发表期刊：SciencesAdvances
影响因子：13.
发表时间：年3月21日
关键技术：蛋白组、16srDNA、转录组、代谢组、RT-PCR
研究背景
众所周知，经常食用油炸食品、烘焙食品、烧烤等热加工食品对人体健康有害。近期的研究也发现，热加工食品消费的增加与慢性肾病（CKD）和糖尿病等微血管病的增加是相吻合的，且CKD几乎影响了近14%的普通人群。后期糖化终产物（AGEs）越来越被认为是加工食品中的引起慢性病风险的基础成分。AGEs在食品加热处理过程中以增强其风味和香气时，由氨基酸和还原糖的混合物产生，大多数热处理饮食中的AGEs逃避消化和吸收，通过胃肠道进入结肠，作为肠道微生物代谢的底物。然而，长期食用热加工食品会多大程度上影响肠道通透性并造成微血管疾病尚不清楚，且与疾病发生发展机制亦不清晰。墨尔本莫纳什大学MatthewSnelson团队利用多组学联合分析，揭示了食用热加工食品促进肠道屏障通透性和造成微血管疾病的机制。
实验分组
实验一：CON（正常饮食组）、HT（热处理饮食组）、HT+ALA（热处理饮食+AGE抑制剂组）；
实验二：CON（正常饮食组）、HT（热处理饮食组）、HT+PMX53（热加处理饮食+C5aR1抑制剂组）；
实验三：WT（野生型对照组）、C3aR-/-（缺乏C3a受体组）
实验四：
主要结果
1、热处理饮食诱导CKD，从蛋白组学层面揭示其与先天性免疫补体激活的关系
为研究热处理饮食是否引发慢性肾病，用热处理饮食和正常饮食分别饲喂大鼠，结果发现：热处理饮食组，大鼠肾脏受损，且表现出肾小管间质纤维化等与CKD一致的体征；AGE抑制剂ALA药物治疗实验证明，热处理食物中AGE成分与长期喂食热处理饮食所观察到的肾脏损伤密切有关。
为更好地了解热处理饮食引起肾病的机制，通过蛋白组学研究发现，在热处理饮食组大鼠血清中存在一种补体蛋白C3，是先天性免疫补体系统的一部分（先天性免疫补体系统在入侵病原体或组织损伤时被激活）。热处理饮食组大鼠尿液中也发现C3a、C5a以及受体C5aR1含量升高，表明补体系统被激活。设立两组独立验证实验，研究补体蛋白C3和C5是否是热处理饮食诱导肾损伤必需的：（1）缺乏C3a受体（C3aR-/-）大鼠饮食热处理饲料和正常饲料（2）正常大鼠饮食添加C5aR1抑制剂PMX53的热处理饲料。分别研究肾脏的健康状况发现，阻断C5a可防止热处理饮食对肾脏的损伤，而缺乏C3a受体只能起到很小的保护作用。
因此，长期食用热处理食品可导致肾脏损伤、肾脏纤维化增加和补体途径激活，起主要做作用的是食品中的AGE成分，而补体C5途径在热处理饮食诱导的肾功能障碍的发展中起着关键作用。
图1不同处理饮食对肾脏健康的影响
图2阻断C5a受体和C3a受体对肾脏健康的影响
2、热处理饮食对肠道菌群及肠道屏障通透性的影响
饮食是肠道微生物多样性和丰度的关键决定因素。为了研究热处理饮食对肠道微生物群的影响，对小鼠肠道内容物中进行16s测序，结果α-多样性没有差异，细菌丰度存在显著差异。检测血清中LPS水平及肠上皮紧密连接蛋白（occludin、claudin-1和claudin-5等）水平，发现热处理饮食组中各水平均显著升高，结果表明肠道通透性受到热处理饮食的影响，通透性增强。
为了进一步探讨热加工饮食对肠上皮屏障和微血管疾病风险的影响，研究了易患CKD的模型，即自发性糖尿病瘦素受体缺陷（Leprdb/db）小鼠。结果发现，热处理饮食条件下，Leprdb/db小鼠较非糖尿病Leprdb/m小鼠，更容易造成肾脏损伤和肠道通透性增强的情况，表明热处理饮食可以驱动肠道屏障功能障碍和微血管疾病的风险，且糖尿病患者更甚。在热处理饮食中添加高抗性淀粉，发现逆转了热处理饮食喂养的Leprdb/db小鼠的肾脏损伤和肠道屏障功能障碍。
