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                  案例分享

                  用代謝組學平臺分析異構蔗糖對非酒精性脂肪肝患者 胰島素抵抗及代謝產物的影響

                  發布日期:2019.10.23

                  圖片關鍵詞

                  研究背景


                  非酒精性脂肪肝(NAFLD)是一種大流行疾病,全世界三分之一的人口受其影響。由于肝臟是胰島素的靶器官之一,NAFLD患者胰島素抵抗發生率較高,胰島素抵抗的增加不僅與2型糖尿病的發生有關,還與危及生命的疾病如肝硬化、肝癌和NAFLD患者的心血管疾病的發生有關。因此,改善胰島素抵抗是NAFLD患者的一個重要治療目標,抗糖尿病藥物包括吡格列酮,胰高血糖素樣肽-1 (GLP-1)類似物和鈉-葡萄糖協同轉運蛋白2抑制劑可導致糖尿病合并NAFLD患者的代謝和組織學改善。

                  然而,目前還沒有有效的藥物被批準用于NAFLD患者。異構蔗糖是一種天然的雙糖,據報道可以改善肥胖患者的糖和脂代謝。Isomaltulose是一種自由葡萄糖和果糖組成,類似于蔗糖,isomaltulose和蔗糖在小腸中消化成葡萄糖和果糖貢獻相同的熱值。然而,由于葡萄糖和果糖之間存在糖苷鍵的結構特點,異麥芽糖的分化速度明顯慢于蔗糖,此外,異構蔗糖還影響腸道激素的分泌,如葡萄糖依賴性胰島素性多肽(GIP)和GLP-1,導致胰島素抵抗的改善。因此,異構蔗糖是一種低糖指數的甜味劑,也是一種功能性雙糖,目前被用于各種醫療食品和飲料中。

                  實驗設計


                  研究人員選擇CE?TOFMS平臺對5例NAFLD男性患者分別攝入異構蔗糖和蔗糖(對照組)進行研究分析,研究旨在探討異構蔗糖對NAFLD患者胰島素抵抗及多種代謝產物的影響。

                  實驗結果


                  通過代謝組學分析,對照組與異構蔗糖組有52種代謝物發生了顯著的變化。



                  Metabolite

                  Category

                  Ratio

                  P-value

                  1

                  L-Arginine

                  Amino acid

                  5.00

                  0.0001

                  2

                  L-Ornithine

                  Urea cycle

                  -25.00

                  0.0001

                  3

                  N-Acetylornithine

                  Arginin, proline metabolism

                  33.33

                  0.0001

                  4

                  Glycodeoxycholate

                  Bile acid

                  4.55

                  0.0001

                  5

                  Urea

                  Urea cycle

                  -1.45

                  0.0002

                  6

                  Betaine

                  Glycine, serin metabolism

                  -5.88

                  0.0005

                  7

                  D-Xylulose

                  Sugar

                  1.72

                  0.0006

                  8

                  Glycocholate

                  Bile acid

                  16.67

                  0.0006

                  9

                  6-Aminohexanoate

                  Fatty acid metabolism

                  2.94

                  0.0008

                  10

                  Indole acetate

                  Tryptophan metabolism

                  -0.24

                  0.0008

                  11

                  Theobromine

                  Caffeine metabolism

                  -0.79

                  0.0010

                  12

                  Taurodeoxycholic acid

                  Bile acid

                  12.50

                  0.0011

                  13

                  Uridine

                  Pyrimidine metabolism

                  4.55

                  0.0017

                  14

                  L-Lactic acid

                  Glycolysis

                  0.40

                  0.0022

                  15

                  Eicosadienoic acid (20:2)

                  Fatty acid

                  -0.12

                  0.0024

                  16

                  D-Glycerate

                  Glycine, serin metabolism

                  100.00

                  0.0026

                  17

                  1-6-Anhydro-beta-d-Glucose

                  Sugar metabolism

                  2.17

                  0.0030

                  18

                  N-N-dimethylarginine

                  Arginin, proline metabolism

                  -5.26

                  0.0032

                  19

                  Tridecanoic acid

                  Fatty acid

                  14.29

                  0.0041

                  20

                  Taurocholate

                  Bile acid

                  12.50

                  0.0046

                  21

                  Creatinine

                  Arginin, proline metabolism

                  -1.41

                  0.0055

                  22

                  Choline

                  Glycine, serin metabolism

                  -0.54

                  0.0069

                  23

                  Gramine

                  Tryptophan metabolism

                  -9.09

                  0.0070

                  24

                  5-Oxoproline

                  Glutathione metabolism

                  -6.67

                  0.0087

                  25

                  Pseudouridine

                  Pyrimidine metabolism

                  -1.15

                  0.0103

                  26

                  Eicosenoic acid (20:1)

