d(4)-3-(三甲基硅基)丙酸钠盐（sodium phosphate tribasic dodecahydrate，TSP）、重水（D2O）美国Cambridge Isotope Laboratories公司。1.2 仪器与设备600.13 MHz AVANCE III型NMR波谱仪 德国Bruker公司；高速冷冻离心机 天美（中国）科学仪器有限公司。1.3 方法1.3.1 动物实验设计将16 只6 周龄雄性ICR/KM小鼠分笼饲养。在适应性喂养1 周后，将小鼠随机分为4 组：正常饮食组（CON）、高脂饮食组（HFD）、添加阿拉伯木聚糖的高脂饮食组（HFAX）和添加阿拉伯木聚糖-葡聚糖的高脂饮食组（HFA）。CON组饲喂普通饲料，HFD组饲喂高脂饲料（猪油15%（质量分数，下同）、蔗糖15%、普通饲料70%），HFAX组饲喂补充10%阿拉伯木聚糖的高脂饲料，HFA组饲喂补充5%阿拉伯木聚糖5%-葡聚糖的高脂饲料。1.3.2 样本采集和保存8 周后收集小鼠粪便，装入2 mL无菌冻存管后迅速放入液氮中，于80 冰箱中保存。1.3.3 1H-NMR分析称取0.08 g粪便样本于2 mL EP管中，加入1 mL去离子水，涡漩混合5 min，4 下静置2 h以更好地提取小分子代谢物。样本在4 下以18 630g离心15 min，取0.5 mL上清液，添加10 mmol/L的TSP重水溶液0.2 mL，用作NMR化学位移参考和内标。用磷酸盐缓冲液调整溶液的pH值为7.000.02，并添加10 L 2 mmol/L NaN3以避免微生物繁殖。最后，每个样品在上述条件下再次离心。参考叶婷婷等17的方法并适当优化。确定1H-NMR测定条件：载波频率为600.13 MHz，检测温度298 K，谱宽化学位移（）为10，弛豫时间5 s，获取数据点 32 000 个。扫描次数为32，同时通过预饱和CPMG序列抑制水信号。采用Topspin 3.5和Chenomx 8.4软件进行NMR图谱处理。在Topspin软件中手动进行NMR图谱基线调整，并转换成ASCII文件，导入R语言软件。随后，利用本实验室编写的R语言代码脚本进行后续波谱处理。处理过程 分为以下3 步：1）以TSP的化学位移（0）为标准对谱图进行定标校正，排除重叠信号干扰；2）去除值为4.674.90区域的水峰，消除残余水峰的影响；3）去除残留水信号后，利用R语言基础数据包中“rollingball”函数，通过峰检测对1H-NMR图谱再次进行基线校正。定性分析依据化合物的化学位移、多重峰、峰型等数据与Chenomx软件中化合物标准峰数据库进行比较。在计算各化合物峰值时采用全局光谱去卷积算法对重叠区域进行反卷积，从而对在拥挤光谱区域出现共振的化合物进行绝对定量。在1H-NMR图谱中信号面积与样品中存在的质子数成正比，分别对1H-NMR图谱中单个信号进行积分，并通过与内标信号比较，计算极性和非极性 组分含量。1.4 数据统计与分析使用R 语言软件进行独立样本t检验、方 差 分析（ANOVA）和主成分分析（principal component analysis，PCA），所有数据表示为平均值标准差，以P0.05表示差异显著。利用Metabo Analyst 5.0在线数据分析平台对差异代谢物进行聚类分析、通路分析和富集分析。2 结果与分析2.1 粪便代谢组的特征分析采用600.13 MHz 1H-NMR对CON、HFD、HFAX和HFA组小鼠粪便中的小分子代谢产物进行测定，得到样品的1H-NMR图谱及每个代谢物对应的值，如图1所示。3.20 3.15 3.10 3.002.90 2.852.75 2.652.60 2.552.45 2.40 2.352.252.201.901.45 1.351.20 1.15 1.10 1.05 1.00 0.95 0.900.7039A3338373635343231302928272625 2423222120191817161514131211109876 54 231B9.00 8.95 8.90 8.458.20 8.157.90 7.757.707.307.25 7.207.156.806.50 5.805.25 5.20 5.15 4.55 4.504.40 3.953.55 3.353.25 3.20676665646362616059 585756555453525150 494847464544 43424140A.1H-NMR峰139；B.1H-NMR峰4067。