FSHW | 药用和食用植物中具有调节脂质代谢的天然产物结构及其作用机制|化合物|活性|细胞|胆固醇|脂质代谢|营养补充剂

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Introduction

脂质是人体重要的营养物质之一，在调节能量转换、物质运输、信息识别与传递、细胞发育与分化、细胞凋亡等多种生物过程中发挥着至关重要的作用。人体需要各种脂质来维持机体健康，但脂质水平异常会导致脂肪沉积在动脉壁上，引发血管内并发症，过多的脂质容易附着在血液循环的神经壁上，导致动脉粥样硬化疾病。研究表明，脂质代谢紊乱在癌症的发生和发展中起着重要作用，因为脂质代谢紊乱会导致各种基因和蛋白质的异常表达，以及细胞因子和信号通路的失调。脂质代谢障碍与一系列疾病错综复杂地交织在一起，包括代谢性疾病、心血管疾病、神经系统疾病、癌症和传染病等（图1）。

图1 与脂质代谢紊乱相关的疾病

目前，脂质代谢紊乱的治疗主要包括改变生活方式和使用各类脂质代谢调节剂，如他汀类药物、胆固醇吸收抑制剂、胆汁酸螯合剂等。虽然这些药物在临床上常用于治疗脂质代谢疾病，但其不良反应也不容忽视。例如，他汀类药物可引起肌病，胆固醇吸收抑制剂可引起胃肠道不适。因此，创新和开发高效、低毒的治疗药物迫在眉睫。

食药同源（FMH）的概念在中国由来已久，药食之间有着密切的关系。有些食物不仅能满足饱腹感，还具有促进健康和预防疾病的功能。中医认为，所有可食用的物质都含有一定的营养成分，有助于保持身体健康，如今从“药补”到“食疗”的转变越来越明显。大量研究表明，越来越多的天然产物在调节脂质代谢紊乱方面具有巨大潜力，尤其是那些蕴藏在药用和食用植物中的天然产物。例如，黄连中的小檗碱、莪术中丰富的姜黄素以及葡萄中的白藜芦醇。传统中药中的许多药用植物以及日常饮食中的蔬菜和水果都具有调节脂质代谢的作用，如图2所示。

图2 与血脂调节有关的药用和食用植物

Summary and discussion

天然产物是膳食补充剂（DSs）开发的重要来源之一。其中，从药用和食用植物中提取的生物活性化合物因其在调节脂质代谢方面的巨大潜力而脱颖而出，这些化合物主要分为苷类、萜类、多酚类（非黄酮类）、黄酮类、生物碱等不同类型。

糖苷是天然脂质代谢调节剂最重要的来源之一。在苷类中，许多活性分子已被实验证明具有调节脂质代谢的潜力。如葛根素可通过调节MMP8、ERK5/KLF2、AKT1等调节脂质代谢，进而改善脂质蓄积、炎症和动脉粥样硬化，实现对脂质代谢的调节；京尼平苷能加速C57BL/6和ApoE−/−小鼠体内胆固醇的逆向转运，将更多的胆固醇从血浆循环转移到肝脏，实现降脂的药理作用。其他具有调节脂代谢作用的糖苷类结构如图3所示。

图3 具有调节脂质代谢活性的糖苷结构

萜类化合物以异戊二烯为基本单位，广泛存在于自然界中，是各种草药的重要活性部分，我们总结了一系列具有调节脂质代谢潜力的萜类化合物，包括倍半萜类、二萜类、三萜类、四萜类和酯萜类，如图4所示。

图4 具有调节脂质代谢活性的萜类结构

多酚、酸和酯广泛存在于水果和蔬菜中，在调节脂质代谢中的活性备受关注。姜黄素能通过提高脂蛋白脂肪酶的活性和改变脂质和胆固醇基因的表达来降低血浆胆固醇和甘油三酯，不同浓度的姜黄素还可有效抑制FFAs诱导的细胞脂质积累。白藜芦醇通过调节SIRT1脂质合成途径，减少肾脏脂质沉积，最终改善糖尿病肾脏损伤。其他活性多酚类化合物如图5所示。

图5 具有调节脂质代谢活性的多酚类结构

黄酮类化合物大量存在于水果、蔬菜、谷物、树皮、根、茎、花、茶等天然植物中，是一类具有潜力的调脂类化合物。矢车菊素是一种天然花青素，存在于多种水果和蔬菜中。花青素能与调节细胞脂质代谢的关键转录因子LXRs结合，诱导LXRs的转录激活，进而降低细胞内胆固醇和TG的浓度，调节细胞脂质代谢。柚皮苷能提高脂肪细胞中AMPK的活性和AMPK磷酸化蛋白的表达，调节脂质代谢基因的表达。其活性黄酮类化合物如图6所示。

