Ecotox Environ Safe：刘翠清团队揭示山楂黄酮可改善环境细颗粒物诱导的小鼠胰岛素抵抗和脂质代谢异常

小鼠暴露于环境细颗粒物（PM_2.5）会降低葡萄糖耐量和胰岛素敏感性。

小鼠暴露于PM_2.5会导致血清中的甘油三酯（TAG）升高，而肝脏中的TAG水平降低，伴随着肝脏中脂肪酸摄取、脂肪生成的抑制。

山楂总黄酮（HF）给药通过增加脂肪酸摄入和减少脂质输出来平衡肝脏TAG水平，从而减轻PM_2.5暴露小鼠的全身胰岛素抵抗（IR）和高血脂。

  研究背景：

最近的流行病学研究和动物实验表明，环境细颗粒物（PM_2.5）暴露与糖尿病风险之间存在很强的关联，包括糖代谢功能障碍、全身胰岛素抵抗（IR）和异常脂质积聚。脂质代谢酶的表达失调，如脂肪生成、脂肪分解和脂肪酸氧化，是PM_2.5诱导的脂质代谢紊乱的分子基础。

山楂中生物活性物质的最新发现揭示了山楂的抗炎和抗糖尿病作用。山楂总黄酮（HF）是山楂中的主要活性物质，具有多种药理活性，包括降压、抗高脂血症、抗高血糖和免疫调节作用。该研究团队之前的研究表明，炎症与PM_2.5诱导的IR有关，提示抗炎是对抗PM_2.5暴露导致的代谢危害的一种策略。然而，具有免疫调节功效的HF是否能减弱PM_2.5引起的IR和脂质代谢紊乱仍有待探究。

研究人员将雌性C57BL/6N小鼠随机分为过滤空气暴露（FA）组、浓缩PM_2.5暴露（PM）组、低剂量HF饮食（LHF）组和高剂量HF饮食（HHF）组，暴露PM_2.5 8周并每隔4周进行葡萄糖耐量试验（GTT）和胰岛素耐量试验（ITT）。

实验设计示意图

研究人员使用UPLC-Q-TOF/MS分析了血清的HF主要成分和代谢物，发现血清中HF的主要化学活性成分包括异阿魏酸、7-O-α-L-鼠李糖-3-O-β-D-葡萄糖山奈酚、芦丁、槲皮素-3-O--β-D-达鲁托苷、绿原酸和金丝桃苷，这些成分与之前的研究一致。

在PM_2.5暴露4周和8周结束时，进行GTT检测葡萄糖耐量。与FA组相比，PM组血糖水平在葡萄糖注射30分钟后显著升高，这一现象被LHF和HHF所阻断。此外，进行ITT检测胰岛素敏感性。PM组小鼠注射胰岛素60分钟后血糖水平显著高于FA组，HHF则显著降低了注射胰岛素30分钟和/或60分钟后的血糖水平，出现胰岛素敏感性显著增强。与此相一致，吸入PM_2.5导致小鼠空腹血糖和HOMA-IR评分显著增加，被LHF、HHF不同程度阻断。尽管PM_2.5暴露引起循环胰岛素水平增加未出现显著差异， HHF处理的确显著降低了PM_2.5暴露小鼠的胰岛素水平。

HF的使用改善了PM_2.5引起的IR

为了观察PM_2.5对脂质代谢的影响，研究人员进一步从血清和肝脏中提取脂质进行脂质组学分析。与FA组小鼠相比，PM_2.5暴露升高了血清TAG，但降低了肝脏TAG水平。有趣的是，LHF干预有效防止了PM_2.5暴露引起的血清TAG增加和肝脏TAG减少。

研究人员随后对FA、PM和LHF组的肝脏和血清样本进行高覆盖率定量脂质组分析。血清样本共分析了381种脂质，分布于27个亚类。主成分分析（PCA）显示PM组和FA组之间存在明显的分离，而LHF脂质分布更接近FA。与FA小鼠相比，PM暴露小鼠血清中的大多数（101/183）TAG物质种类显著高于FA小鼠。LHF给药则显著减少了123种血清TAG中的70种，其中63种与PM_2.5诱导升高的TAG种类相一致。

