FSHW | 迷迭香酸通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝與抗炎反應(yīng)降低脂質(zhì)積累

本文系Food Science and Human Wellness原創(chuàng)編譯，歡迎分享，轉(zhuǎn)載請授權(quán)。

Abstract

由不良飲食習(xí)慣導(dǎo)致的肥胖已成為全球公共衛(wèi)生問題。迷迭香酸（Rosmarinic acid，RA）是一種具有抗氧化等多種生物活性的天然化合物，但其降脂機制尚不清楚。本研究利用秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）模型探討RA的抗肥胖作用及機制。結(jié)果顯示，RA可改善腸道炎癥、調(diào)整不飽和脂肪酸比例、降低脂肪儲存、減少脂滴體積與數(shù)量，而不影響線蟲的發(fā)育或能量攝入。同時，RA能增強腸道屏障完整性。轉(zhuǎn)錄組測序與qRT-PCR結(jié)果表明，RA的降脂作用主要與脂質(zhì)代謝與抗炎通路相關(guān)：一方面，通過下調(diào)SBP-1抑制脂肪合成、上調(diào)NHR-49促進脂肪酸β-氧化；另一方面，通過調(diào)節(jié)不飽和脂肪酸合成與緩解由銅綠假單胞菌引起的炎癥反應(yīng)實現(xiàn)抗炎效果。因此，RA兼具調(diào)脂與抗炎雙重作用，具有開發(fā)為功能性食品或膳食補充劑的潛力。

Introduction

近年來，肥胖已成為嚴(yán)重的全球性健康威脅，與高脂飲食密切相關(guān)。長期高脂飲食不僅引發(fā)高血脂、糖尿病、心血管疾病等，還可損傷腸絨毛、誘發(fā)慢性低度炎癥并削弱腸道屏障功能。現(xiàn)有的藥物治療往往伴隨明顯副作用，因此探索安全的天然活性物質(zhì)成為防治肥胖的重要方向。迷迭香酸是廣泛存在于植物界的酚酸類化合物，具有抗氧化、抗病毒等作用。近年來，其“降脂”和“腸道保護”功能受到關(guān)注，但具體機制尚不清楚。秀麗隱桿線蟲因其生命周期短、遺傳背景清晰、易于觀察和操作，成為研究脂代謝與炎癥機制的理想體內(nèi)模型。本文利用線蟲模型研究RA的降脂及抗炎機制，并通過銅綠假單胞菌感染模型驗證其對腸道屏障的保護作用，為RA在防治肥胖及相關(guān)炎癥性疾病中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

Results and discussion

迷迭香酸緩解秀麗隱桿線蟲腸道炎癥

在感染銅綠假單胞菌（PAO1）后，細菌會逐漸在線蟲腸道內(nèi)定植，釋放毒力相關(guān)囊泡并形成膜樣生物膜，從而引起腸道細胞結(jié)構(gòu)異常和炎癥反應(yīng)。為了驗證迷迭香酸（RA）是否能減輕這種炎癥，研究首先測定了感染線蟲的前腸腫脹程度及壽命變化。在一般實驗組中（同時給予RA與PAO1），RA顯著恢復(fù)了因感染引起的前腸異常膨脹（圖1B）；在預(yù)防性實驗（先用RA再感染PAO1）中，線蟲前腸平均寬度由對照組的35 μm降至25.2 μm（圖1C），說明RA對腸道具有明顯的保護作用；而在治療性實驗（先感染再加RA）中，前腸腫脹雖有改善，但差異不顯著（圖1D）。隨后通過生存曲線分析發(fā)現(xiàn)，無論在一般、預(yù)防或治療實驗中，RA均顯著延長了線蟲壽命（P < 0.05），其中平均壽命分別延長71.3%、36.7%和19.5%（見圖1E–G與表1）。這些結(jié)果綜合表明：RA既具有預(yù)防也具有治療感染性腸炎的潛力。

(A) 正常與異常前腸顯微圖像；(B–D) RA在一般、預(yù)防及治療實驗中顯著修復(fù)前腸腫脹；(E–G) RA顯著延長線蟲壽命。不同字母表示差異顯著（P < 0.05）。

