FSHW | 藥用和食用植物中具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)及其作用機制

本文系Food Science and Human Wellness原創(chuàng)編譯，歡迎分享，轉(zhuǎn)載請授權(quán)。

Introduction

脂質(zhì)是人體重要的營養(yǎng)物質(zhì)之一，在調(diào)節(jié)能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)運輸、信息識別與傳遞、細胞發(fā)育與分化、細胞凋亡等多種生物過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。人體需要各種脂質(zhì)來維持機體健康，但脂質(zhì)水平異常會導(dǎo)致脂肪沉積在動脈壁上，引發(fā)血管內(nèi)并發(fā)癥，過多的脂質(zhì)容易附著在血液循環(huán)的神經(jīng)壁上，導(dǎo)致動脈粥樣硬化疾病。研究表明，脂質(zhì)代謝紊亂在癌癥的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用，因為脂質(zhì)代謝紊亂會導(dǎo)致各種基因和蛋白質(zhì)的異常表達，以及細胞因子和信號通路的失調(diào)。脂質(zhì)代謝障礙與一系列疾病錯綜復(fù)雜地交織在一起，包括代謝性疾病、心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、癌癥和傳染病等（圖1）。

圖1 與脂質(zhì)代謝紊亂相關(guān)的疾病

目前，脂質(zhì)代謝紊亂的治療主要包括改變生活方式和使用各類脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)劑，如他汀類藥物、膽固醇吸收抑制劑、膽汁酸螯合劑等。雖然這些藥物在臨床上常用于治療脂質(zhì)代謝疾病，但其不良反應(yīng)也不容忽視。例如，他汀類藥物可引起肌病，膽固醇吸收抑制劑可引起胃腸道不適。因此，創(chuàng)新和開發(fā)高效、低毒的治療藥物迫在眉睫。

食藥同源（FMH）的概念在中國由來已久，藥食之間有著密切的關(guān)系。有些食物不僅能滿足飽腹感，還具有促進健康和預(yù)防疾病的功能。中醫(yī)認為，所有可食用的物質(zhì)都含有一定的營養(yǎng)成分，有助于保持身體健康，如今從“藥補”到“食療”的轉(zhuǎn)變越來越明顯。大量研究表明，越來越多的天然產(chǎn)物在調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝紊亂方面具有巨大潛力，尤其是那些蘊藏在藥用和食用植物中的天然產(chǎn)物。例如，黃連中的小檗堿、莪術(shù)中豐富的姜黃素以及葡萄中的白藜蘆醇。傳統(tǒng)中藥中的許多藥用植物以及日常飲食中的蔬菜和水果都具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的作用，如圖2所示。

圖2 與血脂調(diào)節(jié)有關(guān)的藥用和食用植物

Summary and discussion

天然產(chǎn)物是膳食補充劑（DSs）開發(fā)的重要來源之一。其中，從藥用和食用植物中提取的生物活性化合物因其在調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝方面的巨大潛力而脫穎而出，這些化合物主要分為苷類、萜類、多酚類（非黃酮類）、黃酮類、生物堿等不同類型。

糖苷是天然脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)劑最重要的來源之一。在苷類中，許多活性分子已被實驗證明具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的潛力。如葛根素可通過調(diào)節(jié)MMP8、ERK5/KLF2、AKT1等調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，進而改善脂質(zhì)蓄積、炎癥和動脈粥樣硬化，實現(xiàn)對脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)；京尼平苷能加速C57BL/6和ApoE?/?小鼠體內(nèi)膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運，將更多的膽固醇從血漿循環(huán)轉(zhuǎn)移到肝臟，實現(xiàn)降脂的藥理作用。其他具有調(diào)節(jié)脂代謝作用的糖苷類結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝活性的糖苷結(jié)構(gòu)

萜類化合物以異戊二烯為基本單位，廣泛存在于自然界中，是各種草藥的重要活性部分，我們總結(jié)了一系列具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝潛力的萜類化合物，包括倍半萜類、二萜類、三萜類、四萜類和酯萜類，如圖4所示。

圖4 具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝活性的萜類結(jié)構(gòu)

多酚、酸和酯廣泛存在于水果和蔬菜中，在調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝中的活性備受關(guān)注。姜黃素能通過提高脂蛋白脂肪酶的活性和改變脂質(zhì)和膽固醇基因的表達來降低血漿膽固醇和甘油三酯，不同濃度的姜黃素還可有效抑制FFAs誘導(dǎo)的細胞脂質(zhì)積累。白藜蘆醇通過調(diào)節(jié)SIRT1脂質(zhì)合成途徑，減少腎臟脂質(zhì)沉積，最終改善糖尿病腎臟損傷。其他活性多酚類化合物如圖5所示。

圖5 具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝活性的多酚類結(jié)構(gòu)

黃酮類化合物大量存在于水果、蔬菜、谷物、樹皮、根、莖、花、茶等天然植物中，是一類具有潛力的調(diào)脂類化合物。矢車菊素是一種天然花青素，存在于多種水果和蔬菜中。花青素能與調(diào)節(jié)細胞脂質(zhì)代謝的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子LXRs結(jié)合，誘導(dǎo)LXRs的轉(zhuǎn)錄激活，進而降低細胞內(nèi)膽固醇和TG的濃度，調(diào)節(jié)細胞脂質(zhì)代謝。柚皮苷能提高脂肪細胞中AMPK的活性和AMPK磷酸化蛋白的表達，調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝基因的表達。其活性黃酮類化合物如圖6所示。

圖6 具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝活性的黃酮類結(jié)構(gòu)

