《Journal of Functional Foods》：Curcumin ameliorates high-altitude-induced skeletal muscle loss by modulating serum metabolome and gut microbiota: Insights from a human cohort and animal model
编辑推荐：
摘要：姜黄素（Curcumin）在减轻高原缺氧损伤方面显示出潜力，但其人体体内代谢过程及对骨骼肌的作用尚不清楚。本研究探讨了平原与高原人群中姜黄素的生物活性成分及其在大鼠模型中的有益效应。20名男性受试者补充姜黄素（812 mg/d），血清代谢组学在高原暴露后
摘要：姜黄素（Curcumin）在减轻高原缺氧损伤方面显示出潜力，但其人体体内代谢过程及对骨骼肌的作用尚不清楚。本研究探讨了平原与高原人群中姜黄素的生物活性成分及其在大鼠模型中的有益效应。20名男性受试者补充姜黄素（812 mg/d），血清代谢组学在高原暴露后鉴定出14种姜黄素来源代谢物。在模拟海拔5000 m缺氧的大鼠中，姜黄素减轻了骨骼肌损伤并调节了肠道菌群。综合结果表明，姜黄素通过其生物活性代谢物减轻高原缺氧诱导的骨骼肌损伤，该保护作用可能与肠道菌群调节有关。这些发现强调血清代谢物是姜黄素保护作用的关键环节，支持其作为应对高原挑战膳食补充剂的应用。
论文解读：《Curcumin ameliorates high-altitude-induced skeletal muscle loss by modulating serum metabolome and gut microbiota: Insights from a human cohort and animal model》（发表于 Journal of Functional Foods）
研究背景与立项依据：
骨骼肌是机体主要代谢器官，需大量氧气与营养物质产生ATP以供收缩。高原低氧环境可致继发性骨骼肌减少（secondary sarcopenia），表现为肌量减少、肌力下降，且目前缺乏有效防治药物。高原缺氧还可引起肠道菌群失调（dysbiosis），表现为厚壁菌门（Firmicutes）和放线菌门（Actinobacteria）丰度降低、拟杆菌门（Bacteroidetes）升高、乳杆菌属（Lactobacillus）减少，而"肠-肌轴（gut-muscle axis）"概念揭示了菌群及其代谢物对肌肉代谢的潜在调控作用。姜黄素（Curcumin，化学名1,7-双(4-羟基-3-甲氧基苯基)-1,6-庚二烯-3,5-二酮）为姜黄根茎中脂溶性多酚类主要活性成分，具抗氧化、抗炎及骨骼肌保护潜能，且可与肠道菌群双向互作——菌群将其代谢为更高生物活性衍生物，其亦可促进有益菌生长。然而，姜黄素在人体高原环境下的入血原型成分、血清代谢调控及其通过肠-肌轴拮抗高原肌萎缩的具体机制尚未明确。本研究依据"血清药物化学"原理，结合人群队列与动物模型，旨在阐明姜黄素入血成分、血清代谢重编程及肠道菌群调节在高海拔骨骼肌保护中的作用。
主要关键技术方法概要：
研究人员开展平行的人体队列与动物实验：(1)人群试验：招募20名常住低海拔（＜500 m）健康青年汉族男性，设三时点——T0（平原空白）、T1（平原口服微囊化姜黄素PURCUMIN? 812 mg/d共1周）、T2（同剂量口服6周后于海拔3000 m西藏林芝），采集血清行非靶向代谢组学（UPLC-MS/MS）；用生物电阻抗分析（BIA，InBody S10）测体成分，握力仪测握力。(2)动物实验：24只♂ SD大鼠随机分三组——平原对照组（normal）、模拟海拔5000 m缺氧模型组（high）、缺氧+姜黄素干预组（high-cur，500 mg/kg·d混入饲料，4周）；取腓肠肌行H&E染色测肌纤维横截面积（cross-sectional area, CSA）及电镜观察超微结构；收集粪便行16S rDNA测序（V3–V4区，Illumina平台）分析α/β多样性及LEfSe差异菌，PICRUSt2预测功能。入血成分判定结合自动流程（给药组有峰、峰面积比≥FC）与人工复核（保留时间与姜黄素对照品一致）。多元统计采用PCA、PLS-DA/OPLS-DA筛选差异代谢物（VIP＞1，p＜0.05，FC≥1.2），KEGG富集分析。
研究结果：
3.1. The chemical composition of Curcumin was determined by UPLC-MS
研究人员通过UPLC-MS正负离子模式对姜黄素制剂定性，依得分≥78.0及碎片得分≥95.0共鉴定出18个化合物（含阿魏酰甲烷类、黄酮类等），确认所用PURCUMIN?制剂化学成分组成。
3.2. Analysis of chemical prototype components absorbed in human serum
比对含药血清与空白血清及姜黄素标准品，鉴定出25个人血原型成分，其中平原服药后检出15种，高原持续服药6周后检出14种。入血成分中37.9%源于熊果苷（arbutin/二氢槲皮素类黄酮），12.66%为姜黄素（curcumin），11.24%为脱甲氧基姜黄素（demethoxycurcumin），8.93%为双脱甲氧基姜黄素（bisdemethoxycurcumin）。表明黄酮类化合物是姜黄素口服后入血发挥效应的主要活性物质基础。
3.3. Non-targeted metabolomics of traditional Chinese medicine explores key metabolic pathways in curcumin intervention for muscle loss under plateau conditions