圖1 迷迭香酸對PAO1感染后線蟲腸道腫脹及壽命的影響

迷迭香酸降低線蟲脂質(zhì)積累

慢性炎癥被認為是肥胖發(fā)生的重要因素。由于RA能顯著減輕炎癥，研究進一步檢測其對高脂線蟲脂肪沉積的影響。采用油紅O（ORO）染色觀察體脂儲存，結(jié)果顯示：RA處理后線蟲體內(nèi)脂滴明顯減少，染色強度較對照組下降約9%，與陽性對照藥物奧利司他（orlistat）的趨勢一致（圖2A、2B）。為驗證結(jié)果，研究還進行了尼羅紅（Nile Red）熒光染色，發(fā)現(xiàn)RA同樣顯著降低脂滴熒光強度（圖2C、2D）。同時，RA使線蟲體內(nèi)甘油三酯（TG）含量下降約22%（圖2E）。這些結(jié)果表明，RA可明顯減少體脂積累、改善脂質(zhì)代謝。

(A) ORO染色線蟲圖像；(B) ORO定量結(jié)果；(C) Nile Red熒光圖像；(D) Nile Red定量結(jié)果；(E) TG含量分析。不同字母表示差異顯著（P < 0.05）。

圖2 迷迭香酸對高脂飲食線蟲脂肪積累的影響

迷迭香酸改善脂質(zhì)代謝并調(diào)節(jié)多不飽和脂肪酸組成

脂滴的大小和數(shù)量可反映機體脂質(zhì)代謝狀態(tài)。研究利用表達DHS-3::GFP的轉(zhuǎn)基因線蟲（ZXW618）觀察RA對脂滴分布的影響。結(jié)果顯示，RA顯著改變了脂滴形態(tài)：小粒徑脂滴（0~0.2 μm）比例增加，而大粒徑脂滴（2.4~2.6 μm）比例下降（圖3B），平均脂滴直徑明顯減小（圖3C），但脂滴總數(shù)變化不顯著（圖3D）。說明RA能通過減小脂滴體積降低脂肪儲存。此外，為探討RA是否影響脂肪酸組成，研究利用GC-MS檢測油酸/硬脂酸比值（C18:1n-9/C18:0）。結(jié)果表明RA顯著提高該比例（圖3E），提示RA能促進不飽和脂肪酸合成，進而有助于抑制炎癥反應(yīng)和改善脂質(zhì)代謝。

(A) ZXW618線蟲DHS-3::GFP脂滴熒光圖像；(B) 脂滴分布定量分析；(C) 平均脂滴直徑；(D) 脂滴數(shù)量；(E) 油酸/硬脂酸去飽和指數(shù)。不同字母表示差異顯著（P < 0.05）。

圖3 迷迭香酸對秀麗隱桿線蟲脂質(zhì)代謝的影響

迷迭香酸改善線蟲腸道屏障完整性

肥胖及高脂飲食常伴隨腸道通透性升高。為驗證RA對腸屏障的保護作用，研究通過藍色食用染料滲漏實驗（Smurf assay）和排便節(jié)律測定進行分析。在一般實驗中，感染PAO1的線蟲體腔常因腸屏障受損而彌漫性染藍，而RA處理組染料泄漏比例顯著下降（圖4A、4B），表明RA能有效修復(fù)感染造成的腸道滲漏。在預(yù)防實驗中，對照組68%~80%的線蟲出現(xiàn)腸漏，而RA處理后僅48.5%個體出現(xiàn)滲漏（圖4C、4D）；治療實驗中滲漏比例降至約49.7%（圖4E、4F），說明RA具有預(yù)防與治療雙重作用。此外，感染PAO1會導(dǎo)致線蟲排便周期縮短（約50 s/次）。RA顯著延長排便周期，恢復(fù)腸道節(jié)律（圖4G、4H），進一步證明RA能改善腸道功能與蠕動協(xié)調(diào)性。在治療實驗中改善趨勢雖存在但不顯著（圖4I）。

(A–F) 藍色食用染料實驗中不同組線蟲的腸道染色表現(xiàn)及滲漏比例（Smurf ratio）；(G–I) 一般、預(yù)防及治療實驗中線蟲排便周期的變化。不同字母表示差異顯著（P < 0.05）。

