FSHW | 蜂王漿對(duì)自然衰老小鼠血清和腦部脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)作用

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Introduction

眾所周知，從出生到死亡，生命的每個(gè)階段都涉及代謝系統(tǒng)。在代謝過(guò)程中，機(jī)體對(duì)特定刺激或疾病狀態(tài)做出響應(yīng)，并產(chǎn)生特定的代謝物，這些代謝物能夠提供有關(guān)身體實(shí)際狀態(tài)的內(nèi)部信息。實(shí)際上，代謝物代表分子生物學(xué)的最終結(jié)果，是已經(jīng)發(fā)生的生物事件。血脂在脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝中起著至關(guān)重要的作用，是最重要的生化指標(biāo)之一，具有較高的臨床相關(guān)性。衰老常伴有脂質(zhì)代謝失調(diào)，表現(xiàn)為TC、TG、LDL-C水平升高，HDL-C水平降低。血脂異常是糖尿病和心血管疾病(CVD)等神經(jīng)病變的危險(xiǎn)因素，LDL-C水平升高可能損害周圍神經(jīng)的微循環(huán)，從而增加神經(jīng)病變的風(fēng)險(xiǎn)。另外，腦占人體總重量的2%，每天消耗的能量占到全身基礎(chǔ)代謝的20%，是人體最活躍的代謝器官之一；且與其他器官相比，腦中脂質(zhì)含量和多樣性最豐富，占其干重的40~75%，且脂質(zhì)在生理學(xué)中發(fā)揮許多重要的功能，如能量?jī)?chǔ)存、細(xì)胞膜的構(gòu)成和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)等，脂質(zhì)代謝異常可促進(jìn)衰老以及誘發(fā)多種疾病，如神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病、糖尿病和肥胖癥等，脂質(zhì)代謝的變化與人類健康和疾病密切相關(guān)。

全球人口老齡化問(wèn)題日益加劇，衰老研究也備受關(guān)注。蜂王漿作為公認(rèn)的天然抗衰老功能食品備受國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者喜愛(ài)。蜂王漿（Royal jelly，RJ）是由5-15日齡哺育蜂頭部腺體（咽下腺和上顎腺）共同分泌的天然漿狀物質(zhì)，顏色呈淡黃色或乳白色，是1-3日齡蜜蜂幼蟲(chóng)的食物，也是蜂王終身唯一的食物，對(duì)雌性蜜蜂級(jí)型分化起決定性作用。蜂王漿主要成分包含水分（60%~70%）、碳水化合物（7%~18%）、蛋白質(zhì)（9%~18%）、脂類（3%~8%）、礦物質(zhì)（鐵、鉀、鈉、鈣、鎂、錳等）、氨基酸（賴氨酸、組氨酸、甲硫氨酸等）、維生素以及核苷酸等。這些化學(xué)成分相互協(xié)同作用，賦予了蜂王漿眾多的生物學(xué)功能（如下圖），被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和化妝品等行業(yè)。

盡管蜂王漿對(duì)多種衰老生物模型具有延緩衰老的生物學(xué)功能（如下圖），然而其對(duì)自然衰老小鼠的干預(yù)效果和潛在機(jī)制仍不明確。江西科技師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院陳麗麗博士、北京工商大學(xué)食品與健康學(xué)院羅麗萍教授（通信作者）等在本文基于脂質(zhì)組學(xué)研究分析了蜂王漿對(duì)自然衰老小鼠血脂和腦部脂質(zhì)代謝物的影響及可能的機(jī)制，系統(tǒng)分析了腦部脂質(zhì)組成，明確相關(guān)脂質(zhì)代謝標(biāo)志物和生物途徑，并揭示了腦衰老與脂質(zhì)代謝之間的關(guān)系。深入了解了蜂王漿對(duì)生物體健康壽命的潛在益處，也為衰老領(lǐng)域的研究和抗衰老產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供新的理論數(shù)據(jù)。

圖1 蜂王漿的化學(xué)成分及其生物學(xué)功能在不同實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械难芯?/strong>

