JFF I 白扁豆多糖通过调控肠道菌群-苯丙氨酸-心脏轴缓解高脂饮食诱导的心肌损伤！

2026年11月刊，Jin Chen等研究人员在国际学术期刊Journal of Functional Foods（146卷，文章编号107516）发表题为“White hyacinth bean polysaccharide mitigates high-fat diet-induced myocardial injury by modulating the gut microbiota-phenylalanine-heart axis in mice”的研究论文（DOI: 10.1016/j.jff.2026.107516）。论文于2026年9月15日接收。

本研究聚焦长期高脂饮食引起的心肌损伤及其潜在干预策略，旨在探讨白扁豆多糖（white hyacinth bean polysaccharide，WHBP）对高脂饮食诱导的心肌损伤的保护作用，并进一步揭示肠道菌群及其相关代谢产物在其中发挥的作用。

研究团队发现，WHBP能够显著改善高脂饮食诱导的小鼠肥胖、糖脂代谢紊乱及心肌组织损伤，同时减轻心肌炎症反应和氧化应激。机制研究表明，WHBP能够改善肠道屏障功能，重塑肠道菌群结构，并降低血清及心脏组织中苯丙氨酸的异常蓄积。进一步研究发现，WHBP可能通过恢复PPARα/PGC-1α/LCAD信号通路，促进线粒体脂肪酸氧化（FAO），改善三羧酸循环（TCA cycle）及ATP生成，从而缓解心肌能量代谢障碍。此外，WHBP还能够降低DRP1表达，并抑制TLR4/NF-κB介导的炎症信号。该研究提出了“肠道菌群-苯丙氨酸-心脏轴”这一潜在调控机制，为利用天然植物多糖干预肥胖相关心肌损伤提供了新的研究思路。

研究视角：从传统的抗炎、抗氧化研究拓展至肠道菌群-苯丙氨酸-心脏轴。

机制创新：将苯丙氨酸代谢异常与心肌线粒体脂肪酸氧化障碍联系起来。

研究不足：缺少粪菌移植和苯丙氨酸靶向干预，尚未完成关键机制的因果验证。

▶获取原文PDF文件，请关注本公众号，并在后台私信留言“20261103”，可自助获取！！！

☛或请关注本公众号“代谢与整合生物学”，然后点击下方链接，自动跳转下载页面：

代谢与整合生物学微信公众号-20261103.pdf

【摘 要】

长期高脂饮食（high-fat diet，HFD）被广泛认为是心血管疾病发生和发展的重要危险因素。本研究旨在探讨白扁豆多糖（white hyacinth bean polysaccharide，WHBP）作为一种潜在益生元功能性食品成分，能否减轻高脂饮食诱导的心肌损伤，并阐明其潜在作用机制。

本研究通过连续12周高脂饮食喂养建立肥胖小鼠模型，自第13周起，每日给予高脂饮食小鼠WHBP（25、50或100 mg/kg体重）干预，持续4周。结果显示，WHBP能够显著减轻高脂饮食诱导的心脏组织病理学损伤、炎症反应和氧化应激，并降低升高的肌酸激酶（creatine kinase，CK）和乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）水平，其中较高剂量组的改善效果更为明显。

此外，WHBP通过上调紧密连接蛋白ZO-1和Claudin-1的表达，改善肠道屏障完整性，并重塑肠道菌群组成，包括调节厚壁菌门与拟杆菌门的比例（Firmicutes/Bacteroidota ratio，F/B ratio），以及富集Akkermansia和Lactobacillus等有益菌属。

血清代谢组学分析发现，苯丙氨酸代谢是连接WHBP诱导的肠道菌群重塑与宿主代谢变化的重要桥梁通路。值得注意的是，高脂饮食还导致心脏组织中苯丙氨酸异常蓄积，而WHBP干预能够逆转这一变化，提示肠道与心脏之间的代谢相互作用可能参与高脂饮食诱导的心肌损伤。

机制研究表明，WHBP通过减少苯丙氨酸蓄积，上调过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARα）、过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α（PGC-1α）及长链酰基辅酶A脱氢酶（LCAD）的表达，恢复线粒体脂肪酸氧化功能，进而增强三羧酸循环（TCA cycle）活性和三磷酸腺苷（ATP）的生成。

