《Food Bioscience》：Multi-omics guided
Saccharomyces cerevisiae engineering optimizes flavor metabolism in cigar tobacco leaves fermentation
编辑推荐：
本研究探讨菊粉（INU）和藻酸盐寡糖（AOS）对地塞米松（DEX）诱导骨质疏松（OP）小鼠的影响及机制。实验显示，单独或联合使用INU和AOS可减轻炎症反应，促进有益菌（如Akkermansia）增殖，增加短链脂肪酸（SCFAs）水平，改善骨代谢。联合使用效果优于单一物质。
李阳|廖冉|胡新杰|胡亮|李珊珊|刘云涛|曾振|李冉|方正峰|陈宏
四川农业大学食品科学学院，中国四川省雅安，625014
摘要
本研究旨在探讨菊粉（INU）和海藻酸寡糖（AOS）对地塞米松（DEX）诱导的小鼠骨质疏松症（OP）的影响及其相关机制。60只3周大的雌性ICR小鼠被随机分为五组：对照组、DEX组（仅给予DEX）、DEX+INU组（同时给予DEX和5% INU）、DEX+AOS组（同时给予DEX和4% AOS）以及DEX+INU+AOS组（同时给予DEX、2.5% INU和2% AOS）。与单独使用DEX相比，INU和/或AOS可以减少炎症反应，促进有益肠道细菌（如Akkermansia）的生长，并增加短链脂肪酸（SCFAs）的含量，从而缓解骨质疏松症。INU和AOS的组合在增加骨转换率、下调炎症因子基因和提升SCFAs水平方面表现出更显著的效果。总之，INU和/或AOS主要通过调节肠道微生物群和SCFAs水平以及减轻骨骼和结肠的炎症来改善骨质疏松症。当两者联合使用时，效果更为显著。
引言
骨质疏松症（OP）是一种全身性代谢性疾病，其特征是骨量减少、骨微结构破坏、骨脆性增加和骨折风险升高（Clynes等人，2020年）。随着人口老龄化加速，OP已成为全球常见的疾病，是继心血管疾病和糖尿病之后第三大慢性疾病（Wang L等人，2021年）。近年来，基于肠道微生物群的疗法受到越来越多的关注。与长期传统治疗方法相比，这类疗法具有较低的不良反应风险。
免疫系统在OP的发病机制中起着关键作用。Srivasta等人提出了“免疫性骨质疏松症”这一术语，强调了免疫细胞在OP发病中的重要性（Srivastava & Sapra，2022年）。炎症可能是OP的致病因素之一，因为某些慢性炎症疾病可通过免疫系统影响骨代谢，并常与OP相关。骨丢失受免疫系统的多种介质调节，例如促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-6（IL-6）或干扰素-γ（Tilg等人，2008年）。这些细胞因子是破骨细胞分化和骨吸收活性的重要决定因素，与OP的发病机制密切相关。
肠道菌群是一类定植于宿主肠道内的多样化微生物，与宿主形成复杂的共生关系（P. D'Amelio & Sassi，2018年），通常位于宿主黏膜表面，被称为人体的“第二基因库”（Lishan Li, Huang等人，2019年）。最新研究表明，肠道菌群与骨代谢密切相关，肠道微生物可能是骨生理的关键调节因子（Ibá?ez等人，2018年）。Wen等人发现，茶多酚干预通过增加Firmicutes和Lactobacillus的数量、同时减少Bacteroidetes和Bacteroides的数量，从而缓解了小鼠的骨质疏松症（Wen等人，2024年）。肠道菌群通过转化和代谢饮食及宿主来源的分子产生多种代谢物（Ahmed等人，2022年）。其中，短链脂肪酸（SCFAs）可以调节肠道微生物群组成，刺激抗炎反应，降低肠道pH值，改变矿物质溶解度，促进细胞内钙离子运输，从而改善骨代谢并增加骨矿物质密度。Lucas等人进一步证实，丁酸盐和丙酸盐处理后，骨质疏松症小鼠的破骨细胞数量和骨吸收标志物（如骨钙素和血清钙水平）显著下降。益生元是一类微生物生态调节剂，多项研究表明，它们通过与肠道微生物群的相互作用来调节钙吸收和免疫系统，从而有益于骨骼健康（Whisner & Weaver，2017年，第201-224页）。
