高蛋白饮食≠健康 多组学分析揭示植物高蛋白对血糖和肝脏脂质代谢的影响
凌恩生物南京农业大学动物科技学院客户近期在《Frontiers in Nutrition》期刊上(IF=6.590)发表的“Determination of the Effects of Duodenal Infusion Soy Protein Hydrolysate on Hepatic Glucose and Lipid Metabolism in Pigs Through Multi-Omics Analysis.”研究论文中，选择猪作为模型动物，通过转录组和代谢组分析研究了HPP饮食调节瘘管猪模型中血糖和肝脂水平的潜在机制。
期刊：Frontiers in Nutrition
影响因子：6.590
发表时间：2022
样本类型：猪血清和肝组织
客户单位：南京农业大学
一、研究背景
高蛋白（HP）饮食与体重减轻有关，并诱导多种积极的代谢效应，如控制和纠正与代谢综合征相关的某些风险因素，但是动物高蛋白摄入会增加健康动物的肝脏脂质累积和糖尿病风险。植物高蛋白（HPP）摄入对健康动物血糖反应和肝脏脂质代谢的影响及其潜在机制尚不清楚。在本研究中，选择大豆蛋白并将其水解成大豆蛋白水解物（SPH），该水解物模拟在内腔食糜中消化的膳食蛋白，选择猪作为模型动物，研究HPP饮食调节瘘管猪模型中血糖和肝脂水平的潜在机制。
二、实验设计
在本研究中，将大豆蛋白水解物（SPH）注入瘘管猪模型十二指肠，通过转录组和代谢组分析评估摄入HPP对宿主糖脂代谢的影响，并揭示HPP饮食调节瘘管猪模型中血糖和肝脂水平的潜在机制。
将16头去势猪（杜洛克、长白猪、大白猪）驯化一周后，十二指肠造瘘。分为对照组（CON，n=8）和SPH组（n=8），每天2次分别通过十二指肠瘘注入10ml无菌盐水和10ml SPH溶液（70g/天），连续15天。宰杀后测定血清生化指标，测量肝脏氨基酸浓度，肝脏代谢谱（LC-MS），肝脏转录组测序，qRT -PCR。
图 实验设计
三、实验结果
1、猪生长性能和生化指数
CON猪和SPH猪的平均日采食量、平均日增重和饲料增重比没有显著差异。SPH组的血清TG、葡萄糖和A/G水平较低，而血清尿素水平较高（表1）。SPH输注后，肝脏TG、T-CHO和LDL-C水平降低（P<0.05），而HDL-C含量未受影响。SPH增加了肝脏中的八种氨基酸水平，包括赖氨酸、蛋氨酸和丝氨酸等，而其他氨基酸浓度在两组之间无差异（P>0.05；表2）。
表1 CON和SPH组的血清和肝脏参数
表2 CON和SPH组的肝脏氨基酸水平
2、肝脏代谢组学分析
猪肝脏代谢组学PLS-DA分析的结果表明，SPH组与CON组的样本有显著区别（图1A）。两组之间的差异代谢产物如表3所示。SPH处理显著改变了七种代谢产物，其中四种与脂质代谢有关，一种与葡萄糖代谢有关，另两种由氨基酸代谢产生。代谢途径富集分析的结果表明，差异代谢产物主要富集在与脂质和葡萄糖代谢相关的途径中，包括花生四烯酸代谢、超长链脂肪酸的β-氧化、α-亚麻酸和亚油酸代谢、糖酵解和糖异生（图1B）。
图1 CON和SPH组的肝脏代谢组
表3 CON和SPH组之间肝脏中的差异代谢物
3、猪肝脏转录组学分析
SPH处理后，猪肝脏转录组学从17521个基因中鉴定出452个DEG（图2A）。与脂质代谢相关的基因和氨基酸代谢相关基因（表4）在SPH组中上调。GO富集分析在生物过程水平上，SPH组中涉及脂质代谢，如对脂质的反应、脂肪酸代谢过程、不饱和脂肪酸代谢和花生四烯酸代谢过程。KEGG富集分析中，SPH处理显著改变了15条通路（图2C）。有几种途径与脂质代谢有关，包括脂肪消化和吸收、花生四烯酸代谢、甘油脂质代谢和类固醇激素生物合成。此外，SPH处理显著影响赖氨酸生物合成、胰高血糖素信号途径和其他途径。GO和KEGG分析均显著改变了与脂质和碳水化合物代谢相关的途径。
图2 CON和SPH组的肝脏转录组
表4 肝脏中受SPH输注影响的大多数相关基因
由于SPH强烈改变了肝脏脂质代谢，通过qRT-PCR验证了以下六个脂质代谢相关基因：PPARα、EPT1、ELOVL2、HMGCR、DGAT1和DGAT2。此外，还验证了参与糖酵解的PFKFB3和参与葡萄糖摄取的GLUT2基因。这些基因与转录组分析中观察到的表达模式一致，这证实了转录组数据的可靠性。
图3 CON和SPH组DEG的qRT-PCR分析
四、研究结论
植物高蛋白（HPP）摄入可调节动物血糖反应和肝脏脂质代谢，但不会增加猪肝脏脂质沉积和高血糖的风险。大豆蛋白水解物（SPH）的输注加速了脂肪酸β-氧化并抑制TG合成，从而降低肝脏TG水平。SPH同时抑制了肝脏中的胆固醇积聚，并启动了负反馈机制，维持胆固醇稳态。总之，摄入HPP可调节猪的血糖反应和肝脏脂质代谢，而不会增加肝脏脂质沉积和高血糖的风险。
参考文献
Determination of the Effects of Duodenal Infusion Soy Protein Hydrolysate on Hepatic Glucose and Lipid Metabolism in Pigs Through Multi-Omics Analysis. Frontiers in Nutrition, 2022.