综上所述，WHBP可通过调控肠道菌群-苯丙氨酸-心脏轴，减轻高脂饮食诱导的心肌损伤，提示其作为一种膳食干预策略，在改善肥胖相关心脏功能障碍方面具有潜在应用价值。

关键词： 白扁豆多糖；心肌损伤；高脂饮食；肠道菌群；线粒体脂肪酸氧化。

01

研究背景及科学问题

长期高脂饮食（high-fat diet，HFD）是肥胖及心血管疾病发生发展的重要危险因素。高脂饮食诱导的心肌损伤通常伴随心肌脂质异常蓄积、慢性炎症、氧化应激及线粒体功能障碍。心脏是机体能量需求最高的器官之一，主要依赖线粒体脂肪酸β-氧化（fatty acid oxidation，FAO）维持能量供应。其中，PPARα/PGC-1α信号通路是调控心肌脂肪酸氧化及线粒体能量代谢的重要机制。长期高脂饮食可扰乱心肌脂质代谢稳态，损害线粒体功能，导致ATP生成不足，进而加重心肌损伤。因此，恢复心肌线粒体能量代谢稳态被认为是改善肥胖相关心肌损伤的重要干预方向。

近年来，肠道菌群及其代谢产物在心血管疾病发生发展中的作用受到广泛关注。高脂饮食不仅能够破坏肠道屏障完整性、引起肠道菌群失衡，还可能通过改变肠源性代谢物的生成与循环水平影响心脏功能。其中，苯丙氨酸（phenylalanine，Phe）作为一种与肠道菌群代谢密切相关的芳香族氨基酸，其异常蓄积已被发现与心血管疾病、线粒体功能障碍及氧化应激有关。然而，肠道菌群介导的苯丙氨酸代谢变化是否参与高脂饮食诱导的心肌损伤，以及能否通过调节该代谢途径恢复心肌线粒体能量代谢，仍有待进一步研究。

天然植物多糖具有调节肠道菌群、改善代谢紊乱及减轻炎症反应等多种生物学活性。白扁豆多糖（white hyacinth bean polysaccharide，WHBP）是从白扁豆种子中提取的天然活性多糖，既往研究表明其具有抗氧化、抗炎、调脂及改善肠道菌群失衡等作用。然而，WHBP能否缓解高脂饮食诱导的心肌损伤，以及其心肌保护作用是否与肠道菌群介导的苯丙氨酸代谢及线粒体脂肪酸氧化有关，目前尚不明确。

基于上述背景，本研究重点围绕以下三个科学问题展开：

1. WHBP能否改善高脂饮食诱导的心肌损伤？评价其对肥胖相关糖脂代谢紊乱、心肌组织损伤、炎症反应及氧化应激的影响。

2. WHBP能否通过重塑肠道菌群，调节苯丙氨酸代谢？探讨WHBP对肠道屏障功能、肠道菌群组成及血清和心脏组织苯丙氨酸水平的影响，明确肠道菌群与心肌损伤之间潜在的代谢联系。

3. WHBP能否通过改善苯丙氨酸代谢异常，恢复心肌线粒体能量代谢？重点分析PPARα/PGC-1α/LCAD信号通路、线粒体脂肪酸氧化及ATP生成的变化，探索WHBP改善心肌损伤的潜在分子机制。

本研究旨在从“肠道菌群-苯丙氨酸-心脏轴”的角度，探索WHBP缓解高脂饮食诱导心肌损伤的潜在机制，为天然植物多糖干预肥胖相关心血管损伤提供新的实验依据和研究思路。

02

重要发现及亮点

1. 白扁豆多糖改善高脂饮食诱导的小鼠代谢紊乱

研究首先采用高脂饮食（HFD）喂养12周建立小鼠肥胖模型，随后分别给予低、中、高剂量白扁豆多糖（WHBP，25、50、100 mg/kg）干预4周，评价其对体重、糖代谢及血脂水平的影响。

研究发现，高脂饮食导致小鼠体重及心脏重量增加，葡萄糖耐量下降，并出现明显的血脂代谢紊乱。WHBP干预后，小鼠体重和心脏重量降低，葡萄糖耐量得到改善。同时，WHBP显著降低血清甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平，并在一定程度上提高高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平。