1.胆酸盐；2.戊酸盐；3.丁酸盐；4.异戊酸；5.亮氨酸；6.缬氨酸；7.异亮氨酸；8.丙酸；9.异丁酸；10.3-甲基-2-氧基戊酸；11.-酮异戊酸；12.丙二醇；13.乙醇；14.苏氨酸；15.3-羟基-2-丁酮；16.丙氨酸；17.醋酸盐；18.丙酮；19.5-氨基戊酸；20.3-氧丁酸；21.谷氨酸；22.丙酮酸；23.琥珀酸；24.2-氧化戊二酸；25.谷氨酰胺；26.焦谷酰胺；27.柠檬酸；28.甲胺；29.4-甲基-2-氧代戊酸；30.甲硫氨酸；31.肌氨酸；32.丙氨酸；33.三甲胺；34.甲酰乙内脲；35.天冬酰胺；36.赖氨酸；37.肌酸；38.丙二酸；39.胆碱；40.葡萄糖；41.甘氨酸三甲胺内盐；42.氧化三甲胺；43.苯丙氨酸；44.脯氨酸；45.甲醇；46.甘氨酸；47.丙三醇；48.丝氨酸；49.二羟基丙酮；50.阿拉伯糖；51.岩藻糖；52.木糖；53.半乳糖；54.N-乙酰氨基葡萄糖；55.尿嘧啶；56.延胡索酸盐；57.3-甲氧基苯甲酸；58.3,4-二羟基苯乙酸；59.3-甲基-L-组氨酸；60.4-羟基苯乙酸甲酯；61.酪氨酸；62.乙酸苯酯；63.色氨酸；64.黄嘌呤；65.次黄嘌呤；66.甲酸盐；67.烟酸。图 1 肥胖小鼠粪便1H-NMR代谢物谱图Fig.1 1H-NMR spectra of fecal metabolites from obese mice 营养卫生 食品科学 2023,Vol.44,No.19 143利用基于1H-NMR的代谢组学技术从粪便样本中共精确定性出67 种小分子化合物，主要为氨基酸、肽、有机酸、碳水化合物、核苷、核苷酸及其衍生物等化合物，包括了与饮食、蛋白质消化、能量生产和肠道-微生物协同代谢的有关信息。2.2 高脂饮食对小鼠粪便代谢组的影响如表1所示，在CON和HFD组中有13 种代谢物含量有显著差异（P0.05），即3,4-二羟基苯乙酸、4-羟基苯乙酸甲酯、3-氧丁酸、天冬酰胺、胆酸盐、岩藻糖、半乳糖、谷氨酰胺、异亮氨酸、乙酸苯酯、焦谷氨酸、缬氨酸和黄嘌呤。表 1 CON和HFD组小鼠粪便中主要差异代谢物含量Table 1 Contents of major differential metabolites in mouse feces from CON and HFD groupsmmol/g代谢物CONHFDP值变化趋势3,4-二羟基苯乙酸5.831043.181041.431043.981056.241034-羟基苯乙酸甲酯6.031042.841041.291044.921054.051033-氧丁酸5.191058.441062.861052.331065.98104天冬酰胺4.251042.001042.371041.021052.49102胆酸盐2.151041.191042.831031.411031.28103岩藻糖1.281044.811052.261045.971054.51102半乳糖4.851049.131058.311043.271043.76102谷氨酰胺8.201043.911044.561042.061059.35103异亮氨酸9.561041.361046.501041.091041.37102乙酸苯酯3.031042.681051.921044.411062.99105焦谷氨酸1.921045.311053.851044.581051.62103缬氨酸1.301032.641047.231041.681041.37102黄嘌呤2.461042.211046.411042.071044.04102注：.HFD组与CON组相比上调；.HFD组与CON组相比下调。为得到具有显著差异的代谢物在两个实验组中的分布规律，将CON和HFD组中具有显著差异的13 种代谢物的含量作为鲁棒主成分分析（robust principal component analysis，rPCA）模型的基础进行PCA，结果如图2所示。CONHFD50520246APC2?4.7%?PC1?95.3%?CONHFDB505PC1?95.3%?P0.16?PC1?C0.51.00.00.51.0?3-?4-?3,4-?