甜菜堿通過調(diào)節(jié)腸道微生物群組成，抑制了3T3-L1前脂肪細胞的脂肪生成，并改善了高脂飲食喂養(yǎng)的C57BL/6小鼠的肥胖相關(guān)疾病
《Nutrition Research》：Betaine inhibited adipogenesis in 3T3-L1 preadipocytes and alleviated obesity-related disorders in high-fat diet-fed C57BL/6 mice by modulating gut microbiota composition
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甜菜堿通過抑制脂肪生成、改善代謝和重塑腸道菌群發(fā)揮抗肥胖作用，且效果依賴腸道菌群。
Xin Li|Yanting Qin|Bingqian Zhang
中國陜西省西安市西北工業(yè)大學生命科學學院，郵編710129
摘要
肥胖率的上升凸顯了開發(fā)安全有效的替代療法的迫切需求。甜菜堿是一種季銨類生物堿，具有已證實的抗氧化和抗炎特性，在代謝調(diào)節(jié)方面顯示出潛力。然而，甜菜堿發(fā)揮抗肥胖作用的機制，尤其是腸道微生物群和腸道屏障功能的貢獻，仍有待闡明。本研究評估了甜菜堿對3T3-L1前脂肪細胞中脂肪生成抑制作用以及在高脂飲食（HFD）喂養(yǎng)的C57BL/6J小鼠中減輕肥胖的效果。結(jié)果表明，甜菜堿通過下調(diào)脂肪生成相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子和上調(diào)棕色脂肪特異性標志物來抑制脂肪生成。在高脂飲食小鼠中，甜菜堿處理減少了體重增加和脂肪組織質(zhì)量，改善了葡萄糖代謝，減輕了炎癥，并緩解了組織退化。甜菜堿還改變了腸道微生物群的組成，豐富了有益菌群（如Muribaculaceae、Allobaculum和Parabacteroides），減少了有害菌群（如Colidextribacter和Desulfovibrionaceae），這些變化與肥胖相關(guān)指標密切相關(guān)。重要的是，這些有益效果在偽無菌小鼠中明顯減弱，表明腸道微生物群與甜菜堿的抗肥胖作用之間存在關(guān)聯(lián)。研究假設(shè)甜菜堿通過依賴腸道微生物群的機制抑制脂肪生成并改善代謝穩(wěn)態(tài)來減輕肥胖，本研究的結(jié)果支持了這一假設(shè)。總體而言，甜菜堿通過腸道微生物群-屏障-代謝軸發(fā)揮抗肥胖作用，結(jié)合了脂肪生成的抑制、棕色脂肪的促進以及腸道屏障功能的恢復(fù)。這些發(fā)現(xiàn)提供了新的機制見解，并表明甜菜堿作為膳食補充劑或功能性食品用于肥胖及相關(guān)代謝障礙的潛力。
引言
近幾十年來，所有年齡段的超重人口呈流行趨勢，這主要是由于久坐的生活方式和不健康的飲食，使其成為主要的公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)[1]。肥胖是一種慢性疾病，世界衛(wèi)生組織將其定義為體內(nèi)脂肪異常或過度積累，并與多種并發(fā)癥相關(guān)，包括心血管疾病、糖尿病和代謝障礙[2]。近年來，天然減肥補充劑的消費顯著增加，因為它們被認為是合成藥物的安全替代品[3]。
生物堿是一類廣泛存在于植物中的含氮有機化合物，具有多種生物活性，包括抗菌、抗腫瘤、抗炎、抗肥胖和抗糖尿病作用[4]。其中，甜菜堿（N,N,N-三甲基甘氨酸）是一種水溶性季銨類生物堿，富含于小麥胚芽、甜菜和某些海洋生物中。甜菜堿具有顯著的抗氧化和抗炎活性，并被認為與多種代謝異常有關(guān)，包括糖尿病、肥胖、代謝功能障礙相關(guān)的脂肪性肝病（MASLD）和代謝綜合征[5]。然而，其在預(yù)防和治療肥胖方面的潛力尚未得到全面探索。