上述结果表明，WHBP能够改善高脂饮食诱导的肥胖及糖脂代谢紊乱，为进一步探讨其对肥胖相关心肌损伤的保护作用提供了依据。

图1：WHBP改善高脂饮食诱导的小鼠代谢紊乱。

（A）动物实验设计流程示意图；（B）各组小鼠体重变化；（C）心脏重量；（D）葡萄糖耐量试验曲线下面积（AUC）；（E–H）血清高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、甘油三酯（TG）及总胆固醇（TC）水平。数据以均值±标准差（SD）表示，n=3–6。***p<0.001，**p<0.01，*p<0.05。

2. 白扁豆多糖减轻高脂饮食诱导的心肌损伤、炎症反应及氧化应激

为进一步明确WHBP的心肌保护作用，研究通过心脏组织HE染色、生化指标检测及炎症因子分析，评价WHBP对高脂饮食诱导心肌损伤的影响。

HE染色结果显示，高脂饮食导致心肌细胞排列紊乱、细胞间隙增宽及心肌细胞肥大，而WHBP干预能够明显改善上述病理学改变，其中高剂量组改善更为显著。同时，WHBP显著降低心肌损伤标志物肌酸激酶（CK）和乳酸脱氢酶（LDH）水平。

进一步研究发现，WHBP能够降低促炎因子肿瘤坏死因子α（TNF-α）水平，提高抗炎因子白细胞介素10（IL-10）水平。此外，WHBP还能够提高超氧化物歧化酶（SOD）活性，降低脂质过氧化产物丙二醛（MDA）含量。

上述结果表明，WHBP不仅能够改善心肌组织病理损伤，还能够通过减轻炎症反应和氧化应激，发挥一定的心肌保护作用。

图2：WHBP减轻高脂饮食诱导的心肌损伤。

（A）心脏组织HE染色（×400）；（B）肌酸激酶（CK）水平；（C）乳酸脱氢酶（LDH）水平；（D）肿瘤坏死因子α（TNF-α）水平；（E）白细胞介素10（IL-10）水平；（F）超氧化物歧化酶（SOD）活性；（G）丙二醛（MDA）含量。数据以均值±标准差（SD）表示。***p<0.001，**p<0.01，*p<0.05。

3. 白扁豆多糖改善高脂饮食诱导的肠道屏障功能障碍

考虑到肠道屏障损伤可能促进肠源性炎症介质及代谢产物进入循环系统，研究进一步通过结肠组织HE染色和免疫组织化学染色，评价WHBP对肠道屏障完整性的影响。

结果显示，高脂饮食导致小鼠结肠黏膜结构受损，表现为腺体排列紊乱、黏膜萎缩及黏膜层变薄。WHBP干预后，结肠组织结构得到明显改善。

进一步检测发现，高脂饮食显著降低肠道紧密连接蛋白ZO-1和Claudin-1的表达，而WHBP干预能够显著上调上述蛋白的表达，改善肠道上皮屏障完整性。

上述结果表明，WHBP能够改善高脂饮食诱导的肠道屏障损伤，提示维持肠道屏障功能可能是其调节肠道微生态及发挥心肌保护作用的重要环节。

图3：WHBP改善肠道屏障完整性。

（A）结肠组织HE染色（×200）；（B）免疫组织化学染色检测ZO-1和Claudin-1的表达（×400）；（C）ZO-1免疫组化染色定量分析；（D）Claudin-1免疫组化染色定量分析。数据以均值±标准差（SD）表示，n=3。***p<0.001，**p<0.01，*p<0.05。

4. 白扁豆多糖重塑高脂饮食小鼠的肠道菌群结构

为了探讨WHBP对肠道微生态的调节作用，研究采用16S rRNA测序技术，分析不同处理组小鼠的肠道菌群多样性、菌群组成及潜在代谢功能。

研究发现，高脂饮食显著改变了小鼠肠道菌群结构，而WHBP干预能够调节菌群α多样性和β多样性，使肠道菌群组成向正常对照组趋近。高剂量WHBP还能够使厚壁菌门与拟杆菌门的比值（F/B ratio）趋近正常水平。

在菌属水平，高脂饮食降低了Akkermansia、Lactobacillus、Allobaculum等菌属的相对丰度，而WHBP干预能够改善部分菌属的丰度变化。进一步通过LEfSe分析发现，高剂量WHBP组中Ruminococcus、Anaerotruncus及Lactococcus等菌群显著富集。

