余甘子多酚通过调节肠道微生物群及钙/cAMP信号通路，可缓解高脂饮食诱导的认知功能障碍
近日，南昌大学食品营养与健康创新团队的硕士研究生邓欣怡在国际期刊Food Bioscience在线发表了题为“Phyllanthus emblica L. Polyphenols Mitigate High-Fat Diet-Induced Cognitive Impairment via Modulating Gut Microbiota and Calcium/cAMP Signaling Pathways”的研究论文。目前全球认知功能障碍的患病率呈上升趋势，而高脂饮食（HFD）是导致这一现象的重要因素之一。基于此公共卫生背景，本研究探究了余甘子多酚对高脂饮食动物模型认知功能的保护作用。评估了余甘子多酚对代谢、炎症、认知功能及海马组织病理学的影响。通过整合16S rRNA测序、网络药理学、转录组学和分子对接来预测作用机制。研究表明，余甘子多酚通过重塑肠道微生物群并上调钙/cAMP信号通路中的HTR7/PRKACB/GRIN2A轴，从而减轻神经炎症，缓解高脂饮食诱导的认知障碍。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212429226008692
1.余甘子多酚通过肠-脑轴双重调控机制缓解高脂饮食诱发的认知障碍，保护效应呈倒U型量效规律。
2.余甘子多酚可提升菌群多样性、降低促炎致病菌丰度，粪菌移植实验也证实余甘子多酚可重塑肠道菌群稳态。
3.余甘子多酚通过钙/cAMP信号通路，调控突触可塑性与兴奋性神经传导，缓解神经炎症。
认知障碍以记忆、学习和感知功能缺损为特征，已成为日益严峻的全球健康挑战。预计其患病率将继续大幅上升，特别是在中低收入国家。与此同时，全球范围内易致肥胖的饮食模式（尤其是高脂饮食）的普遍蔓延已成为一个重大的公共卫生问题。
越来越多的证据表明，高脂饮食（HFD）诱发的认知障碍与代谢稳态紊乱及慢性低度炎症有关，这一现象常被称为“代谢性炎症”。该状态的特征是在脂肪组织中，常驻免疫细胞被激活和促炎信号的释放，这可能破坏血脑屏障并引发神经炎症，特别是在海马体等易受损的大脑区域。
肠道菌群已成为饮食与大脑之间沟通的关键中介，形成了“微生物群-肠-脑轴”。粪菌移植（FMT）是一种直接的实验方法，用于转移肠道菌群的结构、功能和表型，从而证实肠道菌群是药物通过“肠-脑轴”发挥调节作用的核心介导因子。HFD会促进促炎性微生物类群的扩张，破坏肠道生态平衡，加剧外周和中枢炎症，并扰乱钙/cAMP信号耦合，导致突触可塑性受损、学习和记忆能力下降，最终导致认知功能障碍。因此，能够调节肠道菌群及其相关炎症通路的干预措施具有显著的治疗前景。目前针对认知障碍的药物治疗方案（如乙酰胆碱酯酶抑制剂）常伴有显著副作用，这凸显了开发更安全、基于膳食的预防策略的迫切需求。
余甘子（PE）是一种在中国南方广泛种植的药食两用水果，富含生物活性多酚。我们团队已鉴定出余甘子中的几种关键多酚化合物，包括没食子酸、鞣花酸和诃子鞣酸，并证实其在D-半乳糖诱导的衰老小鼠模型中具有神经保护作用。此外，最新证据表明，余甘子提取物可改善胰岛素抵抗、减轻氧化应激并抑制胆碱酯酶活性，这表明其具有增强记忆力和发挥神经保护作用的潜力。然而，余甘子多酚（PP）通过何种具体分子机制缓解高脂饮食诱导的认知障碍，目前仍未被充分探索。
鉴于高脂饮食、肠道菌群失调与认知衰退之间已确立的关联，我们假设余甘子多酚可通过重塑肠道菌群并调节关键神经信号通路来对抗这些影响。本研究旨在利用小鼠模型探究余甘子多酚对高脂饮食诱导的认知功能障碍的保护作用。我们采用多维度研究策略，整合行为评估、肠道微生物群分析、网络药理学、转录组学及分子对接，以阐明其潜在机制，为开发余甘子多酚作为改善认知障碍的营养干预手段提供科学依据。
动物模型：共有九组，分为对照组、高脂模型组、余甘子多酚高低剂量组、无菌组、抗生素干预余甘子多酚高低剂量组、粪菌移植高低剂量组。第10周对粪菌移植组小鼠用抗生素清空肠道菌群，从第11周开始，每日给该组小鼠灌肠余甘子多酚高低剂量组小鼠的粪便菌液，直至实验结束。