肥胖的發(fā)展是多因素和復(fù)雜的，受多種信號通路的調(diào)控。因此，廣泛采用細胞和動物模型來研究營養(yǎng)干預(yù)的直接組織特異性效應(yīng)和全身代謝反應(yīng)[6]。特別是，脂肪細胞分化和脂質(zhì)積累是肥胖發(fā)展的關(guān)鍵細胞過程，可以使用成熟的前脂肪細胞模型進行有效評估[7]。此外，宿主代謝穩(wěn)態(tài)受到腸道環(huán)境的強烈影響，其中微生物產(chǎn)生的信號可以調(diào)節(jié)體內(nèi)的炎癥反應(yīng)、腸道屏障完整性和脂質(zhì)處理。新興研究強調(diào)了腸道微生物組在肥胖發(fā)展和進展中的關(guān)鍵作用。腸道微生物組成的失衡與脂肪積累增加、胰島素抵抗和慢性低度炎癥有關(guān)，這些都是導(dǎo)致肥胖和代謝障礙的關(guān)鍵因素[8]。重要的是，微生物代謝產(chǎn)物可以影響腸道通透性、炎癥和宿主脂質(zhì)代謝[9]。因此，調(diào)節(jié)腸道微生物群是預(yù)防和治療肥胖的有希望策略。
盡管已有幾項研究探討了甜菜堿的代謝益處，但其抗肥胖作用中腸道微生物群和腸道屏障功能的具體貢獻仍不清楚，這是本研究的創(chuàng)新之處。特別是，直接調(diào)節(jié)脂肪細胞分化和腸道微生物群相關(guān)代謝調(diào)節(jié)如何共同貢獻于甜菜堿的整體抗肥胖效果仍不確定。本研究使用細胞和動物模型進行了探討。3T3-L1前脂肪細胞用于評估甜菜堿對脂肪細胞分化和脂質(zhì)積累的直接影響，而常規(guī)小鼠和偽無菌小鼠模型用于研究腸道微生物群在體內(nèi)的作用。研究結(jié)果表明，甜菜堿可以抑制3T3-L1前脂肪細胞中的脂肪生成，并調(diào)節(jié)腸道細菌的組成，進一步緩解高脂飲食（HFD）喂養(yǎng)的C57BL/6小鼠的肥胖相關(guān)癥狀，這一效果在偽無菌小鼠模型中也得到了驗證。這項工作有助于更深入地理解甜菜堿的機制，表明其作為針對腸道微生物群的肥胖預(yù)防和治療策略的功能性化合物的潛力。基于先前的證據(jù)，研究假設(shè)甜菜堿通過抑制脂肪生成、恢復(fù)腸道屏障功能和重塑腸道微生物群組成來發(fā)揮抗肥胖作用，而這些代謝益處在缺乏腸道微生物群的情況下會減弱。
章節(jié)片段
細胞培養(yǎng)
甜菜堿（圖1A）（純度≥95%，產(chǎn)品編號B20521）購自上海Source Leaf生物技術(shù)有限公司。3T3-L1前脂肪細胞來自美國馬納薩斯的American Type Culture Collection（ATCC）。細胞在含有10%牛血清（FBS）、100 U/mL青霉素和100 μg/mL鏈霉素的高葡萄糖DMEM培養(yǎng)基（Gibco，紐約州格蘭德島）中培養(yǎng)。細胞在95%空氣和5% CO?的氣氛下保持在37°C，直至達到
甜菜堿對3T3-L1前脂肪細胞細胞毒性和脂肪積累的影響
如圖1B所示，在≤200 μg/mL的濃度下，甜菜堿對3T3-L1前脂肪細胞沒有表現(xiàn)出顯著的細胞毒性。為了確保在非細胞毒性條件下進行評估，以便機制上可解釋脂肪生成反應(yīng)，后續(xù)實驗選擇了50和100 μg/mL的濃度。Oil Red O染色顯示，甜菜堿處理顯著抑制了脂肪生成，將脂質(zhì)積累減少到誘導(dǎo)水平的59.39%和20.35%
討論
本研究的結(jié)果證實了最初的假設(shè)，即甜菜堿通過與腸道微生物群相關(guān)的機制來減輕肥胖。甜菜堿抑制了脂肪生成，促進了脂肪細胞的棕色化，并改善了高脂飲食喂養(yǎng)小鼠的代謝和炎癥結(jié)果。與假設(shè)一致，這些有益效果在偽無菌小鼠中明顯減弱，表明腸道微生物群可能參與了甜菜堿的代謝作用。這項研究提供了支持這一觀點的證據(jù)
結(jié)論
總之，甜菜堿與高脂飲食引起的肥胖相關(guān)代謝紊亂的改善有關(guān)，同時調(diào)節(jié)了腸道微生物群組成。甜菜堿治療改善肥胖的潛在分子機制可能如下：1）通過調(diào)節(jié)腸道微生物群組成來糾正腸道微生物群失調(diào)，特別是選擇性地減少有害腸道細菌（如Colidextribacter）的相對豐度
支持來源
本工作得到了國家自然科學基金（編號32502189）和陜西省博士后研究計劃（編號2025BSHSDZZ131）的支持。
CRediT作者貢獻聲明
Xin Li：撰寫——初稿、軟件、方法學、研究、數(shù)據(jù)分析、概念化。Yanting Qin：撰寫——審閱與編輯。Bingqian Zhang：撰寫——審閱與編輯、可視化。
