摘要：本研究聚焦膳食氧化植物甾醇對(duì)膽固醇代謝的影響。
在追求健康飲食的當(dāng)代社會(huì)，植物甾醇作為天然活性成分備受關(guān)注。這類(lèi)結(jié)構(gòu)與膽固醇相似的植物固醇，已被證實(shí)能通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性抑制腸道膽固醇吸收發(fā)揮降膽固醇作用。然而鮮為人知的是，植物甾醇在食品加工和儲(chǔ)存過(guò)程中易發(fā)生氧化，產(chǎn)生氧化植物甾醇。這類(lèi)氧化產(chǎn)物不僅可能喪失原有功能，更可能像氧化膽固醇一樣產(chǎn)生細(xì)胞毒性、促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化等有害效應(yīng)。盡管流行病學(xué)調(diào)查顯示，日本、北美和西班牙人群每日植物甾醇攝入量分別達(dá)到370毫克、360毫克和280毫克，與膽固醇攝入量相當(dāng)，但關(guān)于氧化植物甾醇，特別是單一組分氧化植物甾醇的生物效應(yīng)研究仍存在巨大空白。
豆甾醇作為主要植物甾醇之一，因其C22-23位雙鍵的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，生物利用度顯著低于其他植物甾醇。近年研究發(fā)現(xiàn)豆甾醇具有抗炎、抗糖尿病、抗癌等多種藥理活性，使其在健康食品和藥物開(kāi)發(fā)中展現(xiàn)出應(yīng)用潛力。但與此同時(shí)，豆甾醇在高溫烹飪（如油炸、微波加熱）過(guò)程中易被氧化，而氧化豆甾醇的生物效應(yīng)機(jī)制尚未明確。明治大學(xué)農(nóng)業(yè)化學(xué)系大原唯衣和小田清一教授團(tuán)隊(duì)在《British Journal of Nutrition》發(fā)表的研究，首次系統(tǒng)比較了膳食豆甾醇與氧化豆甾醇對(duì)小鼠膽固醇代謝的差異化調(diào)控機(jī)制。
研究人員采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）對(duì)加熱制備的氧化豆甾醇進(jìn)行組分鑒定，發(fā)現(xiàn)其主要包含4β-羥基豆甾醇（5.8%）、7β-羥基豆甾醇（11.0%）、5α,6α-環(huán)氧豆甾醇（10.2%）、7-酮基豆甾醇（22.3%）等氧化物。通過(guò)設(shè)計(jì)四組等熱量飼喂實(shí)驗(yàn)：基礎(chǔ)飼料組（St）、0.25%膽固醇添加組（C）、膽固醇+0.25%豆甾醇組（S）、膽固醇+0.25%氧化豆甾醇組（OS），在14天實(shí)驗(yàn)期內(nèi)系統(tǒng)評(píng)估了各組小鼠血漿/肝臟膽固醇水平、糞便固醇排泄、肝臟膽固醇合成與分解關(guān)鍵基因表達(dá)、小腸膽固醇吸收轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)等指標(biāo)。
圖1 膳食豆甾醇與氧化豆甾醇對(duì)小鼠膽固醇吸收和代謝影響的比較研究
關(guān)鍵技術(shù)方法
研究通過(guò)硅膠柱層析純化氧化豆甾醇，利用GC-MS鑒定氧化物組分。選用ICR雄性小鼠進(jìn)行分組飼喂實(shí)驗(yàn)，采用實(shí)時(shí)定量PCR檢測(cè)肝臟（SREBP2、HMG-CR、LXRα、PXR、FXR、RXRβ、CYP7A1、CYP27A1）和小腸（NPC1L1、ABCG5/8）基因表達(dá)。通過(guò)體外模擬腸腔環(huán)境構(gòu)建混合膠束溶液，分析不同甾醇對(duì)膽固醇膠束化的影響。采用氣相色譜測(cè)定糞便中性固醇和酸性固醇含量。
生長(zhǎng)參數(shù)與膽固醇水平變化
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，雖然各組小鼠體重、攝食量無(wú)顯著差異，但膽固醇添加使肝臟重量呈增加趨勢(shì)。在膽固醇代謝方面，豆甾醇表現(xiàn)出經(jīng)典降膽固醇作用：顯著降低血漿總膽固醇（TC）水平（p<0.05），而氧化豆甾醇未產(chǎn)生此效應(yīng)。值得注意的是，兩者均能顯著降低肝臟tc水平，提示氧化豆甾醇可能通過(guò)不同于豆甾醇的途徑調(diào)控肝臟膽固醇穩(wěn)態(tài)。< div="">