結(jié)果與討論

蜂王漿對(duì)自然衰老小鼠血清中相關(guān)指標(biāo)的調(diào)節(jié)作用

與YC組（青年組）相比，OC組（老年組）小鼠血清TG、TC和LDL-C濃度分別顯著增加了60.53%，17.57%和181.82%。而蜂王漿干預(yù)后，RJ組（蜂王漿干預(yù)組）小鼠血清中TG、TC和LDC-C濃度較OC組分別降低了31.15%、9.96%、22.58%。可能是蜂王漿抑制了肝X受體α的活性，從而減少了甘油三酯在血清中的積累。蜂王漿中MRJP1和MRJP2可通過(guò)減少膽固醇在空腸中的溶解度來(lái)減少其吸收量，從而促使多余的膽固醇通過(guò)糞便中排除體外，已達(dá)到降低膽固醇水平的效果。也有可能是蜂王漿干預(yù)后，合成膽固醇的關(guān)鍵酶（角鯊烯環(huán)氧酶-SQLE）的基因表達(dá)減少。此外，與YC組相比，OC組小鼠腦組織切片顯示出較為明顯的結(jié)構(gòu)變化，即神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量明顯減少，細(xì)胞萎縮變小且模糊，排列也較為松散。而蜂王漿干預(yù)后，衰老小鼠的腦組織切片展示出神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量增多且排列緊密，細(xì)胞核和核膜清晰，與YC組小鼠結(jié)果相近。

圖2 三組小鼠血清的血脂代謝(A)及腦組織組織病理學(xué)觀察(B)

腦組織脂質(zhì)組成分析

脂質(zhì)對(duì)生物體至關(guān)重要，具有能量?jī)?chǔ)存（如甘油三酯）、參與生物膜的形成（如磷脂、糖脂和固醇）、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（如類固醇）、調(diào)節(jié)細(xì)胞膜流動(dòng)性、保護(hù)和絕緣、調(diào)節(jié)代謝等諸多生物學(xué)功能。特別是大腦中含有極其豐富的復(fù)雜脂質(zhì)，對(duì)大腦的完整性、維持正常的腦功能起著至關(guān)重要的作用。同樣，本研究對(duì)腦組織進(jìn)行了脂質(zhì)組學(xué)分析，如圖3所示，共鑒定出1 490 種脂質(zhì)化合物，其中正離子模式下642 種，負(fù)離子模式下848 種，覆蓋了39 種脂類亞類。正如預(yù)期那樣，大腦含有非常豐富的各類脂質(zhì)，主要分為6大類：甘油磷脂類（Glycerophospholipids，GPs）961 種占總脂質(zhì)的64.4%、甘油脂類（Glycerolipids，GLs）311 種占比20.8%、鞘脂類（Sphingolipids，SPs）124 種占比8.3%、脂肪酰類（Fatty acyls，F(xiàn)As）78 種占比5.2%、甾醇酯類（Sterol lipids，STs）13 種占比0.8%和異戊烯醇酯類（Prenol lipids，PRs）3 種占比0.2%。GPs是小鼠大腦中含量豐富的脂質(zhì)類別，其次是GLs和SPs。

圖3 腦組織中脂質(zhì)一級(jí)大類和二級(jí)分類，主成分分析（PCA）和偏最小二乘判別分析（PLS-DA）

蜂王漿對(duì)自然衰老小鼠腦脂質(zhì)中醚脂相對(duì)含量的影響

甘油磷脂通常以酯鍵連接到甘油主鏈的sn-1和sn-2位置的脂肪酰基鏈，如果在sn-1位置上通過(guò)醚鍵連接了烷基烴鏈，則被稱為醚脂。這種獨(dú)特類型的甘油磷脂是由過(guò)氧化物酶體衍生并在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中形成，與醚脂相連的極性頭部含有磷酸基團(tuán)，該基團(tuán)通常是膽堿或乙醇胺。醚脂約占哺乳動(dòng)物總磷脂20%，在大腦、心臟和脾臟中含量最高，肝臟中含量較少。醚脂被認(rèn)為是潛在的內(nèi)源性抗氧化劑（自由基清除劑），可以減輕氧化應(yīng)激，對(duì)分子、細(xì)胞和組織具有保護(hù)作用，參與細(xì)胞分化和信號(hào)傳導(dǎo)，衰老常常伴隨著特定醚脂水平的下降。在衰老小鼠腦組織中，連接磷脂酰膽堿（PC）和磷脂酰乙醇胺（PE）的特定醚脂分子（如PC-O-18:1_24:1，PE-O- 16:1_21:1，PE-O-16:1_22:1，PE-O-22:1_18:1，PE-O- 20:1_18:1，PE-O-18:1_21:1），其水平在OC組均顯著低于YC 組。然而，蜂王漿干預(yù)可使上述6 種醚脂水平升高至與YC組接近。由此可見(jiàn)，蜂王漿提高了衰老小鼠腦組織中特定醚脂的相對(duì)含量，反映出其較好的抗氧化能力和相對(duì)健康的脂質(zhì)狀況，對(duì)衰老腦組織的保護(hù)作用。