菊粉（INU）是一种天然水溶性纤维，可在结肠中被有益微生物（如双歧杆菌和乳酸杆菌）吸收、利用并转化为SCFAs（乙酸、丙酸和丁酸）及其他有机酸（乳酸）。提高肠道pH值有助于促进矿物质（尤其是Ca2?和Mg2?）的吸收，从而缓解骨质疏松症。在卵巢切除的大鼠中，补充INU可增加双歧杆菌和乳酸杆菌等有益细菌的数量，抑制类固醇缺乏引起的骨丢失。海藻酸寡糖（AOS）是海洋酸性寡糖，在胃肠道中不易被消化，可通过调节肠道微生物群和产生SCFAs发挥益生元作用（Yao等人，2023年）。研究表明，AOS可改善D-半乳糖诱导的骨质疏松症小鼠的骨矿物质密度和骨微结构，并增加老年骨质疏松症小鼠的骨保护蛋白（OPG）表达（Wang L等人，2021年），表明AOS具有抗骨质疏松作用。
研究发现，将INU与枸杞多糖结合使用可增加有益细菌的数量和SCFAs水平，改善2型糖尿病大鼠的肠道菌群失调，并增强肠道黏膜屏障功能（Wang L等人，2021年）。此外，研究表明，补充半乳寡糖和果寡糖混合物（INU）有助于钙、磷和镁的吸收，从而增加骨密度并促进骨骼发育（Bryk等人，2015年）。Hollaway等人的临床试验显示，绝经后妇女服用寡果糖和长链INU混合物6周后，钙吸收和血清骨钙素水平显著提高（Holloway等人，2007年）。这些研究表明，联合使用可能比单独使用更有效地促进骨骼健康。
INU和AOS具有抗骨质疏松作用，但两者联合调节OP的机制仍有待研究。本研究探讨了INU和AOS联合使用对地塞米松诱导的骨质疏松症小鼠模型的影响及其潜在机制，这些发现可能为NU和AOS通过调节肠道微生物群缓解OP症状的作用提供新的见解。
材料与试剂
INU购自Benoo-Orafti（比利时）。AOS由青岛博智惠利生物科技有限公司提供。地塞米松磷酸钠注射液购自四川农业大学附属医院辰欣药业有限公司。动物饲料按照AIN-93G纯化饲料配方配制（见表S1）。所有饲料均由北京博泰宏大生物科技有限公司生产。
分子量
采用高效液相色谱（HPLC）结合多角度检测技术进行分析
INU和AOS的分子量分析
通过HPLC结合多角度激光散射和折射率检测器测定了INU和AOS的分子量（见表S4）。
NU和AOS联合缓解DEX诱导的骨质疏松症
利用DEX诱导的骨质疏松症小鼠模型研究了INU和/或AOS在体内的作用。8周后，DEX组的体重、骨长度和骨重量均低于对照组。INU组和复合组的部分体重下降得到缓解，INU组的左股骨状况有所改善
讨论
骨质疏松症是一种影响全球2亿人的慢性代谢性骨密度疾病。研究表明，益生元对肠道健康、免疫系统、矿物质吸收和体重管理具有重要作用，适量的矿物质摄入可在一定程度上促进骨骼生长和发育。因此，NU和AOS等益生元可能是缓解骨质疏松症的良好选择。
地塞米松是一种促进破骨细胞形成并增加骨吸收的药物，常被用于动物模型中诱导骨质疏松症
结论
结果表明，添加INU和/或AOS可改善骨微结构，增加骨转换率，调节炎症相关基因和SCFAs的含量。NU和AOS的联合使用通过增加有益微生物（如Akkermansia和Bacteroides）和减少有害微生物（如Desulfobacterota）来更有效地调节肠道和骨骼的炎症反应。这种调节作用提高了骨转换率，从而...
作者贡献声明
李阳：撰写初稿。
廖冉：撰写初稿。
胡新杰：方法学设计。
胡亮：指导。
李珊珊：数据分析。
刘云涛：项目管理。
曾振：数据整理。
李冉：软件应用。
方正峰：方法学设计。
陈宏：审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了四川省科技计划（编号2024NSFSC0368）、国家自然科学基金（编号32402787）和四川省自然科学基金（编号2024NSFSC1169）的支持。