糞便固醇排泄特征
在腸道排泄方面，豆甾醇與氧化豆甾醇均能增加糞便中性固醇（膽固醇+糞固醇）排泄量，但作用機(jī)制存在差異。氧化豆甾醇組糞便糞固醇水平顯著高于其他組（p<0.05），同時(shí)引起總初級(jí)膽汁酸（特別是β-鼠膽酸）排泄增加。這些現(xiàn)象提示氧化豆甾醇可能通過(guò)促進(jìn)膽固醇轉(zhuǎn)化和膽汁酸排泄途徑影響膽固醇代謝。< div="">
圖1 膳食豆甾醇與氧化豆甾醇對(duì)小鼠膽固醇吸收和代謝影響的比較研究
肝臟基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)
基因表達(dá)分析揭示關(guān)鍵差異：氧化豆甾醇顯著下調(diào)膽固醇合成關(guān)鍵調(diào)控因子SREBP2及其靶基因HMG-CR的表達(dá)（p<0.05），同時(shí)上調(diào)膽固醇分解相關(guān)核受體lxrα、pxr、fxr、rxrβ及其下游限速酶cyp7a1、cyp27a1的表達(dá)。這一調(diào)控模式與豆甾醇組形成鮮明對(duì)比，表明氧化豆甾醇可能通過(guò)激活lxrα信號(hào)通路促進(jìn)膽固醇向膽汁酸轉(zhuǎn)化。< div="">
圖2 膳食豆甾醇與氧化豆甾醇對(duì)血漿及肝臟膽固醇水平的影響
小腸吸收轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制
兩組植物甾醇均能下調(diào)小腸膽固醇吸收轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NPC1L1的mRNA表達(dá)，但調(diào)控途徑各異。豆甾醇可能直接作用于NPC1L1表達(dá)，而氧化豆甾醇則通過(guò)抑制SREBP2核轉(zhuǎn)錄因子和激活LXRα雙重途徑實(shí)現(xiàn)該調(diào)控。對(duì)于膽固醇外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABCG5/8，兩組均未產(chǎn)生顯著影響，表明植物甾醇主要作用于膽固醇吸收環(huán)節(jié)。
膠束化競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制解析
體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵機(jī)制差異：豆甾醇能有效競(jìng)爭(zhēng)性抑制膽固醇膠束化，而氧化豆甾醇反而促進(jìn)膽固醇進(jìn)入膠束。進(jìn)一步分析顯示不同氧化物組分膠束化能力存在顯著差異，7-羥基豆甾醇和5,6-環(huán)氧豆甾醇易進(jìn)入膠束，而7-酮基豆甾醇幾乎不被包裹。這種選擇性膠束化特征與前期研究中氧化物在肝臟的累積模式高度吻合。
圖2 膳食豆甾醇與氧化豆甾醇對(duì)血漿及肝臟膽固醇水平的影響
本研究首次揭示氧化豆甾醇通過(guò)三重機(jī)制調(diào)控膽固醇代謝：?jiǎn)适Ц?jìng)爭(zhēng)性抑制膽固醇吸收能力的同時(shí)，通過(guò)抑制SREBP2/HMG-CR通路減少膽固醇合成，激活LXRα介導(dǎo)的CYP7A1/CYP27A1通路促進(jìn)膽固醇分解，并經(jīng)由SREBP2/LXRα交叉對(duì)話(huà)下調(diào)NPC1L1表達(dá)影響腸道吸收。這一發(fā)現(xiàn)不僅闡明氧化植物甾醇與天然植物甾醇的作用機(jī)制差異，更提示在開(kāi)發(fā)植物甾醇功能食品時(shí)需嚴(yán)格控制加工條件以防止氧化物生成。盡管氧化豆甾醇表現(xiàn)出肝臟膽固醇降低效應(yīng)，但其潛在的細(xì)胞毒性及長(zhǎng)期效應(yīng)仍需進(jìn)一步評(píng)估，為未來(lái)功能食品安全性評(píng)價(jià)提供重要理論依據(jù)。
參考資料
[1] Comparative effects of dietary stigmasterol and oxidised stigmasterol on cholesterol absorption and metabolism in mice