本文中還總結(jié)了部分具有調(diào)脂活性的生物堿類化合物。小檗堿具有通過調(diào)節(jié)腸道微生物群的組成和數(shù)量來改善肝損傷引起的糖脂代謝紊亂的巨大潛力，還可通過介導(dǎo)SIRT1-FoxO1-SREBP2信號通路，減少HepG2細胞中膽固醇的合成，緩解非酒精性脂肪肝。甜菜堿通過上調(diào)LXRα和PPARα的表達以及緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激來實現(xiàn)脂質(zhì)調(diào)節(jié)。其他活性生物堿類結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝活性的生物堿類結(jié)構(gòu)

此外，文中總結(jié)了5 個其他類型的化合物，它們都具有顯著的調(diào)脂活性，如圖8所示。

圖8 具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝活性的其他類型天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)

隨著研究的深入，各種活性天然產(chǎn)物調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的作用機制已被揭示。圖9展示了幾種多靶點天然產(chǎn)物調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的信號通路。這些天然產(chǎn)物可以減少脂質(zhì)蓄積、膽固醇合成和吸收，并通過減輕炎癥反應(yīng)和動脈粥樣硬化病變來改善脂質(zhì)代謝紊亂。

圖9 具有代表性的天然產(chǎn)物調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的信號通路

人們對從這些植物中尋找治療疾病的線索有著濃厚的興趣，但在將天然產(chǎn)品加工成食用產(chǎn)品時，可能會改變天然產(chǎn)物的特性。因此，選擇能保留有效成分的加工技術(shù)對人體健康至關(guān)重要，如新出現(xiàn)的超微粉碎技術(shù)和非熱加工技術(shù)等新技術(shù)。近年來一些調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝新靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)也可能推進脂質(zhì)代謝相關(guān)疾病的治療，如發(fā)現(xiàn)抑制IncRNA

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Conclusion

通過總結(jié)藥用和食用植物中的75 種天然產(chǎn)物，綜述了它們調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的機制主要包括抑制脂質(zhì)積累、改善ER應(yīng)激、改善脂毒性環(huán)境、緩解炎癥和改善線粒體功能障礙。研究還發(fā)現(xiàn)，通過這些調(diào)節(jié)機制，它們有可能在與脂質(zhì)代謝紊亂有關(guān)的疾病中發(fā)揮治療作用。然而，要確定它們對血脂的調(diào)節(jié)作用，還需要進行全面的研究和深入的臨床試驗。

第一作者簡介

張信箋，女，在讀研究生，2023年9月畢業(yè)于昆明醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)專業(yè)，現(xiàn)為中國科學(xué)院大學(xué)在讀碩士研究生。主要研究方向為具有重要生理功能的天然產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)及活性評價。

通信作者簡介

張于，男，博士，中國科學(xué)院昆明植物研究所研究員/課題組長/博士生導(dǎo)師，中國科學(xué)院昆明植物研究所藥物化學(xué)專業(yè)博士畢業(yè)，美國北卡羅萊納大學(xué)教堂山分校藥學(xué)院訪問學(xué)者，云南省中青年學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人、云南省高層次人才培養(yǎng)支持計劃青年拔尖人才專項、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會會員、中國科學(xué)院西部青年學(xué)者。主要從事植物化學(xué)與天然藥物研究工作，重點關(guān)注藥/食用植物中天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)、活性及作用機制研究，目前已發(fā)現(xiàn)1000余個天然產(chǎn)物，其中新結(jié)構(gòu)300余個， 10個新結(jié)構(gòu)被天然產(chǎn)物化學(xué)權(quán)威期刊Natural Product Reports評選為重要研究進展。目前以第一或通信作者在Protein & Cell、Organic Letters、Journal of Natural Products、Food Science and Human Wellness等權(quán)威期刊發(fā)表SCI論文60余篇，第一發(fā)明人授權(quán)專利5項；主持十四五國家重點研發(fā)計劃課題、國家自然科學(xué)基金面上、云南省重點研發(fā)計劃課題、云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃重點等基金，先后獲云南省自然科學(xué)一等獎和廣西自然科學(xué)二等獎。

The structures and regulatory roles of natural products in lipid metabolism: focus on medicinal and edible plants

Xinjian Zhanga,b, Sheng Lia, Bodou Zhanga,b, Yu Zhanga,*

a State Key Laboratory of Phytochemistry and Natural Medicines, Kunming Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650201, China

b University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

*Corresponding author.

Abstract

Lipids are essential for normal life activities and biological functions of the human body, and disorders of lipid metabolism produce a lipotoxic environment, endoplasmic reticulum (ER) stress, inflammation, and cell death, which can lead to a variety of diseases in the body. It has been found that lipid metabolism disorders are closely associated with brain injury disease, cancer, metabolic disease, cardiovascular disease (CVD), respiratory disease and infectious disease. In recent years, many medicinal and edible plants such as Pueraria lobata, Gardenia jasminoides, Curcuma longa, citrus fruits, peanuts, etc. have shown great potential in regulating lipid metabolism and some of the hidden active components showed innovative mechanisms. AMPK, PPARγ, SIRT1, Foxp3, NLRP3, and Keap1 are increasingly recognized as therapeutic targets in the field of regulating lipid metabolism. This study aims to provide a comprehensive review of natural lipid-regulating modulators in medicinal and edible plants and their mechanism of actions, which offer valuable references for the discovery of natural lipid metabolism modulators and a therapeutic strategy for treatment of lipid metabolism-related diseases.

Reference:

ZHANG X J, LI S, ZHANG B D, et al. The structures and regulatory roles of natural products in lipid metabolism: focus on medicinal and edible plants[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(5): 9250365. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250365.

本文編譯內(nèi)容由作者提供

編輯：王佳紅；責(zé)任編輯：孫勇

封面圖片：圖蟲創(chuàng)意