色氨酸对压力摄食的调节作用及机制研究

作     者：尹立峰 

作者单位：上海海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱永恒

授予年度：2023年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083201[工学-食品科学] 

主      题：慢性不可预知温和应激 色氨酸 下丘脑 食欲调节因子 AgRP 

摘      要：应激(Stress)又称为压力,是当身体应对超出自身所能接受的刺激的时候所表现出的一种系统性的、非特异性的反应。长期暴露于压力环境下会引起机体的一系列生理和行为反应,这会显著改变人类等哺乳动物的代谢和行为状态。我国正在飞速地发展,同时也伴随着社会生活工作节奏的加快,使得当代人的各个层面压力正在不断地增加,越来越多的人出现各种躯体和精神方面的异常症状,其中食欲很大程度上受到应激影响。压力摄食通常是指缓解环境压力并改善情绪而进行摄取食物的行为。应激对食欲的影响已有大量研究,然而,对于应激源停止(或脱离应激环境)后食欲的变化及机制的研究甚少,并缺乏有效的营养干预措施。色氨酸(Tryptophan,Trp)是一种必需的芳香族氨基酸,是大量微生物和宿主代谢产物的生物合成前体。由于色氨酸不是由动物细胞产生的,人类依赖于外源性,主要是从饮食中摄入。常见的色氨酸天然食物来源包括燕麦、香蕉、牛奶、金枪鱼、奶酪、面包、家禽、花生和巧克力。世界卫生组织推荐色氨酸摄入量设定为4mg/kg/day。迄今为止,还没有报告饮食中过量色氨酸的不良影响。已有研究表明Trp具有改善不良情绪、食欲异常以及调控肠道菌群结构等作用。但目前针对Trp在压力摄食的干预作用及其潜在机制依然尚不明确。本实验研究选取压力应激模型——慢性不可预知温和应激(chronic unpredictable mild stress,CUMS)模型,对小鼠进行压力造模,采用色氨酸进行改善干预。主要研究内容与实验结果如下:(1)以6-8周龄雄性C57BL/6小鼠为研究对象,采用为期12-15周的CUMS实验,以探究慢性应激对小鼠情绪以及食欲的影响。结果表明,CUMS导致小鼠进食量明显增加且伴有焦虑样行为和抑郁样行为。此外,本研究结果发现,CUMS组小鼠摄食量相较于对照组小鼠明显升高,而CUMS组小鼠体重却低于对照组,我们分析结果后认为,小鼠应激后摄取的依然是标准饲料,并不能补偿应激所消耗的能量,所以尽管摄食量升高,其体重处于下降状态。有趣的是,应激源停止后小鼠摄食量显著降低。(2)为深入探究慢性应激对小鼠肠道菌群以及其代谢产物的影响,本研究采用16S r RNA测序的方式进行分析,结果发现,CUMS显著影响小鼠肠道菌群结构,明显改变乳酸杆菌Lactobacillus的相对丰度,使Lactobacillus丰度降低,且这类有益菌可以将色氨酸转化成血清素,对色氨酸代谢途径有重要影响;进一步利用血清非靶向代谢组学发现,CUMS也能够降低5-羟基色氨酸以及犬尿喹啉酸等色氨酸代谢物的含量。结合上述分析,锁定色氨酸代谢途径在压力摄食中的关键调控作用。(3)为进一步探索色氨酸及其代谢产物对CUMS小鼠情绪异常及摄食异常的调控机制,我们同样采用6-8周龄雄性C57BL/6小鼠为研究对象,以灌胃的方式进行21天的Trp补充(低剂量100 mg/kg·bw,高剂量300 mg/kg·bw)。研究发现,补充Trp可显著改善CUMS小鼠的焦虑样行为、抑郁样行为并逆转压力摄食导致的食欲异常增加。免疫组织化学染色及RT-q PCR结果表明Trp可抑制刺鼠相关蛋白(agouti-related protein,Ag RP)和食欲素1型受体(orexin receptor 1,OX1R)等促进食欲调节因子的表达,以及促进瘦素受体(leptin receptor,LEPR)、5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)受体亚型5HT、5HT和黑素皮质素受体(melanocortin receptor,MCR)等抑制食欲的调节因子的表达。综上所述,慢性应激会导致小鼠出现食欲异常增加并伴随抑郁情绪。此外,慢性压力改变肠道微生物的组成,并显著降低色氨酸代谢产物含量,导致色氨酸代谢途径紊乱。补充Trp可改善应激导致的食欲异常增加并减轻焦虑样行为及抑郁样行为。这为探索氨基酸及其代谢产物靶向改善压力摄食的有效途径提供一定的理论基础。