摘要：本研究聚焦膳食氧化植物甾醇對(duì)膽固醇代謝的影響。
在追求健康飲食的當(dāng)代社會(huì)，植物甾醇作為天然活性成分備受關(guān)注。這類(lèi)結(jié)構(gòu)與膽固醇相似的植物固醇，已被證實(shí)能通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性抑制腸道膽固醇吸收發(fā)揮降膽固醇作用。然而鮮為人知的是，植物甾醇在食品加工和儲(chǔ)存過(guò)程中易發(fā)生氧化，產(chǎn)生氧化植物甾醇。這類(lèi)氧化產(chǎn)物不僅可能喪失原有功能，更可能像氧化膽固醇一樣產(chǎn)生細(xì)胞毒性、促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化等有害效應(yīng)。盡管流行病學(xué)調(diào)查顯示，日本、北美和西班牙人群每日植物甾醇攝入量分別達(dá)到370毫克、360毫克和280毫克，與膽固醇攝入量相當(dāng)，但關(guān)于氧化植物甾醇，特別是單一組分氧化植物甾醇的生物效應(yīng)研究仍存在巨大空白。
豆甾醇作為主要植物甾醇之一，因其C22-23位雙鍵的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，生物利用度顯著低于其他植物甾醇。近年研究發(fā)現(xiàn)豆甾醇具有抗炎、抗糖尿病、抗癌等多種藥理活性，使其在健康食品和藥物開(kāi)發(fā)中展現(xiàn)出應(yīng)用潛力。但與此同時(shí)，豆甾醇在高溫烹飪（如油炸、微波加熱）過(guò)程中易被氧化，而氧化豆甾醇的生物效應(yīng)機(jī)制尚未明確。明治大學(xué)農(nóng)業(yè)化學(xué)系大原唯衣和小田清一教授團(tuán)隊(duì)在《British Journal of Nutrition》發(fā)表的研究，首次系統(tǒng)比較了膳食豆甾醇與氧化豆甾醇對(duì)小鼠膽固醇代謝的差異化調(diào)控機(jī)制。
研究人員采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）對(duì)加熱制備的氧化豆甾醇進(jìn)行組分鑒定，發(fā)現(xiàn)其主要包含4β-羥基豆甾醇（5.8%）、7β-羥基豆甾醇（11.0%）、5α,6α-環(huán)氧豆甾醇（10.2%）、7-酮基豆甾醇（22.3%）等氧化物。通過(guò)設(shè)計(jì)四組等熱量飼喂實(shí)驗(yàn)：基礎(chǔ)飼料組（St）、0.25%膽固醇添加組（C）、膽固醇+0.25%豆甾醇組（S）、膽固醇+0.25%氧化豆甾醇組（OS），在14天實(shí)驗(yàn)期內(nèi)系統(tǒng)評(píng)估了各組小鼠血漿/肝臟膽固醇水平、糞便固醇排泄、肝臟膽固醇合成與分解關(guān)鍵基因表達(dá)、小腸膽固醇吸收轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)等指標(biāo)。
圖1 膳食豆甾醇與氧化豆甾醇對(duì)小鼠膽固醇吸收和代謝影響的比較研究
關(guān)鍵技術(shù)方法
研究通過(guò)硅膠柱層析純化氧化豆甾醇，利用GC-MS鑒定氧化物組分。選用ICR雄性小鼠進(jìn)行分組飼喂實(shí)驗(yàn)，采用實(shí)時(shí)定量PCR檢測(cè)肝臟（SREBP2、HMG-CR、LXRα、PXR、FXR、RXRβ、CYP7A1、CYP27A1）和小腸（NPC1L1、ABCG5/8）基因表達(dá)。通過(guò)體外模擬腸腔環(huán)境構(gòu)建混合膠束溶液，分析不同甾醇對(duì)膽固醇膠束化的影響。采用氣相色譜測(cè)定糞便中性固醇和酸性固醇含量。
生長(zhǎng)參數(shù)與膽固醇水平變化
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，雖然各組小鼠體重、攝食量無(wú)顯著差異，但膽固醇添加使肝臟重量呈增加趨勢(shì)。在膽固醇代謝方面，豆甾醇表現(xiàn)出經(jīng)典降膽固醇作用：顯著降低血漿總膽固醇（TC）水平（p<0.05），而氧化豆甾醇未產(chǎn)生此效應(yīng)。值得注意的是，兩者均能顯著降低肝臟tc水平，提示氧化豆甾醇可能通過(guò)不同于豆甾醇的途徑調(diào)控肝臟膽固醇穩(wěn)態(tài)。< div="">