在肝脏样本中，共有来自28个亚类的513种脂质被量化。PCA显示PM、FA和LHF组之间明显分离。与FA组相比，PM_2.5暴露小鼠肝脏的183种TAG中52种显著减少。然而，LHF给药仅引起8种TAG显著增加，其中6种与PM_2.5暴露减少的TAG种类相一致。这些观察结果表明，HF干预可以改善PM_2.5诱导的TAG失调。

HF给药可防止PM_2.5暴露引起的血清TAG增加和肝脏减少

为了评估PM_2.5暴露对肝脏脂质代谢的影响，研究人员检测了肝脏脂肪生成的相关限速酶。发现与FA组相比，PM_2.5暴露显著抑制了Acc1和Fas的转录水平。ATGL、HSL和LPL参与脂肪分解，催化从TAG到FFA的过程。在PM_2.5暴露的小鼠中，Atgl和Hsl的基因表达水平均受到显著抑制。LHF和HHF处理组中Acc1和Fas的转录水平保持在较低水平，而LHF组中Acc2水平显著低于FA组。同样，任一剂量的HF给药都未能改变PM_2.5抑制的Atgl和Hsl基因表达。

研究人员还对脂肪生成和分解的关键限速酶进行蛋白水平验证。与mRNA水平的变化相一致， PM_2.5暴露小鼠肝脏组织的两种脂肪合成酶表达（p-ACC1的Ser79位点磷酸化和FAS）均降低。然而，脂解酶HSL在Ser660位点（非Ser565或Ser563）的磷酸化和ATGL的表达水平均因PM_2.5暴露而增加，并且HF给药并未引起上述指标发生进一步改变。进一步发现，与FA组相比，PM_2.5暴露增加了AMPKα在Thr172位点的磷酸化水平，提示该酶活性增加。

PM_2.5通过抑制肝脏TAG合成和增加脂肪分解来降低肝脏TAG水平

脂肪酸摄取在调节肝脏TAG积累和血浆TAG水平中起着至关重要的作用。脂肪酸转运蛋白（FATPs）和脂肪酸结合蛋白（FABP）是调节肝脏中FFA摄取的关键分子。研究人员发现，与FA小鼠相比，暴露于PM_2.5的小鼠肝脏中Fabp1和Fabp5的转录水平受到显著抑制。HHF干预阻断了PM_2.5暴露引起的Fabp1表达降低，而对Fabp5表达未产生影响。进一步在蛋白水平进行验证，与FA小鼠相比，PM_2.5显著抑制了肝脏中的FABP1表达。脂质可通过MTP转移到ApoB，在肝脏脂质输出中起着重要作用。与FA小鼠相比，PM_2.5暴露使MTP和肝脏ApoB的蛋白质水平均升高。这一结果被免疫荧光染色所证实，且与血清ApoB的升高相一致。上述改变被HF干预所阻断。

上述结果表明，PM_2.5暴露可能会抑制脂肪酸摄取、脂肪生成，并增强肝脏脂肪分解和脂质输出，导致肝脏TAG水平降低。相反，HF给药可能通过增加脂肪酸摄入和减少脂质输出对肝脏TAG水平降低起到调控和平衡作用。

HF给药通过增加脂肪酸摄入和减少脂质输出，恢复了PM_2.5导致的肝脏TAG水平降低

综上所述，该研究证明环境PM_2.5暴露会导致C57BL/6N小鼠代谢紊乱。HF给药能够通过调控葡萄糖耐量和胰岛素敏感性以及增强肝脏脂肪酸摄取和脂质输出从而对PM_2.5引起的代谢紊乱起到改善作用。这项研究表明，补充HF可能是预防PM_2.5暴露导致代谢紊乱的潜在策略。

山楂总黄酮改善PM_2.5诱导的IR和小鼠脂质代谢异常的示意图