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一作解讀

來源:泰然健康網(wǎng) 時間:2025年09月05日 06:21

胃腸道含有人體最大的免疫器官,還有大量的微生物。微生物在宿主體內(nèi)平衡中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,如產(chǎn)生代謝物、抵抗病毒和病原體感染以及促進(jìn)免疫系統(tǒng)成熟。由于腸道微生物群調(diào)節(jié)的代謝物,提供不易消化的化合物可以對宿主帶來有益的生理作用;其中一些化合物被稱為益生元。益生元益處的一個關(guān)鍵機(jī)制是腸道微生物群從不易消化的碳水化合物中產(chǎn)生短鏈脂肪酸 (SCFA),它可以降低腸道 pH 值以排除病原體并具有抗菌活性。益生元食品在健康方面具有重要作用,尤其是通過調(diào)節(jié)腸道微生物群以改善新陳代謝來治療超重或肥胖。

火參果(Cucumis metuliferus)又名非洲黃瓜、刺角瓜、果凍瓜,屬于葫蘆科。它自然分布于非洲的熱帶和亞熱帶撒哈拉以南地區(qū),在肯尼亞、新西蘭、法國、以色列、澳大利亞、中國等地也有商業(yè)生產(chǎn)。據(jù)報道,火參果果實(shí)具有抗菌、抗真菌、抗病毒、抗?jié)兒徒笛腔钚?。果皮的重量約占整個獼猴桃的四分之一,是榨汁后的副產(chǎn)品。獼猴桃皮的成分是碳水化合物(54.84%)、水分(18.40%)、纖維(11.34%)、脂肪(8.89%)、灰分(3.59%)、蛋白質(zhì)(2.95%)。含有生物堿、黃酮類、皂苷、單寧、甙、萜類和酚類。從成分分析的結(jié)果來看,多糖在獼猴桃中所占的比例最大。一般來說,果皮的細(xì)胞壁富含果膠,果膠由半乳糖醛酸(Gal A)、半乳糖醛酸(Gal A)、葡萄糖(Glu)、阿拉伯糖(Ara)、半乳糖醛酸(Gal)和鼠李糖(Rha)組成等。果膠的組成和結(jié)構(gòu)與功能有關(guān),包括抗氧化能力、免疫活性和體外抗癌活性。此外,來自不同來源的果膠對腸道微生物群有不同的影響。果膠的各種特性顯示出很高的生物活性;然而,來自 C. metuliferus 果皮的果膠(CMPP)通常被丟棄和忽視。因此,這值得進(jìn)一步研究。

2022年5月31日,華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院廣東省食品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗室在Foods(IF=5.354)雜志上在線發(fā)表了“Immunological Activity and Gut Microbiota Modulation of Pectin from Kiwano (Cucumis metuliferus) Peels”的研究論文。通過單糖分析和紫外和可見光譜闡明了 CMPP 的組成。在此基礎(chǔ)上,利用小鼠單核巨噬細(xì)胞白血病細(xì)胞(RAW264.7)的細(xì)胞活力和免疫因子(NO、TNF-α、IL-6)評價CMPP的免疫活性。用人體腸道的動態(tài)模擬器(BFBL)模擬人體內(nèi)環(huán)境,例如:pH、溫度、厭氧和停留時間。該模型用于評估人類腸道微生物群落結(jié)構(gòu)以及銨和短鏈脂肪酸產(chǎn)生的變化。

實(shí)驗路線

圖 1. 實(shí)驗流程圖

研究結(jié)果1. 成分組成

通過化學(xué)方法破譯CMPP主要成分。CMPP中未檢測到黃酮和多酚。此外,在紫外光譜中未觀察到 260 nm 和 280 nm 處的吸收峰,表明在 CMPP 中也未檢測到核酸和蛋白質(zhì)。使用 HPAEC-PAD 檢測單糖組成。如圖2所示,CMPP主要由10種單糖組成,包括半乳糖醛酸(Gal A)、鼠李糖(Rha)、阿拉伯糖(Ara)、半乳糖醛酸(Gal)、葡萄糖(Glu)、木糖(Xyl)、Fuc(巖藻糖)、葡萄糖酸(Glu A)、甘露糖酸(Man A)和甘露糖(Man)。因此,單糖組成結(jié)果表明CMPP為果膠多糖。

圖 2. CMPP 的單糖組成

2.細(xì)胞實(shí)驗

2.1 細(xì)胞活力

      使用 MTT 晶體形成來評估 CMPP 在 RAW264.7巨噬細(xì)胞上的細(xì)胞活力。與空白對照相比,CMPP 在 0.78–50 μg/mL 濃度下 24 h 的細(xì)胞活力高于100%(圖 3),顯著提高到 134% ± 9% 和 144% ± 12%(p < 0.01)。結(jié)果表明 CMPP 無細(xì)胞毒性,在 0.78-50 μg/mL 的 RAW264.7 上可促進(jìn)細(xì)胞增殖。因此,該濃度范圍可考慮用于后續(xù)研究。