碎石图（A）中空心圆代表每个样本组的中位数。箱线图（B）总结了样品沿PC1的位置。载荷图（C）表示每个代谢物的含量与其在PC1上重要性之间的相关性（P0.05）。图3同。图 2 CON和HFD组的PCAFig.2 Principal component analysis(PCA)plots of CON and HFD groups图2中主成分1（PC1）占整个模型所代表样品变异性的95.3%，极好地概括了CON和HFD组之间的差异。与CON组相比，HFD组小鼠的粪便代谢物主要表现为胆酸盐、黄嘌呤和焦谷氨酸含量的显著升高以及缬氨酸、3-氧丁酸、4-羟基苯乙酸甲酯、3,4-二羟基苯乙酸、乙酸苯酯、谷氨酰胺、异亮氨酸和天冬氨酸含量的显著降低（P0.05）。2.3 多糖对高脂饮食诱导肥胖小鼠粪便代谢组的影响如表2所示，在CON、HFD、HFAX和HFA组中，有 23 种代谢物含量有显著差异（P0.05），即3-羟基苯乙酸乙酯、3,4-二羟基苯乙酸、4-羟基苯乙酸甲酯、乙酸盐、3-氧丁酸、天冬酰胺、丁酸盐、胆酸盐、胆碱、葡萄糖、谷氨酰胺、次黄嘌呤、异丁酸、烟酸、丙酸、脯氨酸、焦谷氨酸、苏氨酸、酪氨酸、尿嘧啶、戊酸盐、缬氨酸和黄嘌呤。表 2 CON、HFD、HFAX和HFA组小鼠粪便中主要差异代谢物含量Table 2 Contents of major differential metabolites in mouse feces from CON,HFD,HFAX and HFA groups mmol/g代谢物CONHFDHFAXHFA3-羟基苯乙酸乙酯1.191035.67104 a6.811043.64104 a3.721042.74104 ab6.391052.33105 b3,4-二羟基苯乙酸5.831043.18104 a1.431043.98105 b4.921052.54105 b7.261056.12105 b4-羟基苯乙酸甲酯6.031042.84104 a1.291044.92105 b3.591041.56104 ab1.671041.19104 b乙酸盐9.831033.55103 ab6.821031.61103 b1.831029.13103 a6.131031.59103 b3-氧丁酸5.191058.44106 b2.861052.33106 a4.771057.16106 b4.381052.80106 b天冬酰胺4.251042.00104 a2.371041.02105 b4.801041.11104 a3.991048.48105 a丁酸盐1.771035.38104 ab1.561036.35104 ab2.321039.41104 a6.851043.10104 b胆酸盐2.151041.19104 b2.831031.41103 a1.531041.54104 b6.811044.27104 b胆碱3.021022.90102 a7.421032.56103 ab5.001039.50103 b4.461032.37103 b葡萄糖4.031031.22103 b2.691033.00104 b8.721032.04103 a1.621031.61103 b谷氨酰胺8.201043.91104 ab4.561042.06105 c1.211034.28104 a5.671045.84105 bc次黄嘌呤3.001041.39104 ab4.621041.39104 a1.571047.12105 b2.911041.74104 ab异丁酸5.271042.10104 ab3.171049.88105 b1.061037.31104 a2.991041.18104 b烟酸1.951047.26105 ab2.541046.73105 a1.451042.19105 b2.061041.94105 ab丙酸2.021034.33104 ab1.971031.20104 ab3.921032.27103 a1.511034.69104 b脯氨酸6.241045.30105 b7.051042.34104 b1.101034.15104 ab1.211033.23104 a焦谷氨酸1.921045.31105 bc3.851044.58105 a1.241044.76105 c2.361046.12105 