图6 具有调节脂质代谢活性的黄酮类结构

本文中还总结了部分具有调脂活性的生物碱类化合物。小檗碱具有通过调节肠道微生物群的组成和数量来改善肝损伤引起的糖脂代谢紊乱的巨大潜力，还可通过介导SIRT1-FoxO1-SREBP2信号通路，减少HepG2细胞中胆固醇的合成，缓解非酒精性脂肪肝。甜菜碱通过上调LXRα和PPARα的表达以及缓解内质网应激来实现脂质调节。其他活性生物碱类结构如图7所示。

图7 具有调节脂质代谢活性的生物碱类结构

此外，文中总结了5 个其他类型的化合物，它们都具有显著的调脂活性，如图8所示。

图8 具有调节脂质代谢活性的其他类型天然产物结构

随着研究的深入，各种活性天然产物调节脂质代谢的作用机制已被揭示。图9展示了几种多靶点天然产物调节脂质代谢的信号通路。这些天然产物可以减少脂质蓄积、胆固醇合成和吸收，并通过减轻炎症反应和动脉粥样硬化病变来改善脂质代谢紊乱。

图9 具有代表性的天然产物调节脂质代谢的信号通路

人们对从这些植物中寻找治疗疾病的线索有着浓厚的兴趣，但在将天然产品加工成食用产品时，可能会改变天然产物的特性。因此，选择能保留有效成分的加工技术对人体健康至关重要，如新出现的超微粉碎技术和非热加工技术等新技术。近年来一些调节脂质代谢新靶标的发现也可能推进脂质代谢相关疾病的治疗，如发现抑制IncRNA

Snhg9

的表达可调节小鼠肠道的脂质代谢。天然产物对miRNAs和IncRNA的调控可能为疾病治疗提供了一种有前景的选择。

Conclusion

通过总结药用和食用植物中的75 种天然产物，综述了它们调节脂质代谢的机制主要包括抑制脂质积累、改善ER应激、改善脂毒性环境、缓解炎症和改善线粒体功能障碍。研究还发现，通过这些调节机制，它们有可能在与脂质代谢紊乱有关的疾病中发挥治疗作用。然而，要确定它们对血脂的调节作用，还需要进行全面的研究和深入的临床试验。

第一作者简介

张信笺，女，在读研究生，2023年9月毕业于昆明医科大学药学专业，现为中国科学院大学在读硕士研究生。主要研究方向为具有重要生理功能的天然产物发现及活性评价。

通信作者简介

张于，男，博士，中国科学院昆明植物研究所研究员/课题组长/博士生导师，中国科学院昆明植物研究所药物化学专业博士毕业，美国北卡罗莱纳大学教堂山分校药学院访问学者，云南省中青年学术和技术带头人、云南省高层次人才培养支持计划青年拔尖人才专项、中国科学院青年创新促进会会员、中国科学院西部青年学者。主要从事植物化学与天然药物研究工作，重点关注药/食用植物中天然产物结构、活性及作用机制研究，目前已发现1000余个天然产物，其中新结构300余个， 10个新结构被天然产物化学权威期刊Natural Product Reports评选为重要研究进展。目前以第一或通信作者在Protein & Cell、Organic Letters、Journal of Natural Products、Food Science and Human Wellness等权威期刊发表SCI论文60余篇，第一发明人授权专利5项；主持十四五国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上、云南省重点研发计划课题、云南省应用基础研究计划重点等基金，先后获云南省自然科学一等奖和广西自然科学二等奖。

The structures and regulatory roles of natural products in lipid metabolism: focus on medicinal and edible plants

Xinjian Zhanga,b, Sheng Lia, Bodou Zhanga,b, Yu Zhanga,*

a State Key Laboratory of Phytochemistry and Natural Medicines, Kunming Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650201, China

b University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

*Corresponding author.

Abstract

Lipids are essential for normal life activities and biological functions of the human body, and disorders of lipid metabolism produce a lipotoxic environment, endoplasmic reticulum (ER) stress, inflammation, and cell death, which can lead to a variety of diseases in the body. It has been found that lipid metabolism disorders are closely associated with brain injury disease, cancer, metabolic disease, cardiovascular disease (CVD), respiratory disease and infectious disease. In recent years, many medicinal and edible plants such as Pueraria lobata, Gardenia jasminoides, Curcuma longa, citrus fruits, peanuts, etc. have shown great potential in regulating lipid metabolism and some of the hidden active components showed innovative mechanisms. AMPK, PPARγ, SIRT1, Foxp3, NLRP3, and Keap1 are increasingly recognized as therapeutic targets in the field of regulating lipid metabolism. This study aims to provide a comprehensive review of natural lipid-regulating modulators in medicinal and edible plants and their mechanism of actions, which offer valuable references for the discovery of natural lipid metabolism modulators and a therapeutic strategy for treatment of lipid metabolism-related diseases.

Reference:

ZHANG X J, LI S, ZHANG B D, et al. The structures and regulatory roles of natural products in lipid metabolism: focus on medicinal and edible plants[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(5): 9250365. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250365.