圖 3. CMPP 對 RAW264.7 巨噬細(xì)胞細(xì)胞活力的影響。細(xì)胞活力值超過 100% 意味著促進(jìn)細(xì)胞生長。數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。** 高度顯著與對照組不同,p < 0.01。

2.2 免疫活性

巨噬細(xì)胞的免疫反應(yīng)與人類健康高度相關(guān),細(xì)胞因子(NO、IL-6、TNF-a)分泌的增加常被用來評估免疫活性。如圖4 A所示,CMPP在0.78-50 ug/mL濃度范圍內(nèi)顯著(p < 0.01)增加NO生成,且呈劑量依賴性;TNF-a的釋放(圖4B)也隨CMPP濃度的增加而顯著增加(p < 0.01),且呈劑量依賴性;當(dāng)CMPP濃度為50 ug/mL時,RAW264.7細(xì)胞的IL-6分泌明顯增加(圖4C) (p < 0.01)。在CMPP最高濃度(50 μg/mL)時,NO、TNF-a和IL-6的產(chǎn)生均低于LPS組,提示CMPP的免疫調(diào)節(jié)作用強(qiáng)于LPS。綜合來看,CMPP具有免疫活性。

圖4. CMPP激活的RAW264.7細(xì)胞產(chǎn)生NO (A)、TNF-a (B)和IL-6 (C)。LPS組為過量生產(chǎn)的陽性組,0.78 ~ 50 ug/mL的CMPP較LPS組更為溫和。數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。**與對照組(0 ug/mL)差異極顯著,p < 0.01。

3.微生物代謝物分析

3.1 短鏈脂肪酸含量

腸道菌群消化碳水化合物代謝的主要代謝產(chǎn)物是短鏈脂肪酸。升結(jié)腸(AC)、橫結(jié)腸(TC)和降結(jié)腸(DC)三個隔室在穩(wěn)定期、進(jìn)樣期和沖洗期的短鏈脂肪酸(SCFAs)濃度結(jié)果如圖5所示。穩(wěn)定期的短鏈脂肪酸含量以乙酸居首,丁酸和丙酸次之。與穩(wěn)定期相比,在攝食期AC、TC和DC的乙酸含量平均分別增加了1.07、1.05和1.10倍。AC、TC和DC的丙酸含量分別提高了1.26、1.21和1.24倍;丁酸含量分別提高了1.07、1.10和1.22倍。乙酸、丁酸和丙酸在采食期均有增加,尤其是DC組(p < 0.05)。隨后,在沖洗期SCFAs濃度下降,其數(shù)據(jù)與穩(wěn)定期相似。短鏈脂肪酸是果膠多糖發(fā)酵的重要產(chǎn)物。半乳糖和半乳糖醛酸經(jīng)發(fā)酵得到乙酸和丁酸。醋酸作為肌肉的主要能量來源參與脂質(zhì)代謝。丁酸與保護(hù)上皮細(xì)胞有關(guān),具有抗炎作用,而丙酸主要是阿拉伯糖和葡萄糖發(fā)酵的產(chǎn)物,與能量途徑的調(diào)節(jié)和飽腹肽/激素的釋放有關(guān)。結(jié)合單糖組成結(jié)果,CMPP富含Gal A、Ara、Gal和Rha,可發(fā)酵增加短鏈脂肪酸。3個隔室丙酸均顯著(p < 0.05)增加,表明CMPP可使丙酸菌產(chǎn)生利用。

圖5. 穩(wěn)定期(s-p)、攝食期(i-p)和沖洗期(w-p)在升結(jié)腸(AC)、橫結(jié)腸(TC)和降結(jié)腸(DC)中短鏈脂肪酸(SCFAs)含量。數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。*與穩(wěn)定期比較差異顯著,p < 0.05。

3.2 銨含量

      測定銨的含量是為了評價蛋白質(zhì)的發(fā)酵,蛋白質(zhì)水解發(fā)酵的代謝產(chǎn)物或最終產(chǎn)物有潛在的毒性。結(jié)果表明,銨態(tài)氮含量在穩(wěn)定期的AC、TC和DC分別達(dá)到12.58 ± 2.34 mM、15.65 ± 2.34 mM和14.32 ± 0.74 mM的平均值(±SD);經(jīng)CMPP干預(yù)后,三種反應(yīng)器中銨的含量分別下降(AC為10.17 ± 0.50 mM, TC為13.21 ± 1.54 mM, DC為13.62 ± 0.45 mM);與采食期相比,洗脫期銨態(tài)氮含量有所增加,AC為10.28 ± 1.35 mM, TC為14.24 ± 1.50 mM, DC為13.98 ± 0.97 結(jié)果表明,在CMPP攝入期間,蛋白質(zhì)水解代謝下降。當(dāng)人類和動物模型補(bǔ)充不可消化的碳水化合物時,大腸內(nèi)蛋白質(zhì)發(fā)酵的減少,降低糞便水的遺傳毒性是一致的。

