Nature子刊：喝ta3个月，就能改善肝脏代谢，降低糖尿病风险！即使肥胖也能受益！

2型糖尿病（T2D）的发病率正在上升到流行病的程度，全球数字达到超过4.63亿人。不良的饮食和生活习惯与T2D的发展有关，了解单个食物组的贡献与公共卫生相关。乳制品已被建议降低T2D风险。在乳制品中，酸奶受到特别关注，因为越来越多的前瞻性研究表明，酸奶摄入量与减少体重增加，减少非酒精性脂肪性肝病（NAFLD），并降低 T2D 发病率有关。前瞻性队列研究的荟萃分析指出，酸奶消费与T2D呈负相关。此外，最近的一项人类干预研究表明，食用24周的酸奶（220克/天）可改善胰岛素抵抗，并减少患有NAFLD的肥胖女性的肝脏脂肪。然而，酸奶消费有益影响背后的生理和分子机制仍然未知。

因此，本研究旨在确定酸奶摄入对肥胖相关T2D小鼠模型中全身和组织特异性胰岛素抵抗发展的影响，并确定肠道微生物群和肝脏代谢途径的潜在作用。

1.喝酸奶可以保持血糖稳态和胰岛素敏感性

喂食小鼠高脂肪高蔗糖（H）饮食处于肥胖状态，随后将小鼠分为三组，前两组分别进行了12周和15周饮食后酸奶（Y）治疗，测量了酸奶治疗对体重、肝脏代谢以及葡萄糖稳态和胰岛素抵抗指数的总体影响。第三组喂食酸奶12周，测量了酸奶治疗对全身、肝脏和外周胰岛素敏感性的影响。每天喂食相当于两份的酸奶，替代了每日能量摄入的7.6%。

正如预期，与低脂低蔗糖对照饮食（C）相比，12周的H饮食喂养诱导肥胖（图1a）。在第1组研究（从第6周到第9周）中，酸奶治疗略微和短暂地减少了H喂养动物的体重增加（图1a）。对三项研究的汇总分析显示，在酸奶治疗12周后，H喂养动物的体重小幅下降了2.9%（图1b）。有趣的是，在三组单独研究中，酸奶处理组的能量摄入显着降低（P <0.05）（图1c），正如合并分析所揭示的那样（图1d）。虽然总相对脂肪量没有受到饮食酸奶处理的影响，与H小鼠相比，y喂养动物的腹股沟脂肪组织重量(iWAT)更低。在研究1中，酸奶处理显著增加了相对瘦肉质量。

接下来测量了酸奶治疗对肥胖相关代谢表型的影响。对这三组研究的汇总分析表明，经HOMA-IR计算得出的空腹血糖、空腹胰岛素血症和胰岛素抵抗在y喂养小鼠治疗12周后较低(图1e-g)。在研究1结束时进行口服葡萄糖耐量试验（oGTT），结果显示，与H喂养的小鼠相比，Y处理的小鼠表现出相似的葡萄糖偏移，但葡萄糖刺激的胰岛素反应（GSIS）更低，进一步表明酸奶处理后胰岛素敏感性更高(图1h，i)。还观察到oGTT期间C肽水平的数值降低（图1j），表明GSIS降低可能与β细胞胰岛素分泌减少有关。在对H喂养小鼠进行15周的治疗后，酸奶治疗也适度但不显着地显示出更好的空腹胰岛素，HOMA-IR和GSIS，这表明可能需要更大的样本量而不是更长的治疗时间才能检测到显着的效果。因此，在研究3中将动物数量从24只增加到36只，能够检测到酸奶对空腹血糖和胰岛素血症的显着影响。在后一组小鼠中进行了示踪剂偶联HIEC研究，以彻底检查全身胰岛素敏感性，并确定酸奶处理的H喂养小鼠中更好的胰岛素作用的潜在位点。结果证实，与c喂养的小鼠相比，h喂养的小鼠在胰岛素输注期间全身葡萄糖输注率(GIR)显著下降，表明h喂养的小鼠对胰岛素具有极强的抵抗性(图1k)。这与肝葡萄糖产生（Ra）的胰岛素抑制降低和缺乏胰岛素诱导的葡萄糖处理（Rd）有关（图1l，m）。酸奶处理显着阻止了H喂养小鼠的胰岛素抵抗，如Y组较高的GIR值（p <0.05）所示，这与胰岛素抑制肝葡萄糖产生（Ra）（p = 0.06）的趋势相关（图1l）。尽管酸奶处理的H喂养小鼠与H喂养的小鼠相比没有显示出更高的Rd值，但值得注意的是，与基础Rd值相比，酸奶处理显着保留了胰岛素反应（图1m）。