b苏氨酸9.811042.69104 ab7.541041.52104 b3.261032.15103 a1.301031.93104 ab酪氨酸1.401032.02104 b1.531032.36104 ab1.651032.55104 ab1.951032.67104 a尿嘧啶5.601042.96104 ab9.561041.76104 a4.491041.57104 b5.881041.98104 ab戊酸盐3.251047.51105 a2.261046.42105 a2.251041.69105 a1.321041.42105 b缬氨酸1.301032.64104 a7.231041.68104 b1.101032.09104 ab1.171031.59104 a黄嘌呤2.461042.21104 b6.411042.07104 a2.571046.95105 ab3.911041.73104 ab注：同行肩标小写字母不同表示差异显著（P0.05）。144 2023,Vol.44,No.19 食品科学 营养卫生为得到具有显著差异的代谢物在4 个实验组中的分布规律，将CON、HFD、HFAX和HFA组中具有显著差异的23 个代谢物的含量作为rPCA模型的基础进行PCA，结果如图3所示。CONHFDHFAXHFA81050510420264APC2?32%?PC1?68%?CONHFDHFAXHFA10B50510PC1?68%?aabb?4-?PC1?C0.51.00.00.51.0箱线图（B）中不同小写字母表示在PC1维度差异显著（P0.05）。图 3 CON、HFD、HFAX和HFA组的PCAFig.3 PCA plots of CON,HFD,HFAX and HFA groups图3A中PC1占整个模型所代表样品变异性的68%，较好地概括了CON、HFD、HFAX和HFA组之间的差异。与HFD组相比，CON、HFAX和HFA组小鼠的粪便代谢物主要表现为谷氨酰胺、乙酸盐、4-羟基苯乙酸甲酯、葡萄糖、天冬酰胺、异丁酸和苏氨酸含量显著升高及烟酸、焦谷氨酸和胆酸盐含量显著降低（P0.05）。谷氨酰胺作为人体内含量最丰富的氨基酸之一，具有维持机体氮平衡、保护肠黏膜屏障及改善免疫功能等多种生理生化作用，其来源于谷氨酸代谢途径18。在本研究中，与HFD组相比，补充多糖的小鼠粪便代谢物中谷氨酰胺水平较高。郭冰冰等19研究发现谷氨酰胺能减轻高脂饮食诱导肥胖小鼠的体质量，改善其胰岛素抵抗，证明多糖干预对高脂饮食诱导肥胖小鼠的健康具有积极作用。另外，大量研究表明富含谷氨酰胺的饮食对肠道有积极影响20。乙酸盐是乙酰辅酶A的前体物质，其通过与辅酶A结合生成乙酰辅酶A。研究表明，肠道菌群的糖化发酵是结肠吸收外源性乙酸盐的主要途径，摄入不易消化的碳水化合物后，肠道菌群在发酵中会产生乙酸盐21。在阿拉伯木聚糖干预后，高脂饮食诱导肥胖小鼠的粪便中乙酸盐水平显著升高，其潜在原因可能是阿拉伯木聚糖的摄入有效增加了可降解纤维的细菌数量。Quercia等22的研究也表明，富含高纤维的饮食模式可有效增加肠道菌群产生的SCFAs含量，本研究结果与之一致。因此，高脂饮食中添加阿拉伯木聚糖后小鼠粪便中乙酸盐水平的显著升高可能对改善肥胖发挥重要作用。4-羟基苯乙酸甲酯是一种酪氨酸降解的微生物产物。有学者通过尿液代谢组学研究代谢紊乱后人体内代谢物水平的变化，发现当人体代谢紊乱时，体内的4-羟基苯乙酸甲酯水平会显著降低23。Kim等24将能改善肥胖的白藜芦醇添加到肥胖小鼠的饲料中，发现喂食白藜芦醇的小鼠粪便中4-羟基苯乙酸酯的含量显著升高。葡萄糖是生物体新陈代谢必不可少的一种物质，其通过糖酵解、有氧氧化、磷酸戊糖、糖醛酸等途径分解转化，为机体提供能量和代谢底物。三羧酸（tricarboxylic acid，TCA）循环可产生糖异生前体，从而协助葡萄糖氧化以维持葡萄糖稳态，是葡萄糖的重要代谢途径25。据报道，肥胖患者脂质代谢紊乱会直接导致葡萄糖代谢紊乱，使葡萄糖代谢功能减弱26。本研究中，补充阿拉伯木聚糖的小鼠粪便中葡萄糖含量与HFD组具有显著差异，证实阿拉伯木聚糖可通过改善葡萄糖代谢来调控肥胖小鼠的代谢。天冬酰胺以天冬氨酸为底物，利用谷氨酰胺形成谷氨酸过程中转氨作用产生的氨基，在天冬酰胺合成酶的作用下结合ATP而形成。研究表明，肥胖患者血浆中天冬酰胺的水平相对较低27。