圖4 蜂王漿對(duì)自然衰老小鼠腦脂質(zhì)中醚脂相對(duì)豐度的影響

蜂王漿對(duì)自然衰老小鼠腦甘油磷脂類相對(duì)含量的影響

蜂王漿處理后對(duì)衰老小鼠腦組織中各甘油磷脂亞類的影響如圖5所示，以磷脂酰絲氨酸（PS）為例，與YC和RJ組相比，OC組PS（15:1_22:5）含量較高，分別升高了88.50%和76.46%。相比之下，OC組中未檢測(cè)到PS（16:0/25:0），而OC組的PS（18:0/24:0）和PS（20:0/16:1）顯著低于YC組。多項(xiàng)研究表明異常的甘油磷脂代謝與腸道菌群組成改變密切相關(guān)。這也為探索衰老過(guò)程中腸道菌群組成變化與脂質(zhì)相關(guān)性提供了思路。脂質(zhì)與衰老之間的關(guān)系歸因于特定脂質(zhì)類別中較低或較高的脂質(zhì)濃度，盡管大多數(shù)這些變化的功能意義仍有待闡明，但可以揭示一定的變化規(guī)律。總之，衰老可引起腦組織中GPs、STs和SPs代謝的變化，蜂王漿干預(yù)可有效上調(diào)或下調(diào)衰老腦組織中相關(guān)脂質(zhì)代謝。

圖5 蜂王漿對(duì)自然衰老小鼠腦脂質(zhì)中甘油磷脂類相對(duì)豐度的影響

蜂王漿對(duì)自然衰老小鼠腦脂質(zhì)差異代謝物k均值聚類分析

為了進(jìn)一步表征三組中不同脂類的變化趨勢(shì)，本研究使用無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)的k均值（k-means）聚類算法，根據(jù)它們的相似性對(duì)脂類進(jìn)行分類。在兩兩比較中，與YC組相比，OC組的5和7亞類脂質(zhì)持續(xù)增加，而3和8和。有趣的是，與OC組相比，RJ組在3、5、7、8亞類中表現(xiàn)出上調(diào)或下調(diào)的趨勢(shì)，與YC組接近。各亞類脂質(zhì)組成不同，其中3亞類和8亞類中存在PE-O和BMP，其中3亞類中以PE-O為主要脂質(zhì)組成，占比23.8%，與OC組相比，RJ干預(yù)后其變化趨勢(shì)為上調(diào)，與8亞類一致。而5、7亞分類中為發(fā)現(xiàn)PE-O和BMP。同時(shí)，不難發(fā)現(xiàn)，5亞類和7亞類中TG的比例較高（分別為45.45%和30.43%），且OC組中TG水平最高。這一現(xiàn)象提示每組的亞類脂質(zhì)可能協(xié)同調(diào)節(jié)或具有相關(guān)功能。

圖6 三組小鼠腦脂質(zhì)分子的k-均值聚類變化趨勢(shì)