血清非靶向代谢组显示T0/T1/T2三组聚类分离明显（PCA、PLS-DA模型验证可靠，Q2=0.769）。筛选得98个受姜黄素显著调控的差异代谢物，KEGG富集于不饱和脂肪酸生物合成（unsaturated fatty acid biosynthesis）、精氨酸和脯氨酸代谢（arginine and proline metabolism）、D-氨基酸代谢（D-amino acid metabolism）、牛磺酸和低牛磺酸代谢（taurine and hypotaurine metabolism）及丙氨酸/天冬氨酸/谷氨酸代谢（alanine, aspartate and glutamate metabolism），提示姜黄素通过影响蛋白消化吸收相关氨基酸及脂肪酸代谢通路改善高原代谢紊态。
3.4. BIA analysis and grip strength test of subjects at different time points
重复测量方差分析显示：与T0比，T1→T2期受试者细胞外水分/总体水比（extracellular water/total body water, ECW/TBW）持续显著降低（p＜0.001），体脂率（percent body fat, PBF）从18.4%降至11.5%（p＜0.001），瘦体重（soft lean mass, SLM）、骨骼肌量（skeletal muscle mass, SMM）、骨骼肌指数（skeletal muscle index, SMI）及去脂体重（fat-free mass, FFM）均显著增加（p＜0.05～0.001），基础代谢率（basal metabolic rate, BMR）升高；握力无显著差异。表明姜黄素在高原环境下有助减脂、维持/增加肌量、优化体液分布。
3.5. Analysis of the correlation between curcumin blood components and skeletal muscle indicators and metabolites
Spearman相关分析示：2,5-二羟基苯甲酸（2,5-Dihydroxybenzoic acid）、4-吡哆酸（4-Pyridoxic acid）、α-乳糖（alpha-lactose）等姜黄素源入血成分与SMI呈显著正相关；这些成分亦与花生四烯酸（arachidonic acid, AA）、二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid, DHA）、L-精氨酸（L-Arginine）、视黄醇（retinol）等关键代谢物显著相关，提示姜黄素入血成分通过调控脂肪酸及氨基酸代谢水平影响肌表型。
3.6. Curcumin improved muscle loss and the structure of muscle fibers in rat under hypoxic conditions
H&E染色定量显示：缺氧组腓肠肌CSA较平原组显著缩小，姜黄素干预组CSA较缺氧组显著增大（p＜0.01）；透射电镜下缺氧组肌原纤维Z线不规则、线粒体溶解，姜黄素组见较多完整线粒体。证实姜黄素可对抗缺氧致肌萎缩、稳定肌纤维结构及保护线粒体完整性。
3.7. Differences in the composition of intestinal flora between rats in the high-cur group and rats in the high group revealed by 16S rDNA sequencing technology
α多样性分析示三组差异显著；β多样性（PCoA+PERMANOVA, p＜0.05）表明组间菌群结构不同。在门水平，姜黄素干预使厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度回升，变形菌门（Proteobacteria）、梭杆菌门（Fusobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）下降；在属水平，乳酸杆菌属（Lactobacillus）和普雷沃氏菌属（Prevotella）显著富集，阿克曼氏菌属（Akkermansia）、拟杆菌属（Bacteroides）、葡萄球菌属（Staphylococcus）、柯林斯氏菌属（Collinsella）减少。PICRUSt2预测显示姜黄素下调半乳糖代谢（galactose metabolism）、叶酸生物合成（folate biosynthesis）等能量代谢通路，上调非核糖体肽结构（nonribosomal peptide structures）、分枝杆菌阿拉伯半乳聚糖生物合成（arabinogalactan biosynthesis–Mycobacterium）。表明姜黄素重塑高原缺氧下菌群组成并向益生菌偏移，可能经肠-肌轴发挥肌保护作用。
讨论与结论翻译：
高原缺氧致继发性肌少症尚无特效药。本研究采用微囊缓释姜黄素（PURCUMIN?，相对生物利用度提升约18.46倍），通过UPLC-MS揭示黄酮类为姜黄素口服后主要入血活性原型；人体试验示姜黄素降体脂、增肌量、降ECW/TBW；血清代谢组富集于精氨酸/脯氨酸及不饱和脂肪酸代谢；大鼠实验证实姜黄素逆转缺氧致肌纤维萎缩并上调Lactobacillus和Prevotella、抑制潜在致病菌；入血成分与肌量指标及关键代谢物显著相关。局限性含仅纳入青年汉族男性、样本量有限、未用无菌小鼠明确特定菌种作用。综上，本研究全面分析了姜黄素药理基础及其在不同海拔人体内代谢物变化，为姜黄素减轻高原骨骼肌丢失提供理论依据，并为识别其治疗靶点与关键通路奠定基础。
Conclusion（原文结论翻译）：
综上所述，研究人员全面分析了姜黄素的药理基础及其在不同海拔人体中的代谢物变化。本研究为姜黄素在高海拔地区减轻骨骼肌丢失的功效提供了理论基础，从而有效拓展姜黄素的临床应用范围。同时，本工作为确定姜黄素潜在的治疗靶点和关键通路奠定基础，并提供所需数据与方法论支撑。