圖4 迷迭香酸對秀麗隱桿線蟲腸道屏障通透性的影響

迷迭香酸不影響線蟲發(fā)育及能量攝入

為排除RA降脂作用是否源于抑制食欲或發(fā)育障礙，研究檢測了E. coli OP50生長、線蟲取食行為與發(fā)育指標(biāo)。結(jié)果表明：RA對OP50生長幾乎無影響，僅在處理初期3 h有輕微抑制（圖S1A）；在食物吸引實驗中，RA未導(dǎo)致線蟲回避食源（圖S1B）；在食物清除速率測試中，RA組與對照組無顯著差異（圖S1C）。這表明RA不會影響線蟲能量攝入或代謝消耗。在發(fā)育方面，RA處理60 h后，線蟲體長、體寬及體面積均與對照組無顯著差異（圖S1E–G），生殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整（圖S1H），子代數(shù)量也未變化。因此，RA的降脂作用不是通過抑制發(fā)育或攝食實現(xiàn)的，而是源于其直接調(diào)控脂代謝與炎癥通路的效應(yīng)。

迷迭香酸通過多條信號通路調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝與炎癥反應(yīng)

為揭示RA作用機制，研究進行了全轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）與qRT-PCR驗證。結(jié)果顯示，與對照組相比，RA組中共有1 525 個差異表達基因（DEGs），其中上調(diào)1 056 個，下調(diào)469 個（圖5A）。GO功能富集分析發(fā)現(xiàn)，主要涉及代謝過程、膜組分及催化活性（圖5C）。KEGG通路富集結(jié)果顯示，共155 條通路顯著變化（P < 0.05），其中與脂質(zhì)代謝及炎癥密切相關(guān)的包括：PPAR信號通路（調(diào)控脂肪酸β-氧化）、不飽和脂肪酸生物合成通路、炎癥性腸病（IBD）通路、抗原加工與呈遞通路（圖5D）、這些結(jié)果表明RA主要通過脂代謝調(diào)控與抗炎反應(yīng)通路發(fā)揮作用。

(A) 差異表達基因散點圖；(B) 差異基因重疊分析；(C) GO功能富集結(jié)果；(D) KEGG通路富集圖，標(biāo)出與脂代謝、抗炎相關(guān)的四條關(guān)鍵通路。

圖5 迷迭香酸處理后秀麗隱桿線蟲的轉(zhuǎn)錄組變化

(1) RA通過SBP-1與NHR-49雙通路調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝

qRT-PCR結(jié)果顯示，RA對脂肪酸合成關(guān)鍵基因（如pod-2、fasn-1、elo-1、let-767）影響不大，但顯著下調(diào)fat-4、fat-5，且上調(diào)fat-6、fat-7（圖6A）。這說明RA在抑制部分去飽和酶的同時，增強了不飽和脂肪酸合成能力。同時，脂解相關(guān)基因（atgl-1、hosl-1）未見顯著變化，提示其降脂作用不依賴脂解增強。在脂肪酸β-氧化方面，RA顯著上調(diào)acs-2、ech-1.1、kat-1等基因表達（圖6A），與脂肪酸分解代謝增強一致。WBM170轉(zhuǎn)基因線蟲（ACS-2::GFP）顯示RA顯著增強ACS-2熒光信號（圖6E、6F），進一步驗證了這一作用。RA還上調(diào)了tub-1表達，而該基因與kat-1協(xié)同調(diào)控β-氧化過程。綜合結(jié)果表明，RA可激活NHR-49依賴通路，促進脂肪酸氧化。另一方面，RA顯著下調(diào)脂肪生成轉(zhuǎn)錄因子SBP-1（C. elegans中相當(dāng)于哺乳動物SREBP-1c），并降低其蛋白熒光信號（圖6G、6H）。在SBP-1突變株中，RA失去了降低脂肪儲存的作用（圖6B–6D），說明其降脂主要依賴SBP-1抑制通路。綜上，RA通過下調(diào)SBP-1抑制脂肪合成、上調(diào)NHR-49促進脂肪酸β-氧化，形成雙重調(diào)節(jié)效應(yīng)。

(2) RA通過不飽和脂肪酸合成途徑實現(xiàn)抗炎作用

RA對不飽和脂肪酸合成相關(guān)基因fat-5、fat-6、fat-7的影響進一步分析表明：在fat-5突變株中，RA降低脂肪儲存的作用被完全抵消，而在fat-6、fat-7突變株中仍有效（圖6B–6D）。這說明RA的降脂主要依賴fat-5，而其抗炎效應(yīng)與fat-6、fat-7上調(diào)相關(guān)。結(jié)合轉(zhuǎn)錄組結(jié)果顯示RA富集于不飽和脂肪酸合成、IBD及抗原呈遞通路，說明其通過調(diào)節(jié)不飽和脂肪酸比例和免疫反應(yīng)，改善腸炎及代謝炎癥。