蜂王漿對(duì)自然衰老小鼠腦差異脂質(zhì)代謝物KEGG分類及富集

本研究使用KEGG化合物數(shù)據(jù)庫(kù)（http://www.kegg.jp/kegg/compound/）對(duì)差異脂質(zhì)代謝物進(jìn)行注釋，并將其映射到KEGG通路數(shù)據(jù)庫(kù)(http://www.kegg.jp/kegg/pathway.html)。這些差異脂質(zhì)代謝物在生物體內(nèi)相互作用，形成多種途徑。如圖所示，對(duì)OC組和RJ組的差異代謝物進(jìn)行注釋后，共分為5大類，包括生物體系統(tǒng)（Organismal systems）、代謝（Metabolism）、人類疾病（Human diseases）、環(huán)境信息處理（Environmental information processing 和細(xì)胞進(jìn)程（Cellular processes）。每種類型的脂質(zhì)代謝物數(shù)量和比例不同，代謝途徑也不同。生物體系統(tǒng)中脂肪的消化吸收比例最高（59.18%），其次是產(chǎn)熱作用（57.14%）、維生素消化吸收（55.1%）。代謝中主要是代謝途徑（類固醇生物合成）占比最高（91.84%）、其次甘油脂代謝（64.29%）、甘油磷脂代謝（36.73%）以及脂肪酸（亞油酸、花生四烯酸、α-亞麻酸）代謝。人類疾病分類中主要是胰島素抵抗（56.12%）和脂質(zhì)和動(dòng)脈粥樣硬化（55.1%）占比較高。隨后，進(jìn)行KEGG富集分析以探索這些差異脂質(zhì)分子的潛在功能。如圖所示，OC組和RJ組的差異代謝物富集程度較高且顯著的通路共有8 條，說(shuō)明蜂王漿主要通過(guò)維生素消化吸收、產(chǎn)熱、脂肪細(xì)胞中脂肪分解的調(diào)控、脂質(zhì)和動(dòng)脈粥樣硬化、胰島素抗性、甘油脂類代謝、脂肪的消化與吸收和膽固醇代謝這8 條通路調(diào)節(jié)衰老小鼠的腦組織脂質(zhì)代謝。如甘油脂類代謝是一種較復(fù)雜的代謝，主要參與細(xì)胞膜對(duì)蛋白質(zhì)的識(shí)別和信號(hào)傳導(dǎo)；膽固醇代謝參與到體內(nèi)多種物質(zhì)的代謝過(guò)程，比如糖類的代謝、脂肪和蛋白質(zhì)的代謝，影響細(xì)胞膜的流動(dòng)性；脂質(zhì)和動(dòng)脈粥樣硬化脂類代謝紊亂是導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化形成的主要因素之一。

總之，在衰老過(guò)程中，腦脂質(zhì)組成和相對(duì)含量都會(huì)發(fā)生不同程度的變化，而這些物質(zhì)的改變最終會(huì)導(dǎo)致機(jī)體生理功能逐漸減退。這是由復(fù)雜的代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)共調(diào)節(jié)引起的，同時(shí)也顯示出大腦功能的維持依賴于這些代謝通路協(xié)同作用。因此，本研究的發(fā)現(xiàn)將有助于深入理解異常腦脂質(zhì)代謝及其在腦衰老或腦疾病中的作用。

圖7 老年組與蜂王漿組差異脂質(zhì)代謝物的KEGG通路分類（A）及富集分析（B）

蜂王漿對(duì)自然衰老小鼠腦Nrf2/HO-1信號(hào)通路的影響

實(shí)際上，研究人員對(duì)不同年齡人類或動(dòng)物模型的腦組織差異脂質(zhì)代謝物進(jìn)行了大量的探討。然而，由于個(gè)體的代謝異質(zhì)性、組織區(qū)域特異性以及脂質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，驗(yàn)證腦脂質(zhì)在衰老過(guò)程中的具體作用變得困難。因此，根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，蜂王漿提高了衰老小鼠腦組織中MUFA/PUFA比值，酰基肉堿水平以及醚脂水平等指標(biāo)效果，表明其在抗氧化和應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激方面具有顯著效果。此外，先前一些報(bào)道也發(fā)現(xiàn)，蜂王漿能夠增強(qiáng)衰老和衰老疾病模型動(dòng)物組織的抗氧化能力。為進(jìn)一步驗(yàn)證其在抵抗氧化應(yīng)激方面的作用，本文通過(guò)分析典型氧化應(yīng)激信號(hào)通路（Nrf2/HO-1，Nuclear factor erythroid 2 -related factor 2/Heme oxygenase-1）中相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)揭示蜂王漿抗衰老作用機(jī)制。目前，多種信號(hào)通路均被證實(shí)可導(dǎo)致大腦衰老，如氧化應(yīng)激增加，炎癥，能量代謝紊亂，自噬失控，線粒體功能障礙等。其中氧化應(yīng)激被認(rèn)為是衰老和衰老相關(guān)疾病的關(guān)鍵罪魁禍?zhǔn)祝瑩p害身體的各個(gè)部位，特別是中樞神經(jīng)系統(tǒng)。Nrf2/HO-1通路是體內(nèi)最重要的抗氧化系統(tǒng)之一。如圖結(jié)果所示，Nrf2在YC和RJ組中的表達(dá)水平顯著高于OC組（P < 0.05），同時(shí)，蜂王漿干預(yù)后血紅素加氧酶1（HO-1）、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶1（Gpx-1）和SOD基因表達(dá)水平較OC組也有所增加，且與YC組接近。此外，也觀察到，相對(duì)于OC組，RJ組腦組織炎癥因子IL-6表達(dá)水平顯著降低（P < 0.05），IL-1β表達(dá)水平也呈下降趨勢(shì)。表明蜂王漿可通過(guò)提高抗氧化能力和減少炎癥來(lái)緩解腦衰老。

