《细胞》:不要扔橘子渣 很有营养!对肠道细菌的研究表明 橙纤维中含有N-甲基-5-羟色胺 可能增强肠道蠕动 改善肥胖

很多科普文章都会劝大家,就算是鲜榨果汁也没那么健康,还不如直接吃,免得错过很多膳食纤维。而榨汁过程中扔掉的“废料”包括果皮、种子、不溶性膳食纤维等有益物质的含量可能会超出我们的想象。

近日,肠道微生物学领域的大牛Jeffrey I Gordon教授团队在《细胞》期刊上发表了一项新的研究成果[1]。

他们发现榨橙汁后留下的橙色纤维副产品中有一种有益物质,叫做N-甲基-5-羟色胺。在小鼠中,它在增强肠道蠕动、改善肥胖、增加肝糖原生成、改变肝脏和结肠中调节昼夜节律的基因表达方面发挥作用。研究人员还发现了一组特定的肠道微生物,它们是唯一能够从橙色纤维中“消化”N-甲基-5-羟色胺的微生物。在人类中,还发现橙色纤维和粪便中的N-甲基-5-羟色胺之间存在剂量依赖性关系。

《细胞》:不要扔橘子渣 很有营养!对肠道细菌的研究表明 橙纤维中含有N-甲基-5-羟色胺 可能增强肠道蠕动 改善肥胖

研究人员购买了食品级橙色纤维,这是榨汁的副产品。这些橙色纤维只经过洗涤、加热、脱水和剪切,没有使用任何化学物质进行处理或提取。他们准备了四年的无菌小鼠,其中两组分别定植了14种已经测序的人类肠道微生物,并喂食相同的小鼠食物,其中一组含有10%的橙色纤维,另外两组以相同的方式喂食,但保持无菌状态21天。

与其他三组相比,饮食中有定植菌群和橙纤维的小鼠肠道中的物质含量至少增加了三倍,其中有一种物质只在有细菌和橙纤维的小鼠中高丰度存在,这种物质就是N-甲基-5-羟色胺。之前已经在一些植物中发现了N-甲基-5-羟色胺,包括黑升麻、日本胡椒和柑橘类水果[2-4]。

在133种不同的可食用植物产品(包括玉米、小麦、大米等主食,以及常见的果蔬)中,仅在3种中检出N-甲基-5-羟色胺,且均来自花椒。花椒与柑橘有亲缘关系,属于芸香科,但在各种辣椒、甜椒(茄科)、普通黑胡椒(胡椒科)中均未检出。

最后,他们在市场上的23种橙色纤维中进行了另一项测试。虽然N-甲基-5-羟色胺的含量明显不同,但在每一种中都可以检测到。含量的差异可能与橘皮纤维的生产和处理方法有关。这表明N-甲基-5-羟色胺主要存在于柑橘纤维中。

尽管N-甲基-5-羟色胺是5-羟色胺的衍生物,但其对宿主的作用尚未研究。

研究人员在两组无菌小鼠的饮用水中分别加入1毫克/千克/天和50毫克/千克/天的N-甲基-5-羟色胺。饮用21天后,与不添加N-甲基-5-羟色胺的对照组相比,两个干预组小鼠的体重增长明显下降,高剂量组的附睾脂肪也明显减少。不仅如此,高剂量小鼠的肝糖原合成显著增加,但其前体和代谢中间体肝脏葡萄糖-6-磷酸的水平显著下降。

与对照组相比,高剂量组小鼠肝脏中有716个基因表达,其中与昼夜节律和脂肪酸代谢相关的通路最为显著,Arntl和Clock的表达降低,均与糖异生和脂肪生成的抑制有关[5,6],而Per2、Per3和Nr1d2的表达增加, 并且Per2和Per3与促进糖原合成和抑制脂肪生成有关[7,8],Nr1d2是NFIL-3的抑制剂,肠上皮细胞中NFIL-3的表达具有受肠道微生物调节的昼夜节律。 随着上皮脂质的吸收和消化,NFIL-3的缺乏可以减少高脂肪饮食喂养的小鼠的肥胖[9]。

748个基因的表达不仅在小鼠的肝脏中存在显著差异,在小鼠的结肠中也存在显著差异,包括上面提到的昼夜节律基因。肠内昼夜节律相关基因的表达可以协调结肠蠕动[10]。因此,干预组小鼠的肠道通过时间明显短于对照组(P & lt0.0001).

既然N-甲基-5-羟色胺是一种来源于橙纤维的有益物质,那么我们就可以想办法用肠道微生物来“消化”它。通过不同成分培养基的体外培养,研究人员鉴定出四种能够消化N-甲基-5-羟色胺的肠道微生物,分别是输卵管拟杆菌、副拟杆菌、芬内拟杆菌和柯林斯产气杆菌。

将这四种细菌组合后,将14种细菌和另外10种细菌的完全组合种植在三组无菌小鼠中,四组小鼠的N-甲基-5-羟色胺水平与14组相当,显著高于10组(p=0.002),体重增加和附睾脂肪显著减少(分别为P=0.007和0.001),肠道通过时间显著减少(P=0.001)

最后,为了证实他们的发现在人类中的可转移性,研究人员分析了10周开放标记队列研究(密苏里州青少年女性双胞胎研究,MOAFTS)参与者的粪便样本。

队列中的参与者被分成两组,分别服用橙色纤维零食和豆类纤维零食(不包括

N-甲基-5羟色胺),从研究第3周开始每天吃一份,第四周增加到两份,第五周增加到三份,此时的摄入量约为25-30克/天,持续4周。

 

橙子纤维组中98%的参与者粪便样本中都检测到了N-甲基-5羟色胺,且水平与每天的橙子纤维零食摄入量显著相关(r=0.72,p<0.0001),而豆类纤维组中,即使是第五周摄入量最大的时候,仍有87%的参与者粪便样本中检测不到N-甲基-5羟色胺。

 

研究人员还发现,第5周末时的N-甲基-5羟色胺水平与卵形拟杆菌或任何粪便菌群的相对丰度均无显著相关性,而是与碳水化合物活性酶(CAZyme)显著相关,正相关性最强的为PL9(鼠李半乳糖醛酸裂解酶),其次为β-葡聚糖/纤维素酶,其余有相关性的还包括具有同型半乳糖醛酸聚糖/鼠李半乳糖醛酸加工功能或靶向果胶成分的酶。

 

也就是说,在人类中,摄入橙子纤维也能够产生N-甲基-5羟色胺,其水平与摄入量和肠道菌群消化果胶聚糖的酶的基因水平呈正相关。

 

综上所述,Jeffrey I Gordon教授团队在本次的研究中为我们揭示了一种存在于橙子纤维中,可以被肠道微生物“挖掘”出来的有益物质,N-甲基-5羟色胺,具有潜在的减少肥胖和脂肪量、改善肠道蠕动,调节昼夜节律基因表达的作用。

 

据Gordon教授介绍,2020年,全球生产了约1.4亿吨柑橘类水果,而工厂在生产果汁时,纤维副产物占到几乎一半重量,这些副产物如果能够在微生物的作用下得到二次利用,既有益于环境,也能够促进人类健康,而且不同的纤维具有不同的丰富的生物分子库,这其中的潜力是巨大的。

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