(A) 脂肪生成、脂解及脂肪酸β-氧化相關(guān)基因表達變化；(B–D) 各突變株（sbp-1、nhr-49、fat-5、fat-6、fat-7）的ORO染色結(jié)果與TG定量分析；(E–F) ACS-2::GFP熒光強度增加；(G–H) SBP-1::GFP熒光信號下降。不同字母表示差異顯著（P < 0.05）。

圖6 迷迭香酸對秀麗隱桿線蟲脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的調(diào)控

Conclusion

迷迭香酸是迷迭香等植物中重要的多酚類成分，本研究利用秀麗隱桿線蟲模型發(fā)現(xiàn)，RA能顯著緩解由銅綠假單胞菌感染引起的腸道炎癥，降低體內(nèi)脂肪積累，并改善脂肪酸組成，特別是提高不飽和脂肪酸比例。研究表明，RA不影響線蟲的發(fā)育、生殖及能量攝入，其降脂作用主要源于對脂質(zhì)代謝與炎癥通路的直接調(diào)控。RNA測序與qRT-PCR結(jié)果顯示，RA通過下調(diào)脂肪合成轉(zhuǎn)錄因子SBP-1抑制脂質(zhì)合成，同時上調(diào)NHR-49促進脂肪酸β-氧化；此外，RA還能通過NHR-49上游激活fat-6、fat-7等基因，增強不飽和脂肪酸合成與抗炎能力，從而修復(fù)腸道屏障、延長壽命并緩解炎癥反應(yīng)。總體而言，迷迭香酸通過調(diào)控SBP-1/NHR-49依賴通路，實現(xiàn)了“降脂—抗炎—護腸”的多重效應(yīng)，為其在功能性食品及代謝健康產(chǎn)品中的應(yīng)用提供了新的理論基礎(chǔ)。

Rosmarinic acid regulates lipid accumulation through lipid metabolism and anti-inflammatory

Chunxiu Lina,b,1, Zhuobin Lia,b,1, Yun Chena,b, Jingrui Luoa,b, Guo Liua,b, Chi-Tang Hoc, Yong Caoa,b, Yunjiao Chena,b,*

a Guangdong Provincial Key Laboratory of Nutraceuticals and Functional Foods, College of Food Science, South China Agricultural University, Guangzhou 510640, China

bGuangdong Laboratory for Lingnan Modern Agriculture, Guangzhou 510640, China

cDepartment of Food Science, Rutgers University, New Brunswick 08901, USA

1 These authors contributed equally to this work.

*Corresponding author.

Abstract

Obesity caused by poor eating habits has become a global public health issue and harms human health. Rosmarinic acid (RA) is a natural active substance with many biological functions like antioxidant. However, the function of RA’s lipid-lowering effect and mechanism are not entirely clear. This study aimed to explore the effect of RA on obesity and its action mechanism in Caenorhabditis elegans. RA not only alleviated intestinal inflammation and change the composition of unsaturated fatty acid, but also decreased fat storage and adjusted the size and quantity of fat droplets without threatening development and reproduction or affecting energy intake. In addition, RA improved the integrity of intestinal barrier function in C. elegans. RNA sequencing and quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction (qRT-PCR) comprehensively revealed that the lipid-lowering mechanism mediated by RA might involve lipid metabolism and anti-inflammatory pathways. Among them, RA regulates lipid metabolism by reducing fat synthesis through SBP-1 and increasing fatty acid β-oxidation via NHR-49. Furthermore, the anti-inflammatory pathway was associated with RA’s enhancement of the ratio of unsaturated fatty acid and alleviation of inflammatory reactions caused by Pseudomonas aeruginosa (PAO1). Therefore, RA regulated lipid metabolism and relieved inflammation, which had the potential for dietary supplements or functional foods.

Reference:

LIN C X, LI Z B, CHEN Y, et al. Rosmarinic acid regulates lipid accumulation through lipid metabolism and anti-inflammatory[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(5): 9250121. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250121.

文章翻譯：王小云（實習(xí)）

編輯：王佳紅；責(zé)任編輯：孫勇

封面圖片：圖蟲創(chuàng)意

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