1.调控体重与糖代谢，抑制外周炎症反应
持续14周高脂喂养后，模型组小鼠体重、Lee’s指数显著升高，出现明显肥胖特征；补充高低剂量余甘子多酚后，小鼠体重与Lee’s指数明显回落（P<0.001）。同时模型组小鼠糖耐量严重受损，血糖曲线下面积大幅升高，而余甘子多酚可有效改善胰岛素抵抗，恢复糖代谢稳态。各组摄食量无明显差异（P>0.05），说明减重效果并非因进食减少导致。高脂饮食促使小鼠血清促炎因子TNF-α、IL-6急剧升高（P<0.001），引发全身性低度炎症。补充余甘子多酚以及粪菌移植后，两类炎症因子水平显著下降，有效缓解机体慢性炎症状态。
2.保护脑组织，修复海马神经元损伤
脑组织HE染色结果显示，长期高脂饮食会造成小鼠海马DG、CA1区神经元形态异常、细胞排列松散，神经元受损严重。而余甘子多酚干预组小鼠海马神经元形态完整，结构未出现明显损伤，证明其具备神经保护作用。
3.认知能力提升，肠脑炎症缓解
本研究采用新物体识别（NOR）和Morris水迷宫（MWM）评估小鼠认知功能：
NOR结果显示：模型组小鼠识别指数大幅降低，对新物体辨别能力变差，认知能力受损；补充余甘子多酚和粪菌移植后，识别指数明显回升（P<0.01）。
MWM结果显示：模型组小鼠穿越平台次数、目标区域活动距离与时间显著减少，学习记忆功能衰退；余甘子多酚干预后，小鼠空间学习、记忆能力得到有效恢复。
同时，模型组小鼠结肠、脑组织中IL-6、TNF-α、IL-1β这类促炎因子大量表达，肠道与中枢神经均发生炎症；余甘子多酚可同步降低肠道、脑部炎症因子水平，阻断肠源性炎症向脑部传导。
4.重塑肠道菌群结构
肠道菌群是介导饮食与大脑交流的重要桥梁（肠-脑轴），本研究结合16S rRNA测序、粪菌移植实验证实：
（1）提升菌群多样性：高脂饮食会降低肠道菌群α多样性（Chao1、Shannon、Simpson指数下降），余甘子多酚可逆转该现象，丰富肠道微生物种类。
（2）优化菌群丰度：模型组厚壁菌门/拟杆菌门（F/B）比值异常升高（菌群失调典型特征），余甘子多酚可显著降低该比值；同时提升Akkermansia、Allobaculum等有益菌丰度，抑制促炎菌增殖。
（3）菌群与认知指标存在关联：斯皮尔曼相关性分析显示，菌群多样性越低，F/B比值越高，肠道与脑部炎症越严重，认知能力越差；而菌群稳态可上调脑部功能基因表达。
（4）粪便菌群移植验证：将余甘子多酚干预组小鼠粪便菌群移植给菌群耗竭的高脂小鼠后，受体小鼠同样实现菌群修复、炎症缓解、认知改善，证明肠道菌群是余甘子多酚发挥功效的核心中介。
5.网络药理学与分子对接
筛选得到11种余甘子多酚活性成分，对应239个作用靶点；同时检索获得3581个认知损伤相关疾病靶点，二者取交集得到113个共同靶点。构建成分-靶点网络、PPI网络，筛选出AKT1、SRC、EGFR等核心靶点。对该靶点进行分析，GO功能富集显示靶点参与多项细胞活动；KEGG通路富集主要富集到癌症通路、PI3K-Akt、代谢通路等。选取主要的4种余甘子多酚成分与5个核心靶点开展分子对接，木犀草素与EGFR结合能力最强，结合能为-7.03kcal/mol，存在2个氢键相互作用。
6.转录组学
脑组织转录组数据显示，高脂饮食明显改变小鼠基因表达，低剂量余甘子多酚诱导的差异基因数量多于高剂量组，调控效果更突出。功能富集分析筛选出神经活性配体-受体相互作用、钙信号通路等与认知相关的通路及基因。结合网络药理学联合分析，锁定HTR7、PRKACB、GRIN2A、GRM5、GRM7和PTGS2基因，为后续通路与靶点验证提供依据。
7.分子验证
在qRT-PCR中，与模型组相比，低剂量余甘子多酚可显著上调小鼠大脑中HTR7、PRKACB、GRIN2A、GRM5的mRNA表达（P<0.01）；GRM7、PTGS2的表达则无显著意义。
在Western blot中，蛋白检测结果与基因表达趋势一致，低剂量余甘子多酚能明显提升HTR7、PRKACB、GRIN2A三种蛋白的表达量。高脂饮食会抑制通路内HTR7、PRKACB、GRIN2A表达，影响突触可塑性、神经递质传递，诱发认知障碍。