此外，基于PICRUSt2的功能预测显示，WHBP干预与肠道菌群碳水化合物代谢、氨基酸代谢等相关功能的变化有关。

上述结果表明，WHBP能够重塑高脂饮食诱导的肠道菌群失衡，并可能通过调节肠道菌群相关代谢功能影响宿主代谢稳态。

图4：WHBP对高脂饮食小鼠肠道菌群多样性的影响。

（A）各组肠道菌群维恩图（Venn diagram）；（B）主坐标分析（PCoA）得分图；（C）Pielou均匀度指数及Shannon多样性指数分析；（D）门水平菌群相对丰度；（E）属水平菌群相对丰度；（F）厚壁菌门与拟杆菌门比值（F/B ratio）；（G）线性判别分析效应量（LEfSe）分析，LDA=3；（H）基于PICRUSt2的肠道菌群功能预测分析。数据以均值±标准差（SD）表示，n=5。***p<0.001，**p<0.01，*p<0.05。

5. 白扁豆多糖调节苯丙氨酸代谢并降低心脏组织苯丙氨酸蓄积

为进一步明确WHBP调节肠道菌群后可能影响的代谢通路，研究采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF/MS）开展非靶向血清代谢组学分析。

主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）显示，正常对照组、高脂饮食组及WHBP干预组之间存在明显的代谢谱差异，提示WHBP能够改变高脂饮食小鼠的血清代谢特征。

进一步通过KEGG通路富集分析发现，差异代谢物主要涉及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸代谢、不饱和脂肪酸生物合成、甘油磷脂代谢及三羧酸循环等通路。其中，苯丙氨酸代谢是与WHBP干预密切相关的重要代谢通路。

研究进一步检测血清及心脏组织中的苯丙氨酸水平，发现高脂饮食显著促进苯丙氨酸异常蓄积，而WHBP干预能够明显降低血清和心脏组织中的苯丙氨酸含量。

上述结果提示，苯丙氨酸代谢可能是连接WHBP介导的肠道菌群变化与心肌代谢改善的重要环节，为进一步探索“肠道菌群-苯丙氨酸-心脏轴”提供了代谢组学依据。

图5：WHBP对肥胖小鼠血清代谢谱的影响。

（A）正、负离子模式（ESI+/ESI−）下的主成分分析（PCA）得分图；（B）正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）得分图；（C）差异代谢物火山图；（D）差异代谢通路的KEGG富集分析；（E）血清及心脏组织中的苯丙氨酸水平。数据以均值±标准差（SD）表示，n=3。***p<0.001，**p<0.01，*p<0.05。

6. 肠道菌群变化与苯丙氨酸代谢异常密切相关

为了进一步探讨WHBP调节肠道菌群与苯丙氨酸代谢之间的潜在联系，研究整合16S rRNA测序和血清代谢组学数据，采用Spearman相关性分析，评估关键肠道菌属与血清代谢物之间的关系。

研究发现，苯丙氨酸及其相关代谢物酪氨酸与AF12、Odoribacter和Aerococcus等菌属的丰度呈显著正相关，而血清苯丙氨酸水平与Akkermansia、Allobaculum和Lactobacillus等菌属的丰度呈负相关。

此外，棕榈酸和硬脂酸等脂质代谢物与部分菌属的丰度呈正相关，而与Akkermansia、Allobaculum和Lactobacillus等菌属呈负相关。

上述结果表明，肠道菌群组成与宿主苯丙氨酸及脂质代谢状态密切相关，提示WHBP可能通过重塑肠道菌群，参与调节苯丙氨酸代谢及心脏代谢微环境。然而，这些相关性结果尚不能直接证明特定菌群对苯丙氨酸水平的因果调控作用。

图6：肠道菌群与血清代谢物之间的Spearman相关性分析。

热图展示了关键细菌属（行）与血清代谢物（列）之间的相关性。颜色深浅表示相关系数的大小，橙色表示正相关，蓝色表示负相关。热图上方及左侧的树状图表示层次聚类结果。***p<0.001，**p<0.01，*p<0.05。

7. 白扁豆多糖恢复线粒体脂肪酸氧化并改善心肌能量代谢

考虑到苯丙氨酸异常蓄积可能与线粒体功能障碍有关，研究进一步检测了心肌线粒体脂肪酸氧化及能量代谢相关蛋白和酶的变化。

免疫组织化学染色及Western blot结果显示，高脂饮食显著降低心肌组织中PPARα和PGC-1α的表达，同时下调脂肪酸氧化关键酶长链酰基辅酶A脱氢酶（LCAD）的表达，提示心肌线粒体脂肪酸氧化功能受到抑制。WHBP干预后，上述蛋白的表达得到明显恢复。

