FSHW | 蜂王浆对自然衰老小鼠血清和脑部脂质代谢的调节作用|代谢物|胆固醇|脂类|脂质|蜂王浆|血清

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Introduction

众所周知，从出生到死亡，生命的每个阶段都涉及代谢系统。在代谢过程中，机体对特定刺激或疾病状态做出响应，并产生特定的代谢物，这些代谢物能够提供有关身体实际状态的内部信息。实际上，代谢物代表分子生物学的最终结果，是已经发生的生物事件。血脂在脂质转运和代谢中起着至关重要的作用，是最重要的生化指标之一，具有较高的临床相关性。衰老常伴有脂质代谢失调，表现为TC、TG、LDL-C水平升高，HDL-C水平降低。血脂异常是糖尿病和心血管疾病(CVD)等神经病变的危险因素，LDL-C水平升高可能损害周围神经的微循环，从而增加神经病变的风险。另外，脑占人体总重量的2%，每天消耗的能量占到全身基础代谢的20%，是人体最活跃的代谢器官之一；且与其他器官相比，脑中脂质含量和多样性最丰富，占其干重的40~75%，且脂质在生理学中发挥许多重要的功能，如能量储存、细胞膜的构成和细胞信号传导等，脂质代谢异常可促进衰老以及诱发多种疾病，如神经退行性疾病、心血管疾病、糖尿病和肥胖症等，脂质代谢的变化与人类健康和疾病密切相关。

全球人口老龄化问题日益加剧，衰老研究也备受关注。蜂王浆作为公认的天然抗衰老功能食品备受国内外消费者喜爱。蜂王浆（Royal jelly，RJ）是由5-15日龄哺育蜂头部腺体（咽下腺和上颚腺）共同分泌的天然浆状物质，颜色呈淡黄色或乳白色，是1-3日龄蜜蜂幼虫的食物，也是蜂王终身唯一的食物，对雌性蜜蜂级型分化起决定性作用。蜂王浆主要成分包含水分（60%~70%）、碳水化合物（7%~18%）、蛋白质（9%~18%）、脂类（3%~8%）、矿物质（铁、钾、钠、钙、镁、锰等）、氨基酸（赖氨酸、组氨酸、甲硫氨酸等）、维生素以及核苷酸等。这些化学成分相互协同作用，赋予了蜂王浆众多的生物学功能（如下图），被广泛应用于食品、医药和化妆品等行业。

尽管蜂王浆对多种衰老生物模型具有延缓衰老的生物学功能（如下图），然而其对自然衰老小鼠的干预效果和潜在机制仍不明确。江西科技师范大学生命科学学院陈丽丽博士、北京工商大学食品与健康学院罗丽萍教授（通信作者）等在本文基于脂质组学研究分析了蜂王浆对自然衰老小鼠血脂和脑部脂质代谢物的影响及可能的机制，系统分析了脑部脂质组成，明确相关脂质代谢标志物和生物途径，并揭示了脑衰老与脂质代谢之间的关系。深入了解了蜂王浆对生物体健康寿命的潜在益处，也为衰老领域的研究和抗衰老产品开发提供新的理论数据。

图1 蜂王浆的化学成分及其生物学功能在不同实验模型中的研究

结果与讨论

蜂王浆对自然衰老小鼠血清中相关指标的调节作用

与YC组（青年组）相比，OC组（老年组）小鼠血清TG、TC和LDL-C浓度分别显著增加了60.53%，17.57%和181.82%。而蜂王浆干预后，RJ组（蜂王浆干预组）小鼠血清中TG、TC和LDC-C浓度较OC组分别降低了31.15%、9.96%、22.58%。可能是蜂王浆抑制了肝X受体α的活性，从而减少了甘油三酯在血清中的积累。蜂王浆中MRJP1和MRJP2可通过减少胆固醇在空肠中的溶解度来减少其吸收量，从而促使多余的胆固醇通过粪便中排除体外，已达到降低胆固醇水平的效果。也有可能是蜂王浆干预后，合成胆固醇的关键酶（角鲨烯环氧酶-SQLE）的基因表达减少。此外，与YC组相比，OC组小鼠脑组织切片显示出较为明显的结构变化，即神经细胞数量明显减少，细胞萎缩变小且模糊，排列也较为松散。而蜂王浆干预后，衰老小鼠的脑组织切片展示出神经细胞数量增多且排列紧密，细胞核和核膜清晰，与YC组小鼠结果相近。

图2 三组小鼠血清的血脂代谢(A)及脑组织组织病理学观察(B)