补充多糖的肥胖小鼠粪便中天冬酰胺的水平显著升高，证明多糖具有改善肥胖的作用。异丁酸是肠道中缬氨酸的发酵产物，属于支链脂肪酸（branched-chain fatty acids，BCFAs）。据报道，BCFAs在肠道菌群生长和繁殖过程中发挥重要作用。但如果其在体内含量过高则会影响蛋白质的消化吸收，破坏肠道微生态平衡28。本研究中补充阿拉伯木聚糖后肥胖小鼠粪便代谢物中的异丁酸含量显著增加（P0.05），表明阿拉伯木聚糖对高脂饮食小鼠异丁酸的排出有一定促进作用。贺燕等29研究桑叶水提物对高脂饮食小鼠粪便中胆固醇代谢产物的影响，发现桑叶水提取物组小鼠粪便中的异丁酸水平显著高于高脂饮食小鼠，本研究结果与之一致。苏氨酸为蛋白质特别是黏蛋白合成的底物。此外，苏氨酸还可以进入分解代谢途径，代谢为多种重要的产物（如甘氨酸、乙酰辅酶A、丙酮酸），这些产物在宿主代谢中起着至关重要的作用30。已有研究证明补充苏氨酸可促进肝脏脂质代谢，缺乏苏氨酸可诱导肝脏 营养卫生 食品科学 2023,Vol.44,No.19 145甘油三酯蓄积；苏氨酸可通过调节脂肪生成信号通路和产热基因的表达对脂质代谢紊乱发挥保护作用31。Chen Jiayi等32研究发现长期补充苏氨酸可抑制小鼠体内脂肪含量的升高，改善脂质代谢，这与Ma Qingquan等33的研究结果一致。与HFD组相比，多糖干预能使小鼠粪便中苏氨酸含量显著升高（P0.05），表明多糖可能通过促进脂质代谢改善高脂饮食导致的小鼠脂代谢紊乱。2.4 差异代谢物聚类分析、通路分析和富集分析结果聚类分析能反映各组间差异代谢物的含量变化34。结合表2、图4可知，与CON组相比，HFD组小鼠粪便代谢物中的黄嘌呤、焦谷氨酸和胆酸盐3 种差异代谢物的含量显著上调（P0.05）；4-羟基苯乙酸甲酯、3,4-二羟基苯乙酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、3-氧丁酸、缬氨酸6 种差异代谢物的含量显著下调（P0.05）。但经多糖干预后，与HFD组相比，有5 种差异代谢物的含量显著回调，即3-氧丁酸、天冬酰胺、谷氨酰胺的含量显著上调，而胆酸盐、焦谷氨酸的含量显著下调（P0.05）。其中，与HFAX组相比，HFA组小鼠粪便代谢产物中焦谷氨酸的含量显著升高（P0.05）；乙酸盐、丁酸盐、葡萄糖、谷氨酰胺、异丁酸和丙酸的含量显著降低（P0.05）。本研究结果表明，多糖可有效干预高脂饮食诱导肥胖小鼠的代谢紊乱。?4-?3,4-?3-?CON3210123HFDHFAXHFA图 4 CON、HFD、HFAX和HFA组小鼠粪便中差异 代谢物的聚类分析Fig.4 Cluster analysis of differential metabolites in mouse feces from CON,HFD,HFAX and HFA groups将23 种差异代谢物导入Metabo Analyst 5.0在线数据分析平台中进行代谢通路分析和富集分析，通路分析算法设置为超几何测试外向程度中心性，富集分析的算法采用超几何分布检验，代谢通路数据库基于京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）数据库。如图5所示，经过Metabo Analyst 5.0软件注释分析，23 种差异代谢物被富集在20 条代谢通路中，横纵坐标分别代表代谢通路的重要影响值（impact值）和富集分析的显著性水平（lg P）。选择impact值大于0.1的代谢通路为主要作用的代谢通路。图5中圆点的颜色表示参与该通路代谢物的数量，圆点的大小表示该代谢通路在机体的整体代谢轮廓中所占的比重，圆点越大，颜色越深，其所代表的通路对于整体代谢的影响就越大35。横轴impact值是经路径拓扑分析得出的路径影响值，P0.05及impact值大于0.1的代谢通路为发生显著变化的代谢通路。00.00.10.20.30.40.50.612345lg P?impact?impact?图 5 CON、HFD、HFAX和HFA组小鼠粪便中差异代谢物的通路分析Fig.5 Pathway analysis of differential metabolites in mouse feces from CON,HFD,HFAX and HFA groups图6中富集率越大