进一步检测能量代谢相关酶活性发现，WHBP能够提高苹果酸脱氢酶（MDH）活性，降低己糖激酶（HK）活性，并显著增加心肌组织中的ATP含量。

上述结果表明，WHBP可能通过恢复PPARα/PGC-1α/LCAD信号通路，改善线粒体脂肪酸氧化及心肌能量代谢障碍，从而减轻高脂饮食诱导的心肌损伤。

图7：WHBP对线粒体脂肪酸氧化的影响。

（A）免疫组织化学染色检测心脏组织中PGC-1α、PPARα及LCAD的表达（×400）；（B–D）PGC-1α、PPARα及LCAD免疫组化染色定量分析；（E–G）Western blot检测心脏组织中PGC-1α和PPARα的蛋白表达及其定量分析；（H–I）己糖激酶（HK）和苹果酸脱氢酶（MDH）活性；（J）心脏组织ATP含量。数据以均值±标准差（SD）表示，n=3。***p<0.001，**p<0.01，*p<0.05。

8. 白扁豆多糖改善线粒体质量控制并抑制TLR4/NF-κB炎症信号

为进一步探讨WHBP改善心肌线粒体功能及炎症反应的潜在机制，研究检测了线粒体动力学相关蛋白DRP1以及炎症信号相关蛋白TLR4和NF-κB的表达变化。

研究发现，高脂饮食显著上调心肌组织中DRP1的表达，同时伴随TLR4和NF-κB表达增加，提示线粒体动力学异常及炎症相关信号增强。

WHBP干预后，DRP1表达明显降低，同时TLR4和NF-κB表达受到抑制。结合前述PPARα/PGC-1α表达恢复、ATP生成增加及炎症指标改善等结果，提示WHBP可能有助于改善线粒体质量控制异常，并减轻心肌炎症反应。

上述结果进一步支持WHBP具有改善线粒体功能和抑制炎症反应的潜在作用，为其缓解高脂饮食诱导的心肌损伤提供了更多机制相关证据。

图8：WHBP对线粒体质量控制及TLR4/NF-κB信号通路的影响。

（A）免疫组织化学染色检测心脏组织中TLR4、NF-κB及DRP1的表达（×400）；（B–D）TLR4、NF-κB及DRP1免疫组化染色定量分析。数据以均值±标准差（SD）表示，n=3。***p<0.001，**p<0.01，*p<0.05。

【贡献】★★★★★

本研究通过动物实验、16S rRNA测序及非靶向代谢组学等多种技术，系统揭示了白扁豆多糖改善高脂饮食诱导心肌损伤的潜在机制。研究提出，WHBP可能通过重塑肠道菌群、降低苯丙氨酸异常蓄积，进一步恢复PPARα/PGC-1α介导的线粒体脂肪酸氧化及能量代谢，并改善心肌炎症和氧化应激状态。

该研究的亮点在于将肠道菌群变化、苯丙氨酸代谢异常与心脏线粒体能量代谢联系起来，从肠道-心脏轴的角度为肥胖相关心肌损伤提供了新的研究思路。

但该研究仍存在一定局限性：研究尚未通过粪菌移植、抗生素介导的肠道菌群清除或苯丙氨酸靶向干预实验，直接验证肠道菌群、苯丙氨酸与心肌保护之间的因果关系。因此，WHBP是否通过特定菌群直接调控苯丙氨酸代谢，以及苯丙氨酸降低是否是其改善线粒体功能的必要条件，仍需要进一步研究。

总体而言，该研究为天然植物多糖调节肠道微生态及宿主代谢、改善肥胖相关心血管损伤提供了新的实验依据，也为进一步探索肠道菌群-氨基酸代谢-心脏能量稳态之间的相互作用提供了研究方向。

免责声明：本公众号尊重并倡导保护知识产权，本文所引述观点、言论、图片及其他信息仅供参考和资讯传播之目的，希望能给读者带来科研的灵感。文章素材来源于Journal of Functional Foods官网原文编译，部分来源在线网站，如涉及版权，联系删除！

【中科院1区｜肝脏与胃肠病学TOP期刊】

【中科院1区｜Cell子刊】

【中科院1区｜肝脏与胃肠病学TOP期刊】