通过对肠道菌群和肠道屏障通透性的分析进一步说明，热处理饮食可造成肠道屏障通透性受损及肠道共生菌群再分配，且高抗性淀粉可有效缓解热处理饮食对肠道的损伤。
图3热处理饮食对肠道屏障通透性和肠道菌群的影响
3、热处理饮食糖尿病小鼠肾脏的转录组学分析结果
为了从机制上深入了解热处理饮食在糖尿病环境下引起的肾损伤，对正常饮食和热处理饮食的Leprdb/db小鼠肾脏进行转录组学研究。热处理饮食组与正常饮食组及添加高抗性淀粉的热处理饮食组基因表达量存在明显差异，且添加抗性淀粉可逆转小鼠在热处理饮食中观察到的基因变化。通路分析显示，热处理饲料可上调Leprdb/db小鼠的多种免疫信号通路，抗性淀粉可下调Leprdb/db小鼠的免疫信号通路。基因集富集分析（GSEA分析），热处理饮食组TNF-α通过NF-κB上调信号表达，抗性淀粉TNF-α通过NF-κB下调信号表达，热处理饮食喂养时补体级联相关基因的上调。Leprdb/db小鼠尿液中补体C5a水平显著升高，且明显受到添加抗性淀粉的抑制。
因此，在糖尿病情况下，热处理饮食可上调包括补体在内的局部肾脏炎症途径，而补体可以通过补充高抗性淀粉来减弱，从而抑制热处理饮食对肾脏的损伤。
图4热处理饮食对糖尿病小鼠肾脏影响的转录组学分析
4、热处理饮食糖尿病小鼠的盲肠代谢组学分析结果
为研究是否存在引起肠道炎症和损伤的有害代谢物，对盲肠内热处理饮食条件下肠道微生物产生的代谢物进行检测，结果发现，热处理饮食组与其他两组明显区分，对照组和抗性淀粉组接近；热处理饮食组中代谢物的增加与苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸途径有关，当抗性淀粉添加到热处理饮食中时，通过这些途径的代谢通量被抑制。说明热处理饮食明显影响盲肠中代谢物变化，抗性淀粉可以逆转热处理饮食对盲肠代谢物的影响。
通过对苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸通路上的代谢物与肠道微生物作相关性分析，结果得出，这些代谢物与厚壁菌门之间呈正相关，与拟杆菌呈负相关。
图5热处理饮食对糖尿病小鼠盲肠代谢组学分析
5、验证细菌代谢物能否直接促进补体活化
为了确定细菌代谢物是否能直接促进补体活化，采用Caco-2人大肠腺癌上皮细胞系（ATCC，HTB-37）进行细胞培养实验，Caco-2细胞暴露于两种关键的代谢物：酪胺（Tyr）和3-羟基苯乙酸（3-HPA）。结果发现，Caco-2细胞与Tyr和3-HPA孵育可上调C3和C5的表达，表明细菌代谢物可激活补体，并可能提供热处理饮食中AGE与补体介导的肾损伤之间的联系。
图6体外培养细胞中补体含量测定结果
研究结论
1、热处理食品中富含高含量AGE，AGE成分是微血管疾病风险的媒介；
2、长期食用热处理食品，是通过改变肠道共生菌分布影响其代谢物分泌从而激活先天补体系统中C3和C5，并产生C3a和C5a，而C5a主要与肾脏上的受体C5aR1结合以诱导炎症和纤维化，最终造成肾脏损伤；
3、在糖尿病小鼠模型中，高抗性淀粉饮食导致肠道共生体的重新分布，防止肠道屏障功能受损，并通过抑制补体减少肾损伤的严重程度。
综上，这项研究提供了热处理食品在炎症和慢性病风险中的作用的机制性见解，同时也提供了一种减轻长期食用热处理食品造成身体损害的实用方法，即在食品中添加高纤维、高抗性淀粉类物质。
参考文献
[1]SnelsonM,TanSM,ClarkeRE,etal.Processedfoodsdriveintestinalbarrierpermeabilityandmicrovasculardiseases[J].ScienceAdvances,,7(14):eabe.
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