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【J. Adv. Res. 】 TOW-INT System zur Überwachung des tierischen Energiestoffwechsels hilft, den Mechanismus von Alginat-Oligosacchariden aufzudecken

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Die Forschung an der CAU zeigt, dass AOS Fettleibigkeit verhindern, indem sie den Energieverbrauch von braunem Fett erhöhen, nicht von GM. Tow-Int metabolic systems bestätigte die Ergebnisse.

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Abstrakt

1. September 2025 - Professor Jiang Zhengqiang (National Science Fund for Distinguished Young Scholars, korrespondierender Autor) und Professor Yang Shaoqing (National Science Fund for Excellent Young Scholars, korrespondierender Autor) vom College of Food Science and Nutritional Engineering an der China Agricultural University veröffentlichten eine Forschungsarbeit mit dem Titel "Alginate oligosaccharides prevent and treat obesity by promoting brown fat thermogenesis rather than regulating gut microbiota" (Alginat-Oligosaccharide verhindern und behandeln Fettleibigkeit, indem sie die Thermogenese des braunen Fettgewebes fördern, anstatt die Darmmikrobiota zu regulieren) in der international maßgeblichen Zeitschrift Journal of Advanced Research (Top, Q1, IF2024=13).

Diese Studie deckte systematisch einen neuen Mechanismus auf, durch den Alginat-Oligosaccharide (AOS) Fettleibigkeit wirksam verhindern und behandeln - indem sie die Thermogenese des braunen Fettgewebes fördern und den Energiestoffwechsel verbessern, anstatt sich auf die Regulierung der Darmmikrobiota zu verlassen. Bei dieser Forschung lieferte das TOW-INT-System zur Überwachung des Energiestoffwechsels bei Tieren wichtige Daten für die genaue Messung von Energiestoffwechselparametern und diente als eines der wichtigsten Versuchsinstrumente.

Forschungshintergrund

Fettleibigkeit ist zu einem globalen Problem der öffentlichen Gesundheit geworden und steht in engem Zusammenhang mit Stoffwechselkrankheiten wie Typ-2-Diabetes, nichtalkoholischen Fettlebererkrankungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Gängige Medikamente gegen Fettleibigkeit wie Orlistat und Liraglutid sind zwar einigermaßen wirksam, haben aber mit erheblichen Nebenwirkungen und einer erneuten Gewichtszunahme nach Absetzen der Medikamente zu kämpfen. Daher ist die Suche nach sicheren und wirksamen natürlichen Wirkstoffen zu einem Forschungsschwerpunkt geworden.

Als natürliches funktionelles Oligosaccharid wurden Alginat-Oligosacchariden verschiedene physiologische Aktivitäten wie antioxidative, entzündungshemmende und immunmodulatorische Wirkungen zugeschrieben. Ihr spezifischer Mechanismus zur Vorbeugung und Behandlung von Fettleibigkeit blieb jedoch unklar. Diese Studie ist die erste, die mit Hilfe von Multimodell- und Multi-omics-Ansätzen systematisch einen neuen Weg aufzeigt, über den AOS Fettleibigkeit durch die Aktivierung von braunem Fett und die Verbesserung des Energiestoffwechsels unabhängig von der Darmmikrobiota bekämpfen.

Forschungsdesign und Hauptergebnisse

1. AOS beugen Fettleibigkeit signifikant vor und behandeln sie, mit einer mit Orlistat vergleichbaren Wirksamkeit
Anhand eines 12-wöchigen Modells zur Vorbeugung von Fettleibigkeit und eines 8-wöchigen Behandlungsmodells wurde in der Studie festgestellt, dass 1000 mg/kg AOS die durch eine fettreiche Diät hervorgerufene Gewichtszunahme, Fettansammlung und Lebersteatose signifikant hemmten, wobei die Wirkung mit der des positiven Kontrollmedikaments Orlistat vergleichbar war. Bemerkenswert ist, dass die AOS die Nahrungsaufnahme nicht verringerten, sondern sogar die Energieaufnahme in gewissem Maße erhöhten, was darauf hindeutet, dass ihr Wirkmechanismus mit der Steigerung des Energieverbrauchs zusammenhängen könnte.

2. Eine Antibiotikagabe verringerte die Wirkung von AOS nicht, was auf einen von der Darmmikrobiota unabhängigen Mechanismus hindeutet
Um weiter zu prüfen, ob die AOS über eine Modulation der Darmmikrobiota wirken, setzte das Forscherteam Breitbandantibiotika ein, um die Darmmikrobiota zu dezimieren. Die Ergebnisse zeigten, dass die AOS auch nach der Entfernung der Darmmikrobiota die Fettleibigkeit und damit zusammenhängende Stoffwechselindikatoren wirksam verbesserten, was darauf hindeutet, dass ihr Wirkmechanismus unabhängig von der Darmmikrobiota ist.

3. AOS verbessern den Energiestoffwechsel und aktivieren die Thermogenese von braunem Fett
Nach der Überwachung der Versuchsmäuse mit dem TOW-INT Animal Energy Metabolism Monitoring System stellten die Forscher fest, dass die mit AOSs behandelte Gruppe einen signifikant erhöhten Sauerstoffverbrauch (VO₂), eine erhöhte Kohlendioxidproduktion (VCO₂) und einen erhöhten Energieverbrauch (EE) aufwies, zusammen mit einem verringerten Atmungsaustauschverhältnis (RER), was darauf hindeutet, dass der Körper mehr Fett als Energiequelle nutzte. Weitere Studien ergaben, dass AOS die Expression wichtiger thermogener Gene und Proteine wie UCP1, PGC1α und PRDM16 im braunen Fettgewebe signifikant erhöhte und die mitochondriale Biogenese und Funktion förderte, wodurch die thermogene Kapazität gesteigert wurde.