2.喝酸奶可以预防肝脏脂肪变性和功能障碍

在研究1中，通过显著降低肝脏相对重量和肝脏甘油三酯水平，12周的酸奶治疗可防止H喂养诱导的肝脂肪变性（图2a，b），这从肝脏的组织学检查中也很明显（图2c）。肝脏切片的定性组织病理学分析显示，与未经治疗的H喂养小鼠相比，酸奶处理的动物显示出普遍更健康的肝脏表型，这通过肝脂肪变性等级降低（特别是2级和3级）以及诊断和纤维化分级所揭示（图2d-f）。

接下来探索了参与脂肪酸摄取，从头脂肪生成和脂肪酸氧化的基因的肝脏表达。我们发现，在研究1中用酸奶处理的小鼠肝脏显示，Scd1编码参与从饱和脂肪酸和甘油三酯合成单不饱和脂肪酸的限速酶的Scd1表达较低（图2g），以及参与线粒体和过氧化物异构体脂肪酸β氧化的MCAD（Acadm）和ACOX1（Acox1）基因的表达降低（图2g）。酸奶处理也倾向于显示CD36（Cd36，p = 0.07）和ACCα（ACACA，p = 0.07）基因表达（图2g）的降低。多重分析进一步表明，酸奶摄入会减弱肝脏炎症，如酸奶处理的H喂养动物肝脏中几种趋化因子和细胞因子的小幅但持续减少所显示的那样，尽管这些影响未能达到统计学意义。这些发现表明酸奶摄入对葡萄糖稳态和胰岛素抵抗的有益作用与H喂养小鼠更健康的肝脏代谢有关。

3.肠道菌群在酸奶摄入有益效果中的作用

接下来探讨了酸奶摄入的代谢效应是否与肠道微生物群的变化有关。H喂养小鼠的酸奶处理与研究之间α多样性的不一致变化有关（图3a）。膳食酸奶处理也与研究1中H喂养小鼠β多样性的变化有关（图3b）。在属水平上的DESeq log 2倍变化分析显示，与未经处理的H喂养对照组相比，所有研究的小鼠粪便微生物群中，酸奶处理导致链球菌的富集和一种未知的Peptostreptococcaceae属相对丰度的缺失(图3c)。

为了探索肠道微生物群在H喂养小鼠酸奶治疗的有益作用中的作用，接下来进行了粪便微生物群移植（FMT）研究，其中无菌（GF）小鼠接种了从研究1中H喂养或Y处理的动物中回收的粪便浆液，并喂养了H饮食，命名为H1-T和Y1-T小鼠。与来自H喂养供体的FMT提交到FMT的对照相比，来自酸奶处理小鼠的微生物群的FMT再现了在食用酸奶的动物中观察到的健康代谢表型，这通过较低的空腹胰岛素血症和HOMA-IR值（p <0.05）（图3e）以及oGTT期间GSIS降低（图3f，g）显示。然而，在肝脏重量上没有观察到差异，而在肝脏甘油三酯水平上观察到数值但不显着的降低（图3h，i）。总之，这些研究与酸奶处理小鼠的肠道微生物组成和功能变化对胰岛素敏感性的影响是一致的。