圖8 Nrf2/HO-1通路與衰老的關(guān)系以及蜂王漿對(duì)自然衰老小鼠腦組織中衰老相關(guān)基因表達(dá)量的影響

Conclusion

本研究從脂質(zhì)組學(xué)的角度為RJ改善自然衰老小鼠腦脂質(zhì)代謝提供了證據(jù)。RJ可通過(guò)降低TG、TC和LDL-C有效改善血脂，并通過(guò)使神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和分布正常化對(duì)腦組織具有保護(hù)作用。脂質(zhì)組學(xué)分析還顯示，在RJ干預(yù)后，甘油磷脂和鞘脂減少，脂肪酰和甾醇脂增加。RJ可上調(diào)衰老小鼠腦組織中Car及部分抗氧化劑醚酯水平，增加MUFA/PUFA比值，減緩脂質(zhì)過(guò)氧化。本研究為脂質(zhì)代謝與衰老之間的聯(lián)系提供了重要的見(jiàn)解，并表明RJ的早期干預(yù)是一種有效的預(yù)防衰老的策略，并將對(duì)理解年齡依賴性代謝疾病的發(fā)病機(jī)制有意義。

第一作者簡(jiǎn)介

陳麗麗，女，博士，江西科技師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院。副教授，碩士生導(dǎo)師，高級(jí)公共營(yíng)養(yǎng)師，2024年度中國(guó)知網(wǎng)高被引學(xué)者Top 1%。主要從事食品貯藏與加工，食品風(fēng)味與營(yíng)養(yǎng)健康以及食物資源開(kāi)發(fā)與利用等領(lǐng)域的研究。目前主持橫向課題2 項(xiàng)，主持完成省級(jí)科研項(xiàng)目2 項(xiàng)，開(kāi)放課題3 項(xiàng)，校級(jí)重點(diǎn)教改課題1 項(xiàng)，參與多項(xiàng)國(guó)家級(jí)和省級(jí)項(xiàng)目；在國(guó)內(nèi)外知名期刊上發(fā)表SCI、EI和CSCD等收錄的學(xué)術(shù)論文30余篇。

Royal jelly modulates serum lipid metabolism and improves brain lipid profiles in natural aging mice

Lili Chena,b,c, Li Zhaob, Gaowei Zhangc, Zhuozhen Lia, Huihui Mingc, Liangliang Quc, Fangjian Ninga, Liping Luoa,d,*

a College of Food and Health, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China

b School of Life Science, Jiangxi Science & Technology Normal University, Nanchang 330013, China

c School of Life Sciences, Nanchang University, Nanchang 330031, China

d Key Laboratory of Geriatric Nutrition and Health Ministry of Education, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China

*Corresponding authors.

Abstract

Royal jelly (RJ) is rich in various nutrients with multiple health-promoting properties. This study aims to evaluate whether RJ can modulate related metabolite in the natural aging mice. Male C57BL/6J mice drank RJ solution daily for 9 months. Determination of serum lipids and pathological analysis exhibited that triglycerides, serum cholesterol, and low-density lipoprotein cholesterol were decreased by 31.15%, 9.96%, and 22.58%, respectively, the morphology of brain nerve cells was also effectively recovered after RJ intervention. Lipidomic analysis showed that RJ could improve the levels of different kinds of lipids in aging mice brain, especially by increasing the content of antioxidant ether ester, and that the ratio of monounsaturated fatty acid to polyunsaturated fatty acid was up by 23.46%, which could alleviate oxidative stress. Moreover, the metabolism of glycerol phospholipids, glycerols, and fatty acids in aging mice could be regulated by RJ. RJ intervention can effectively improve lipid metabolism disorders caused by aging.

Reference:

CHEN L L, ZHAO L, ZHANG G W, et al. Royal jelly modulates serum lipid metabolism and improves brain lipid profiles in natural aging mice[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(3): 9250071. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250071.

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(chóng)創(chuàng)意