3.3 腸道菌群分析

      通過BFBL腸道模型中腸道菌群的變化,分析了CMPP潛在的益生前效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,通過qPCR檢測三個試驗期最后3天在AC、TC和DC的平均細(xì)菌計數(shù)(表1)。與穩(wěn)定期相比,在CMPP攝入期間Bacteroides、Feacalibacterium和Roseburia的菌群數(shù)量增加。雖然AC中Akkermansia的數(shù)據(jù)低于檢測水平,但TC中有增加的趨勢。Akkermansia可以利用CMPP中的半乳糖和葡萄糖作為碳源生產(chǎn)丙酸。據(jù)報道,Akkermansia與炎癥性疾病的改善和對代謝性疾病的保護(hù)有關(guān),包括預(yù)防2型糖尿?。═2D)和減少心血管疾??;Bacteroides在試驗期間增加,主要是在AC (p < 0.05),這與丙酸和乙酸的產(chǎn)生有關(guān)。中國T2D患者中Akkermansia、Bacteroides、Feacalibacterium和Roseburia減少;另一方面,Bifidobacterium在試驗期間有輕微的增加趨勢,但不顯著。該屬可降解多種碳源,包括單糖和雙糖,以及木糖、半乳糖和低聚果糖等復(fù)雜碳水化合物。Bifidobacterium通過發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生乙酸和乳酸,并通過交叉飼喂機(jī)制刺激丁酸的產(chǎn)生。Bifidobacterium還可改善糖尿病相關(guān)并發(fā)癥及肥胖;CMPP也有增加TC和DC中Feacalibacterium的趨勢(p < 0.05)。與慢性胰腺炎患者和肥胖組相比,對照組的Feacalibacterium較高,與炎癥改善也呈正相關(guān);CMPP處理后Roseburia明顯增加,以AC組的最為明顯(p < 0.05)。它可以發(fā)酵幾種碳水化合物,包括木糖、半乳糖、葡萄糖、蔗糖、淀粉和糖原。研究表明,健康人的Roseburia豐度高于T2D患者。Feacalibacterium和Roseburia被認(rèn)為是丁酸[49]的主要生產(chǎn)者,他們的減少被標(biāo)記為預(yù)測歐洲婦女的糖尿病??偟膩碚f,攝入期間增加的細(xì)菌群主要與T2D、肥胖和減輕炎癥有關(guān),提示CMPP可以改善這些癥狀。

表1. CMPP胃腸道消化過程中用于細(xì)菌組分析的qPCR計數(shù)平均值(log copy number/mL)。*與穩(wěn)定期比較差異顯著,p <0.05。

小結(jié)CMPP是一種果膠多糖,富含葡萄糖醛酸、阿拉伯糖、半乳糖和鼠李糖,其生物活性可能與其組成有關(guān)。如本研究所述,CMPP可通過促進(jìn)RAW264.7巨噬細(xì)胞的增殖和增加細(xì)胞因子(NO、TNF-a和IL-6)的釋放來增強(qiáng)免疫功能。另一方面,CMPP可發(fā)酵成短鏈脂肪酸(SCFAs),調(diào)節(jié)Akkermansia、Bacteroides、Bifidobacterium、Feacalibacterium和Roseburia等腸道細(xì)菌的生長,降低氨濃度。這些代謝作用可以被認(rèn)為調(diào)節(jié)T2D、肥胖和炎癥。綜上所述,CMPP具有潛在的免疫活性和益生元作用。

為了更好地了解CMPP對健康的影響,還需要進(jìn)一步研究以下問題:(1)確定有利于健康的CMPP適宜濃度范圍和干預(yù)時間。將 CMPP 鑒定為益生元并確定合適的劑量是具有挑戰(zhàn)性的,但也是有益的。(2)了解CMPP對體內(nèi)腸道菌群及相關(guān)疾病的復(fù)雜影響,根據(jù)腸道菌群的功能特性,建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫,進(jìn)行個性化營養(yǎng)管理。(3)解讀加工方式對CMPP的影響,發(fā)展食品行業(yè)果蔬副產(chǎn)品的回收利用。這些研究將對果膠、腸道菌群和宿主健康之間的關(guān)系至關(guān)重要。

通訊作者介紹:

Teresa Requena,女,博士,西班牙馬德里食品科學(xué)研究所-生物技術(shù)與微生物學(xué)系首席研究員。主要研究方向為腸道微生物。

王弘,女,博士,華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師,廣東省珠江學(xué)者特聘教授,廣東省生物工程學(xué)會生物傳感器專業(yè)委員會副主任委員,廣東省高等學(xué)?!扒О偈惫こ淌〖壟囵B(yǎng)對象。主要研究方向為食品安全與營養(yǎng)。

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