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    3. 張學(xué)英合作團隊揭示了“植物—菌群—鼠類(lèi)”三者互作對體溫和炎癥的調控機制

      體溫調節是一個(gè)經(jīng)典的生理學(xué)問(wèn)題,甲狀腺激素在能量代謝和體溫調節中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。目前,因生活環(huán)境、飲食、遺傳、長(cháng)期應激等因素導致的甲減(甲狀腺功能減退)、甲亢(甲狀腺功能亢進(jìn))、甲狀腺結節等甲狀腺疾病的發(fā)病率日益升高,嚴重者發(fā)展為甲狀腺癌。在現代系統生物學(xué)研究中,中國傳統醫學(xué)“藥食同源”理論與“腸道微生態(tài)”的有機結合,對代謝、消化和免疫功能等方面的潛在作用備受關(guān)注,這是人類(lèi)健康和疾病的一個(gè)重要方面。然而,人們對藥用植物在體溫調節中的機制認識不足。

      2024年3月19日,中國科學(xué)院動(dòng)物研究所張學(xué)英合作團隊在Nature旗下的npj Biofilms and Microbiomes期刊上發(fā)表題為“Ginseng extracts improve circadian clock gene expression and reduce inflammation directly and indirectly through gut microbiota and PI3K signaling pathway”的研究論文,驗證了藥用植物人參的“熱效應”是通過(guò)激活腸道菌群的代謝產(chǎn)物膽汁酸受體信號通路,降低脂多糖(LPS)激活的PI3K-AKT-IKKα炎癥通路發(fā)揮作用,揭示了“植物—菌群—鼠類(lèi)”三者互作對體溫和炎癥的調控機制,從飲食干預的角度為動(dòng)物和人類(lèi)的體溫和免疫功能調節提供依據。

      研究者在前期工作中已發(fā)現甲狀腺素代謝紊亂與腸道微生態(tài)的紊亂密切相關(guān),通過(guò)菌群移植能夠調節甲亢動(dòng)物的肝臟和腸道II型脫碘酶(DIO2)的活性,促進(jìn)甲亢動(dòng)物代謝率和體溫的恢復(Khakisahneh et al.,Microbial Biotechnology,2022)。結合“藥食同源”理論,研究者驗證了經(jīng)典的中草藥配方理中湯可以治療甲狀腺功能減退大鼠的體溫過(guò)低、高度炎癥和腸道微生態(tài)失調(Khakisahneh et al.,npj Biofilms and Microbiomes,2023)。

      在此基礎上,研究者進(jìn)一步研究了理中湯配方中的關(guān)鍵藥材之一人參(Panax ginseng)的功效,發(fā)現人參作為一種益生元,可以調節甲狀腺功能減退大鼠的腸道菌群和代謝物相關(guān)受體(如FFAR3和FXR)基因的表達,激活腸道PKA信號通路,刺激外周代謝器官褐色脂肪組織、肝臟和腸道組織中節律基因和產(chǎn)熱相關(guān)基因的表達;同時(shí)抑制LPS激活的PI3K-AKT-IKKα炎癥通路,減輕與甲狀腺功能減退有關(guān)的組織和全身炎癥。相比之下,利用L-甲狀腺素對甲狀腺功能減退大鼠進(jìn)行治療,激活腸道LPS-TLR4和肽聚糖-Pglyrp1信號通路,導致體溫過(guò)高、食欲過(guò)盛和高度炎癥。進(jìn)一步結合細胞水平的離體實(shí)驗和藥理學(xué)實(shí)驗,研究者驗證了人參提取物可以直接作用于細胞,也可以通過(guò)菌群及其代謝產(chǎn)物間接調節細胞的節律和炎癥基因的表達。人參等藥用植物提取物的確切活性成分及其調節產(chǎn)熱、能量和腸道穩態(tài)的作用機制仍需充分研究,以深入了解其益生元功能。鑒于“藥食同源”在人類(lèi)健康中的廣泛應用性,這些結果可以為現代醫學(xué)系統打開(kāi)一扇新的窗口。

      中國科學(xué)院動(dòng)物研究所張學(xué)英副研究員和已畢業(yè)留學(xué)生Saeid Khakisahneh博士為共同第一作者,韓國東國大學(xué)Hojun Kim教授、韓國食品研究院的Young-Do Nam博士以及中國科學(xué)院動(dòng)物研究所張學(xué)英副研究員為共同通訊作者,Song-Yi Han和Eun-Ji Song參與了部分工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項目(32271575)等的資助。

      文章鏈接:https://doi.org/10.1038/s41522-024-00498-5or https://www.nature.com/articles/s41522-024-00498-5.pdf .

      Zhang XY#*,Khakisahneh S#,Han SY,Song EJ,Nam YD*,Kim H*. 2024. Ginseng extracts improve circadian clock gene expression and reduce inflammation directly and indirectly through gut microbiota and PI3K signaling pathway. npj Biofilms and Microbiomes. 10: 24.

      圖 “植物—菌群—鼠類(lèi)”三者互作調控動(dòng)物的體溫和炎癥

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