4. AOS lindern systemische Entzündungen und oxidativen Stress
Zur Klärung der Funktion der aus den LEC stammenden CTSS wurde in der Studie ein Prox1-creER²; Ctssflox/flox konditionales Knockout-Mausmodell konstruiert. Nach Tamoxifen-Induktion verzögerte der LEC-spezifische Ctss-Knockout die Abbaugeschwindigkeit extravasierter Erythrozyten in den CLNs signifikant und verbesserte effektiv die durch SAH induzierten neurologischen Defizite und die Neuroinflammation. Auch die systemische Verabreichung des niedermolekularen CTSS-Inhibitors LY3000328 führte zu einer konsistenten neuroprotektiven Wirkung.

5. Intraperitoneale Injektion von AOSs war ebenfalls wirksam, was auf eine systemische Wirkung hindeutet
Die Studie ergab auch, dass selbst die intraperitoneale Injektion einer niedrigen AOS-Dosis (200 mg/kg) die Stoffwechselstörungen bei fettleibigen Mäusen signifikant verbesserte, was ein weiterer Beleg dafür ist, dass AOS über das Kreislaufsystem direkt auf das Stoffwechselgewebe wirken könnte und nicht nur durch lokale Effekte im Darm.

TOW-INT System zur Überwachung des Energiestoffwechsels bei Tieren: Der "Goldstandard" für die Energiestoffwechselforschung

In dieser Studie übernahm das TOW-INT-System zur Überwachung des Energiestoffwechsels bei Tieren die kritische Aufgabe der Messung von Energiestoffwechselparametern und lieferte direkte, zuverlässige und hochpräzise Daten, die die Feststellung untermauern, dass AOS den Energieverbrauch steigern und die Fettoxidation fördern. Mit diesem System konnten die Forscher Parameter wie VO₂, VCO₂, RER und EE bei Mäusen kontinuierlich überwachen und so den Mechanismus klären, mit dem AOSs Fettleibigkeit durch die Verbesserung der Thermogenese des braunen Fetts und des Ganzkörper-Energiestoffwechsels bekämpfen.

Die Vorteile des Systems umfassen:

Hochpräzise Gasanalyse: Echtzeit-Überwachung der O₂- und CO₂-Konzentrationen zur genauen Berechnung des Energieverbrauchs und der Substratnutzung.

Langfristiger unbeaufsichtigter Betrieb: Unterstützt die gleichzeitige Überwachung mehrerer Käfige und passt sich so den Anforderungen von Langzeit-Stoffwechselexperimenten an.

Umfassende Datenvisualisierung: Die professionelle Software ermöglicht die Echtzeit-Anzeige von Stoffwechselkurven und multidimensionale Analysen.

Kompatibilität mit verschiedenen Tiermodellen: Geeignet für Mäuse, Ratten, Wasserorganismen, Insekten, Kaninchen, Hunde, Schweine, Rinder, Schafe, Pferde, Affen und sogar Menschen, weit verbreitet in der Forschung im Zusammenhang mit Fettleibigkeit, Diabetes, Energiestoffwechsel, und mehr.

Auswirkungen auf die Forschung und Anwendungsperspektiven der Geräte

Diese Studie liefert nicht nur eine solide wissenschaftliche Grundlage für die Entwicklung von Alginat-Oligosacchariden als natürliche Inhaltsstoffe gegen Fettleibigkeit, sondern bietet auch neue Perspektiven für die Energiestoffwechselforschung. Das TOW-INT-System zur Überwachung des Energiestoffwechsels bei Tieren hat als zentrales Instrument in der Energiestoffwechselforschung eine Schlüsselrolle in zahlreichen innovativen Stoffwechselstudien gespielt und den Forschern geholfen, die tiefgreifenden Mechanismen des Energiehaushalts aufzudecken.

In Zukunft wird das Energie-Stoffwechsel-Überwachungssystem mit der tiefgreifenden Entwicklung der Präzisionsernährung und der Forschung zur metabolischen Gesundheit eine noch größere Rolle in den folgenden Bereichen spielen:

Bewertung funktioneller Lebensmittel: Bewertung der Auswirkungen von Komponenten wie Oligosacchariden, Ballaststoffen und Polyphenolen auf den Energiestoffwechsel.

Entwicklung von Arzneimitteln: Bewertung der Auswirkungen von Medikamenten zur Gewichtsreduzierung, Hypoglykämie-Medikamenten usw. auf den Energieumsatz.

Umwelt- und verhaltensorientierte Stoffwechselforschung: Untersuchung der Regulierung des Energiestoffwechsels durch Faktoren wie Temperatur, Bewegung und Licht.

Metabolische Phänotypisierung von genetisch bearbeiteten Modellen: Analyse der Merkmale des Energiestoffwechsels in Modellen wie UCP1 oder PGC1α-Knockout.

TOW-INT System zur Überwachung des Energiestoffwechsels bei Tieren: Sichtbare Daten für die Energiestoffwechselforschung.

【Reference】

[1] Xu Y, Jiang J, Li T, et al. Alginate oligosaccharides prevent and treat obesity by promoting brown fat thermogenesis rather than regulating gut microbiota[J]. Journal of Advanced Research, 2025.