4.代谢组学鉴定BCHA是常见的肝脏和酸奶代谢物

由于在研究1中，12周的酸奶治疗可预防肝脏脂肪变性，接下来检测了肝脏代谢组，以探索酸奶对肝脏代谢的保护作用的潜在机制。

进行了靶向脂质组学（CLP平台）分析，以量化11种脂类。在CLP平台检测的999种肝脏脂质物种中，C喂养的瘦小鼠和H喂养的肥胖小鼠之间有712种差异丰富，其中有20种也受到酸奶处理的差异调节（q值≤0.05）（补充数据2）。然而，在比较冻干酸奶和牛奶的脂质组特征时，这些肝脂质在酸奶发酵时都没有富集或耗尽，这表明酸奶的有益作用与另一类代谢物有关。接下来进行的非靶向代谢组学（HD4平台）分析显示，与瘦C喂养小鼠相比，在肥胖H喂养小鼠肝脏中发现的563种代谢物中有227种含量显著不同（q值≤0.05）。在这一组中，H组和Y喂养组之间没有可检测到的代谢物显着差异（q值≤0.05），但降低统计阈值（p值≤0.05）能够鉴定出总共35种代谢物，与H喂养的对照组相比，酸奶处理的H喂养小鼠的肝脏中含量不同。因此将这组代谢物与酸奶和奶制品之间显着不同的代谢物进行了比较，并发现与牛奶相比，酸奶中的六种代谢物增加，并且在酸奶处理的H喂养小鼠的肝脏中过度代表：N-乙酰甘氨酸，鸟氨酸，N-乙酰丝氨酸，α-羟基异己酸酯（HICA），2-羟基-3-甲基戊酸酯（HMVA）和α-羟基异戊酸酯（HIVA）。最后三种代谢物（HICA，HMVA和HIVA）是BCHA，特别值得关注的是，因为与H喂养的肥胖小鼠相比，它们在酸奶处理小鼠和瘦C喂养的对照组的肝脏中升高（图4a）。它们在酸奶产品中的浓度也显着增加（分别为96倍，119倍和257倍）（图4b）。

5.发酵产生的BCHA水平与酸奶摄入的代谢益处相关

使用核磁共振（NMR）来量化BCHA水平。这证实了三种BCHA在酸奶产品中大量存在，而在牛奶中含量却低于检测限(HICA和HIVA分别为1.2µM和2.5µM, HMVA为2.5µM)(图4c)。与HMVA相比，HICA和HIVA的比例过高，导致HICA: HMVA: HIVA的比例为1:0.5:1。

为了确认BCHA是在牛奶发酵过程中产生的，还对几种乳制品中的BCHA进行了量化(图4d)。值得注意的是，无法在未发酵的牛奶中检测到它们，但在所有经测试的商业发酵产品中都发现了不同浓度的BCHA。

为了探索BCHA在酸奶处理的预防作用中的生物学作用，接下来将其肝脏丰度与相关代谢参数相关联（研究1和2）。在研究1中发现BCHA肝脏水平与空腹血糖（HICA r² = 0.237，p = 0.035;HMVA r² = 0.370， p = 0.016;HIVA r² = 0.327，p = 0.016），以及肝脏甘油三酯含量（HICA r² = 0.210，p = 0.042;HMVA r² = 0.485， p = 0.002;HIVA r² = 0.451;p = 0.002） 呈负相关（图 4e）。有趣的是，HICA，HMVA和HIVA属于支链氨基酸（BCAA）的代谢（图4f），因为它们分别来自亮氨酸，异亮氨酸和缬氨酸。BCAA代谢受损与胰岛素抵抗有关，有报道称BCAA代谢特征可预测胰岛素抵抗和T2D风险，但BCHA衍生物的潜在代谢作用仍不清楚。因此，通过靶向LC-MS / MS直接测量了食用酸奶12周的小鼠血浆、肝脏和肌肉组织中BCHA的水平(研究1)。BCHA的平均血浆水平范围在0.19至3.86μM之间（与人类范围一致），平均肝脏含量在0.02 - 0.70 ng/mg之间，肌肉组织含量在0.04-0.57 ng/mg之间，HIVA水平大约比HMVA和HICA高一个数量级(图4 - i)。重要的是，数据进一步表明，与C喂养的瘦对照组相比，H喂养的肥胖小鼠的血浆和肝脏中HICA，HMVA和HIVA水平均有所下降（且在肌肉中的程度较小）。值得注意的是，H喂养小鼠的酸奶处理部分阻止了H喂养小鼠血浆和肝脏中BCHA的损失（图4g，h），且在骨骼肌中观察到HIVA和HMVA的类似趋势（图4i）。在酸奶处理的小鼠中，HIVA水平比HICA增加得更多，尽管它们在酸奶产品中的水平相似，并且HMVA在这些动物中也明显增强，尽管仅占酸奶产品中发现的BCHA的约20%，这表明这些代谢物的全身和组织水平不仅反映了它们的营养暴露，而且还可能与一些BCHA类型特异性的吸收和/或代谢有关（图4c， g–i）。这些定量LC-MS / MS结果证实了肝脏代谢组数据，并进一步证明饮食诱导的肥胖会导致BCAA代谢失调，特异性地导致BCHA在循环和代谢组织中产生的损失，而这一缺陷可以通过食用酸奶部分地避免。