                  Fatty acid

                  -0.14

                  0.0103

                  27

                  (R)-3-Hydroxybutanoate

                  Butanoate metabolism

                  14.29

                  0.0113

                  28

                  Taurocyamine

                  Taurine and hypotaurine

                  -0.66

                  0.0118

                  29

                  Hydroxypropionic acid

                  Pyrimidine metabolism

                  2.33

                  0.0131

                  30

                  D-Glyceraldehyde

                  Sugar metabolism

                  0.33

                  0.0143

                  31

                  Docosapentaenoate

                  Fatty acid

                  -0.74

                  0.0158

                  32

                  4-Methyl-2-oxopentanoate

                  Valine,leucine isoleucine

                  3.45

                  0.0178

                  33

                  Hyodeoxycholate

                  Bile acid

                  0.38

                  0.0179

                  34

                  L-Histidine

                  Amino acid

                  -5.26

                  0.0183

                  35

                  L-Methionine S-oxide

                  Cystein metabolism

                  -1.02

                  0.0190

                  36

                  Undecanoate (11:0)

                  Fatty acid

                  -16.67

                  0.0191

                  37

                  beta-D-Glucose

                  Sugar

                  1.56

                  0.0206

                  38

                  Abscisate

                  Plant metabolites

                  -10.00

                  0.0216

                  39

                  N2,N2-Dimethylguanosine

                  Nucleotide metabolism

                  -0.18

                  0.0218

                  40

                  1-5-anhydro-D-glucitol

                  Sugar

                  -7.69

                  0.0223

                  41

                  1-Methylhistidine

                  Histidine metabolism

                  -1.92

                  0.0250

                  42

                  beta-hydroxyisovaleric acid

                  Valine, leucine and isoleucine

                  -2.00

                  0.0251

                  43

                  Arachidonate

                  Fatty acid

                  -0.01

                  0.0287

                  44

                  N,N-Dimethylglycine

                  Glycine, serin metabolism

                  -5.56

                  0.0290

                  45

                  (±)?1,2?Diphenylethylenediamine

                  Unclassified

                  ?2.04

                  0.0301

                  46

                  Caffeine

                  Caffeine metabolism

                  -0.06

                  0.0355

                  47

                  α-D-Glucose 6-phosphate

                  Glycolysis

                  50.00

                  0.0364

                  48

                  (S)(+)-Allantoin

                  Purine metabolism

                  0.75

                  0.0398

                  49

                  Chenodeoxycholate

                  Bile acid

                  0.51

                  0.0411

                  50

                  Homogentisate

                  Phenylalanine tyrosine metabolism

                  -0.62

                  0.0424

                  51

                  Ranitidine

                  Unclassified

                  ?2.17

                  0.0432

                  52

                  L-Tryptophan

                  Amino acid

                  -1.96

                  0.0463


                  在這52種變化的代謝物中,包含了多種膽汁酸(6種代謝物)、脂肪酸(6種代謝物)或甘氨酸/絲氨酸代謝(4種代謝物)。在膽汁酸、脂肪酸和甘氨酸/絲氨酸代謝途徑中,牛去氧膽酸水平升高,花生四烯酸水平降低,甜菜堿水平升高。然而,之前有人報道牛去氧膽酸可以減少高脂肪飲食誘導的磷脂、鞘磷脂和神經酰胺的增加,從而改善小鼠模型的胰島素抵抗?;ㄉ南┧岜粓蟮揽上抡{胰島素依賴型葡萄糖轉運蛋白基因,導致胰島素抵抗增加。此外,甜菜堿最近被報道通過激活誘導NLRP3來改善胰島素抵抗。這些先前的報道支持,在本研究中,異構蔗糖可能通過改變膽汁酸、脂肪酸和甘氨酸/絲氨酸代謝,潛在地改善胰島素抵抗。

                  圖片關鍵詞

                  研究人員通過代謝組學分析得知,在異構蔗糖組血清中,精氨酸水平顯著下降,鳥氨酸水平顯著升高。據報道,精氨酸在胰島素信號通路中抑制胰島素受體底物-1、磷脂酰肌醇3-激酶和Akt的基因表達,導致胰島素抵抗增加;鳥氨酸可調節肌肉組織中的生長激素/胰島素樣生長因子-1/胰島素樣生長因子結合蛋白3復合物,從而改善胰島素抵抗.。結合膽汁酸、脂肪酸和甘氨酸/絲氨酸代謝的改變,精氨酸和鳥氨酸的改變可能有助于改善NAFLD患者的胰島素抵抗。

                  圖片關鍵詞

                  實驗結論


                  最后,研究人員提出一個主要局限性是樣本量小,需要進一步的研究來驗證這個結果。另一個限制是,異構蔗糖的味道與蔗糖略有不同,受試者可能會識別出異構蔗糖和蔗糖之間的差異。然而,味道與化學結構有關,在這項研究中,在給藥前進行隨機分配,然后,受試者在床上休息,在給藥過程中禁食。因此,異構蔗糖和蔗糖的口味差異對結果沒有影響 。

                  綜上所述,研究人員發現異構蔗糖主要通過改變NAFLD患者的各種代謝來改善NAFLD患者的胰島素抵抗。




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