脑组织脂质组成分析

脂质对生物体至关重要，具有能量储存（如甘油三酯）、参与生物膜的形成（如磷脂、糖脂和固醇）、细胞信号转导（如类固醇）、调节细胞膜流动性、保护和绝缘、调节代谢等诸多生物学功能。特别是大脑中含有极其丰富的复杂脂质，对大脑的完整性、维持正常的脑功能起着至关重要的作用。同样，本研究对脑组织进行了脂质组学分析，如图3所示，共鉴定出1 490 种脂质化合物，其中正离子模式下642 种，负离子模式下848 种，覆盖了39 种脂类亚类。正如预期那样，大脑含有非常丰富的各类脂质，主要分为6大类：甘油磷脂类（Glycerophospholipids，GPs）961 种占总脂质的64.4%、甘油脂类（Glycerolipids，GLs）311 种占比20.8%、鞘脂类（Sphingolipids，SPs）124 种占比8.3%、脂肪酰类（Fatty acyls，FAs）78 种占比5.2%、甾醇酯类（Sterol lipids，STs）13 种占比0.8%和异戊烯醇酯类（Prenol lipids，PRs）3 种占比0.2%。GPs是小鼠大脑中含量丰富的脂质类别，其次是GLs和SPs。

图3 脑组织中脂质一级大类和二级分类，主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）

蜂王浆对自然衰老小鼠脑脂质中醚脂相对含量的影响

甘油磷脂通常以酯键连接到甘油主链的sn-1和sn-2位置的脂肪酰基链，如果在sn-1位置上通过醚键连接了烷基烃链，则被称为醚脂。这种独特类型的甘油磷脂是由过氧化物酶体衍生并在内质网中形成，与醚脂相连的极性头部含有磷酸基团，该基团通常是胆碱或乙醇胺。醚脂约占哺乳动物总磷脂20%，在大脑、心脏和脾脏中含量最高，肝脏中含量较少。醚脂被认为是潜在的内源性抗氧化剂（自由基清除剂），可以减轻氧化应激，对分子、细胞和组织具有保护作用，参与细胞分化和信号传导，衰老常常伴随着特定醚脂水平的下降。在衰老小鼠脑组织中，连接磷脂酰胆碱（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组均显著低于YC 组。然而，蜂王浆干预可使上述6 种醚脂水平升高至与YC组接近。由此可见，蜂王浆提高了衰老小鼠脑组织中特定醚脂的相对含量，反映出其较好的抗氧化能力和相对健康的脂质状况，对衰老脑组织的保护作用。

图4 蜂王浆对自然衰老小鼠脑脂质中醚脂相对丰度的影响

蜂王浆对自然衰老小鼠脑甘油磷脂类相对含量的影响

蜂王浆处理后对衰老小鼠脑组织中各甘油磷脂亚类的影响如图5所示，以磷脂酰丝氨酸（PS）为例，与YC和RJ组相比，OC组PS（15:1_22:5）含量较高，分别升高了88.50%和76.46%。相比之下，OC组中未检测到PS（16:0/25:0），而OC组的PS（18:0/24:0）和PS（20:0/16:1）显著低于YC组。多项研究表明异常的甘油磷脂代谢与肠道菌群组成改变密切相关。这也为探索衰老过程中肠道菌群组成变化与脂质相关性提供了思路。脂质与衰老之间的关系归因于特定脂质类别中较低或较高的脂质浓度，尽管大多数这些变化的功能意义仍有待阐明，但可以揭示一定的变化规律。总之，衰老可引起脑组织中GPs、STs和SPs代谢的变化，蜂王浆干预可有效上调或下调衰老脑组织中相关脂质代谢。

图5 蜂王浆对自然衰老小鼠脑脂质中甘油磷脂类相对丰度的影响

蜂王浆对自然衰老小鼠脑脂质差异代谢物k均值聚类分析

为了进一步表征三组中不同脂类的变化趋势，本研究使用无监督学习的k均值（k-means）聚类算法，根据它们的相似性对脂类进行分类。在两两比较中，与YC组相比，OC组的5和7亚类脂质持续增加，而3和8和。有趣的是，与OC组相比，RJ组在3、5、7、8亚类中表现出上调或下调的趋势，与YC组接近。各亚类脂质组成不同，其中3亚类和8亚类中存在PE-O和BMP，其中3亚类中以PE-O为主要脂质组成，占比23.8%，与OC组相比，RJ干预后其变化趋势为上调，与8亚类一致。而5、7亚分类中为发现PE-O和BMP。同时，不难发现，5亚类和7亚类中TG的比例较高（分别为45.45%和30.43%），且OC组中TG水平最高。这一现象提示每组的亚类脂质可能协同调节或具有相关功能。