糞便固醇排泄特征
在腸道排泄方面，豆甾醇與氧化豆甾醇均能增加糞便中性固醇（膽固醇+糞固醇）排泄量，但作用機(jī)制存在差異。氧化豆甾醇組糞便糞固醇水平顯著高于其他組（p<0.05），同時(shí)引起總初級(jí)膽汁酸（特別是β-鼠膽酸）排泄增加。這些現(xiàn)象提示氧化豆甾醇可能通過(guò)促進(jìn)膽固醇轉(zhuǎn)化和膽汁酸排泄途徑影響膽固醇代謝。< div="">
肝臟基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)
基因表達(dá)分析揭示關(guān)鍵差異：氧化豆甾醇顯著下調(diào)膽固醇合成關(guān)鍵調(diào)控因子SREBP2及其靶基因HMG-CR的表達(dá)（p<0.05），同時(shí)上調(diào)膽固醇分解相關(guān)核受體lxrα、pxr、fxr、rxrβ及其下游限速酶cyp7a1、cyp27a1的表達(dá)。這一調(diào)控模式與豆甾醇組形成鮮明對(duì)比，表明氧化豆甾醇可能通過(guò)激活lxrα信號(hào)通路促進(jìn)膽固醇向膽汁酸轉(zhuǎn)化。< div="">
圖2 膳食豆甾醇與氧化豆甾醇對(duì)血漿及肝臟膽固醇水平的影響
小腸吸收轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制
兩組植物甾醇均能下調(diào)小腸膽固醇吸收轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NPC1L1的mRNA表達(dá)，但調(diào)控途徑各異。豆甾醇可能直接作用于NPC1L1表達(dá)，而氧化豆甾醇則通過(guò)抑制SREBP2核轉(zhuǎn)錄因子和激活LXRα雙重途徑實(shí)現(xiàn)該調(diào)控。對(duì)于膽固醇外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABCG5/8，兩組均未產(chǎn)生顯著影響，表明植物甾醇主要作用于膽固醇吸收環(huán)節(jié)。
膠束化競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制解析
體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵機(jī)制差異：豆甾醇能有效競(jìng)爭(zhēng)性抑制膽固醇膠束化，而氧化豆甾醇反而促進(jìn)膽固醇進(jìn)入膠束。進(jìn)一步分析顯示不同氧化物組分膠束化能力存在顯著差異，7-羥基豆甾醇和5,6-環(huán)氧豆甾醇易進(jìn)入膠束，而7-酮基豆甾醇幾乎不被包裹。這種選擇性膠束化特征與前期研究中氧化物在肝臟的累積模式高度吻合。
圖2 膳食豆甾醇與氧化豆甾醇對(duì)血漿及肝臟膽固醇水平的影響
本研究首次揭示氧化豆甾醇通過(guò)三重機(jī)制調(diào)控膽固醇代謝：?jiǎn)适Ц?jìng)爭(zhēng)性抑制膽固醇吸收能力的同時(shí)，通過(guò)抑制SREBP2/HMG-CR通路減少膽固醇合成，激活LXRα介導(dǎo)的CYP7A1/CYP27A1通路促進(jìn)膽固醇分解，并經(jīng)由SREBP2/LXRα交叉對(duì)話(huà)下調(diào)NPC1L1表達(dá)影響腸道吸收。這一發(fā)現(xiàn)不僅闡明氧化植物甾醇與天然植物甾醇的作用機(jī)制差異，更提示在開(kāi)發(fā)植物甾醇功能食品時(shí)需嚴(yán)格控制加工條件以防止氧化物生成。盡管氧化豆甾醇表現(xiàn)出肝臟膽固醇降低效應(yīng)，但其潛在的細(xì)胞毒性及長(zhǎng)期效應(yīng)仍需進(jìn)一步評(píng)估，為未來(lái)功能食品安全性評(píng)價(jià)提供重要理論依據(jù)。
參考資料
[1] Comparative effects of dietary stigmasterol and oxidised stigmasterol on cholesterol absorption and metabolism in mice