6.BCHA是肝脏和肌肉葡萄糖代谢的细胞自主调节剂

由于酸奶处理的H小鼠表现出更强的全身和组织胰岛素敏感性，BCHA是否仅仅是酸奶预防作用的生物标志物，或者它们是否可以直接参与这些有益的代谢表型。鉴于发现BCHA在H喂养的肥胖小鼠中减少，且这种减少部分是由肝脏中的酸奶处理和较小程度的H喂养动物的骨骼肌阻止的，选择测试BCHA可以在相关细胞模型中发挥直接作用的假设。首先使用FAO肝细胞和L6肌细胞，分别研究了BCHA对葡萄糖产生和葡萄糖摄取的影响。发现HICA：HIVA：HMVA的混合物以与冻干酸奶产品剂量依赖性的相对比例使用，既降低了基础葡萄糖的产生，又增加了胰岛素在FAO细胞中的抑制作用（图5a，b）。在1mM时增加的胰岛素反应非常显着（p <0.001）（图5b）。此外，HICA剂量依赖性地抑制了基础和胰岛素抑制的肝葡萄糖产生（HGP），并竞争其BCAA亮氨酸前体在这一代谢过程中的作用(图5c, d)。此外，发现以0.1-1μM浓度使用的BCHA混合物以匹配酸奶处理小鼠的血浆水平也增加了L6肌细胞中的葡萄糖摄取（图5e，f），且这些影响似乎主要由HICA解释，这是根据使用单个BCHA的研究确定的（图5g，h）。总体而言，体外研究提供了机制证据，证明BCHA，特别是HICA，是肝葡萄糖产生和肌肉葡萄糖摄取的细胞自主调节剂，这很可能有助于酸奶治疗对H喂养的肥胖小鼠的有益作用。

总的来说，仅三个月的酸奶摄入量，可以部分防止肥胖动物的BCHA减少，促进代谢健康，降低2型糖尿病风险，并防止肥胖小鼠肝脏脂肪变性，这与其对肝脏代谢和肠道微生物群的影响有关。酸奶摄入的这些有益代谢作用与这些动物肝脏中支链羟基酸（BCHA）的增加有关。进一步研究表明，BCHA特别存在于酸奶中，并在牛奶发酵时产生。值得注意的是，饮食引起的肥胖会降低血浆和组织BCHA水平，这可以通过膳食酸奶摄入部分预防。BCHA改善胰岛素对肝脏和肌肉细胞葡萄糖代谢的作用，是细胞自主代谢调节剂和酸奶健康影响的潜在介质。

原文来源：

Daniel N,et al. Gut microbiota and fermentation-derived branched chain hydroxy acids mediate health benefits of yogurt consumption in obese mice. Nat Commun. 2022 Mar 15;13(1):1343. doi: 10.1038/s41467-022-29005-0. PMID: 35292630.