图6 三组小鼠脑脂质分子的k-均值聚类变化趋势

蜂王浆对自然衰老小鼠脑差异脂质代谢物KEGG分类及富集

本研究使用KEGG化合物数据库（http://www.kegg.jp/kegg/compound/）对差异脂质代谢物进行注释，并将其映射到KEGG通路数据库(http://www.kegg.jp/kegg/pathway.html)。这些差异脂质代谢物在生物体内相互作用，形成多种途径。如图所示，对OC组和RJ组的差异代谢物进行注释后，共分为5大类，包括生物体系统（Organismal systems）、代谢（Metabolism）、人类疾病（Human diseases）、环境信息处理（Environmental information processing 和细胞进程（Cellular processes）。每种类型的脂质代谢物数量和比例不同，代谢途径也不同。生物体系统中脂肪的消化吸收比例最高（59.18%），其次是产热作用（57.14%）、维生素消化吸收（55.1%）。代谢中主要是代谢途径（类固醇生物合成）占比最高（91.84%）、其次甘油脂代谢（64.29%）、甘油磷脂代谢（36.73%）以及脂肪酸（亚油酸、花生四烯酸、α-亚麻酸）代谢。人类疾病分类中主要是胰岛素抵抗（56.12%）和脂质和动脉粥样硬化（55.1%）占比较高。随后，进行KEGG富集分析以探索这些差异脂质分子的潜在功能。如图所示，OC组和RJ组的差异代谢物富集程度较高且显著的通路共有8 条，说明蜂王浆主要通过维生素消化吸收、产热、脂肪细胞中脂肪分解的调控、脂质和动脉粥样硬化、胰岛素抗性、甘油脂类代谢、脂肪的消化与吸收和胆固醇代谢这8 条通路调节衰老小鼠的脑组织脂质代谢。如甘油脂类代谢是一种较复杂的代谢，主要参与细胞膜对蛋白质的识别和信号传导；胆固醇代谢参与到体内多种物质的代谢过程，比如糖类的代谢、脂肪和蛋白质的代谢，影响细胞膜的流动性；脂质和动脉粥样硬化脂类代谢紊乱是导致动脉粥样硬化形成的主要因素之一。

总之，在衰老过程中，脑脂质组成和相对含量都会发生不同程度的变化，而这些物质的改变最终会导致机体生理功能逐渐减退。这是由复杂的代谢调控网络共调节引起的，同时也显示出大脑功能的维持依赖于这些代谢通路协同作用。因此，本研究的发现将有助于深入理解异常脑脂质代谢及其在脑衰老或脑疾病中的作用。

图7 老年组与蜂王浆组差异脂质代谢物的KEGG通路分类（A）及富集分析（B）

蜂王浆对自然衰老小鼠脑Nrf2/HO-1信号通路的影响

实际上，研究人员对不同年龄人类或动物模型的脑组织差异脂质代谢物进行了大量的探讨。然而，由于个体的代谢异质性、组织区域特异性以及脂质结构的复杂性，验证脑脂质在衰老过程中的具体作用变得困难。因此，根据上述实验结果显示，蜂王浆提高了衰老小鼠脑组织中MUFA/PUFA比值，酰基肉碱水平以及醚脂水平等指标效果，表明其在抗氧化和应对氧化应激方面具有显著效果。此外，先前一些报道也发现，蜂王浆能够增强衰老和衰老疾病模型动物组织的抗氧化能力。为进一步验证其在抵抗氧化应激方面的作用，本文通过分析典型氧化应激信号通路（Nrf2/HO-1，Nuclear factor erythroid 2 -related factor 2/Heme oxygenase-1）中相关基因的表达来揭示蜂王浆抗衰老作用机制。目前，多种信号通路均被证实可导致大脑衰老，如氧化应激增加，炎症，能量代谢紊乱，自噬失控，线粒体功能障碍等。其中氧化应激被认为是衰老和衰老相关疾病的关键罪魁祸首，损害身体的各个部位，特别是中枢神经系统。Nrf2/HO-1通路是体内最重要的抗氧化系统之一。如图结果所示，Nrf2在YC和RJ组中的表达水平显著高于OC组（P < 0.05），同时，蜂王浆干预后血红素加氧酶1（HO-1）、谷胱甘肽过氧化物酶1（Gpx-1）和SOD基因表达水平较OC组也有所增加，且与YC组接近。此外，也观察到，相对于OC组，RJ组脑组织炎症因子IL-6表达水平显著降低（P < 0.05），IL-1β表达水平也呈下降趋势。表明蜂王浆可通过提高抗氧化能力和减少炎症来缓解脑衰老。

图8 Nrf2/HO-1通路与衰老的关系以及蜂王浆对自然衰老小鼠脑组织中衰老相关基因表达量的影响

Conclusion

本研究从脂质组学的角度为RJ改善自然衰老小鼠脑脂质代谢提供了证据。RJ可通过降低TG、TC和LDL-C有效改善血脂，并通过使神经细胞结构和分布正常化对脑组织具有保护作用。脂质组学分析还显示，在RJ干预后，甘油磷脂和鞘脂减少，脂肪酰和甾醇脂增加。RJ可上调衰老小鼠脑组织中Car及部分抗氧化剂醚酯水平，增加MUFA/PUFA比值，减缓脂质过氧化。本研究为脂质代谢与衰老之间的联系提供了重要的见解，并表明RJ的早期干预是一种有效的预防衰老的策略，并将对理解年龄依赖性代谢疾病的发病机制有意义。

第一作者简介

陈丽丽，女，博士，江西科技师范大学生命科学学院。副教授，硕士生导师，高级公共营养师，2024年度中国知网高被引学者Top 1%。主要从事食品贮藏与加工，食品风味与营养健康以及食物资源开发与利用等领域的研究。目前主持横向课题2 项，主持完成省级科研项目2 项，开放课题3 项，校级重点教改课题1 项，参与多项国家级和省级项目；在国内外知名期刊上发表SCI、EI和CSCD等收录的学术论文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.