本研究证实余甘子多酚可有效改善高脂饮食诱发的小鼠认知障碍，同时纠正肥胖、胰岛素抵抗，降低全身、肠道及脑部促炎因子，保护海马神经元、提升学习记忆能力。实验发现其作用呈现倒U型量效关系：低剂量多酚可选择性促进有益菌增殖，效果更佳；高剂量易造成肠道菌群应激，有益菌与有害菌均被抑制，且肠道吸收趋于饱和，药效不再提升。
长期高脂饮食会破坏肠道微生态，使厚壁菌门/拟杆菌门（F/B）比值升高、菌群多样性下降，诱发肠道屏障损伤与慢性炎症；炎症因子经血脑屏障引发神经炎症，最终损害认知功能。而余甘子多酚可提升肠道菌群α多样性、下调F/B比值，富集Akkermansia、Allobaculum等有益菌，抑制促炎菌群。斯皮尔曼相关性分析证实，菌群结构失衡与神经炎症、认知衰退直接相关。结合粪菌移植实验进一步验证：肠道菌群是余甘子多酚缓解肠道炎症、改善认知损伤的核心介导靶点。菌群功能预测也表明，菌群结构改善可调控能量代谢与炎症相关通路。
联合网络药理学、转录组、分子对接等多技术，锁定钙/cAMP信号通路为关键通路。通路内HTR7、PRKACB、GRIN2A是调控突触可塑性、学习记忆的核心分子。qRT-PCR与Western blot结果证实，余甘子多酚可显著上调三者的基因与蛋白表达，修复神经突触功能、抵抗神经炎症。
综上所述，本研究提出了一种关于余甘子多酚缓解高脂饮食诱导的认知障碍作用的新型双机制模型。余甘子多酚可通过重塑肠道菌群，抑制促炎菌，增强抗炎菌，从源头阻断肠源性炎症向脑部传导，依托肠-脑轴减轻神经损伤。同时其生物活性成分可上调脑组织中HTR7、PRKACB、GRIN2A的基因与蛋白表达，激活钙/cAMP信号通路。这种协同作用有效缓解了神经炎症，改善了高脂饮食诱导的认知障碍。
邓欣怡 硕士研究生
邓欣怡，2024级公共卫生专业硕士研究生。本文的第一作者，主要研究方向为天然产物。
李梓源 硕士研究生
李梓源，2022级公共卫生专业硕士研究生。主要研究方向为天然产物。
潘瑶 讲师
潘瑶，加拿大Memorial University联合培养博士。以第一作者或通讯作者在国内外著名期刊发表论文20余篇，获2022年度江西省自然科学技术二等奖，“2018海峡两岸暨港澳大健康论坛”报告三等奖。主持国家自然科学基金1项，江西省自然科学基金及省级项目4项，参与多项国家十四五重点研发项目。
章志红 教授
章志红，教授，高级实验师，副主任医师，硕士生导师。中国营养学会注册营养师/高级会员，中国营养学会妇幼营养分会第十届委员会委员，中国营养保健食品协会母婴营养专业委员会第一届常务委员，中国初级卫生保健基金会医学统计公益基金专业委员会委员，江西省健康影响评估专家，江西省人社厅健康管理师技能人才评价考评员，江西省中西医结合学会循证医学专业委员会委员，江西省营养学会妇幼营养分会委员，江西省营养转化医学专业分会委员，抚州市首届青年科技领军人才，抚州市最美科技工作者，抚州市第三届教育督导评估专家，抚州市健康科普专家。
邓泽元 教授
邓泽元，二级教授，博士生导师。南昌大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室固定研究人员。享受国务院特殊津贴，赣鄱英才555工程人才、江西省新世纪百千万人才工程人选，江西省高校中青年学科带头人，首届江西省优秀硕士指导教师，江西省高等学校教学名师，获得教育部优秀中青年教师（支助），江西省主要学科学术与技术带头人，“食品科学”与“营养与食品卫生学”重点学科带头人。现任中国农学会微量元素与食物链分会副理事长，中国粮油学会营养分会副会长，中国营养学会营养转化医学分会副主任委员，江西省微量元素与健康研究会名誉理事长，江西省营养学会理事长；美国化学学会（ACS）会员、国际食品学会（IFT）会员，《食品科学》、《农产品加工学刊》、《食品安全质量检测学报》、《乳业科学与技术》、《南昌大学学报》（理科版）、J of Agri. Food Chem.和J of Food Biochem.编委，中国保健食品评审专家。
