本文系Food Science and Human Wellness原創(chuàng)編譯，歡迎分享，轉(zhuǎn)載請(qǐng)授權(quán)。
Introduction
炎癥性腸病（IBD）發(fā)病率極高，對(duì)人類健康具有重大影響。對(duì)IBD的主要藥物干預(yù)方法是氨基水楊酸鹽和類固醇。潰瘍性結(jié)腸炎（UC）和克羅恩?。–D）是IBD的2 種典型形式。在UC患者的結(jié)腸樣本中，NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3（NLRP3）、含有CARD的凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（ASC）、半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶1（Caspase-1）和白細(xì)胞介素1β（IL-1β）的mRNA表達(dá)較高。這說(shuō)明了NLRP3炎癥小體激活與UC之間的關(guān)系。
雖然傳統(tǒng)藥物已經(jīng)應(yīng)用于改善中度或重度IBD患者，但它們可能具有副作用。因此，尋找高效、副作用更小的新治療方法是至關(guān)重要的。許多研究發(fā)現(xiàn)，生物活性天然產(chǎn)物可能對(duì)IBD有愈合影響。支鏈脂肪酸（BCFAs）是一種在其烷基鏈上包含一個(gè)或多個(gè)支鏈烷基或其他官能團(tuán)的脂肪酸。BCFAs是一種新的生物活性化合物家族，具有抗炎作用和抗癌作用。BCFAs可以抑制NF-κB通路，從而降低炎癥介質(zhì)的白細(xì)胞介素8（IL-8）的產(chǎn)生。然而，BCFAs是否能減輕體內(nèi)UC的炎癥反應(yīng)還有待證實(shí)。BCFAs主要存在于乳制品中，山羊乳含有約2%的BCFAs，且在BCFAs的總體組成方面，羊乳中BCFAs的結(jié)構(gòu)與母乳中的BCFAs相似，同時(shí)具有末端單BCFAs和中間BCFAs，因此作者認(rèn)為羊乳中BCFAs具有一定的研究?jī)r(jià)值。
東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院張佳欣博士生，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院趙倩玉講師，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院姜毓君教授等在本研究采用從山羊乳中分離純化的BCFAs干預(yù)DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎。通過(guò)觀察BCFAs對(duì)腸道氧化還原酶活性的影響，探討B(tài)CFAs是否對(duì)腸道炎癥有緩解作用。同時(shí)，檢測(cè)了炎癥細(xì)胞因子的水平，并檢測(cè)了它們是否通過(guò)了TLR4/NF-κB/NLRP3通路。本研究為更好地了解BCFAs的抗炎機(jī)制提供了新的見(jiàn)解，為其促進(jìn)健康的腸道作用和潛在的干預(yù)機(jī)制提供了科學(xué)依據(jù)。
Results and Discussion
BCFAs可緩解DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎
在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，小鼠的體質(zhì)量沒(méi)有顯著差異。從DSS誘導(dǎo)的第5天開(kāi)始，小鼠的體重持續(xù)下降。BCFAs攝入顯著減輕了體質(zhì)量下降程度(圖1A)。BCFAs攝入得到表現(xiàn)為較低的DAI評(píng)分(圖1B)。在1、5和10 mg/mL劑量下，BCFAs的攝入部分逆轉(zhuǎn)了DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸長(zhǎng)度減少（圖1C和D）。
圖1 支鏈脂肪酸（BCFAs）可減輕急性潰瘍性結(jié)腸炎（UC）。(A)體質(zhì)量；(B)疾病活動(dòng)指數(shù)（DAI）評(píng)分；(C)結(jié)腸長(zhǎng)度；(D)具有代表性的結(jié)腸照片。
在顯微鏡下觀察結(jié)腸組織的HE染色（圖2）。NC組小鼠黏膜層上皮細(xì)胞排列整齊排列。DSS誘導(dǎo)小鼠的組織學(xué)特征包括黏膜層的上皮細(xì)胞大部分降解和脫落，隱窩結(jié)構(gòu)幾乎完全消失，有大量炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)。另一方面，與C組相比，不同劑量BCFAs的攝入改善了結(jié)腸的組織病理學(xué)改變，黏膜層的隱窩結(jié)構(gòu)加深，炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)減少。
圖2 用蘇木精和伊紅染色的結(jié)腸組織病理學(xué)圖像
BCFAs可減輕氧化應(yīng)激
髓過(guò)氧化物酶（MPO）是中性粒細(xì)胞的代表性標(biāo)志物，與IBD的嚴(yán)重程度密切相關(guān)。C組結(jié)腸MPO活性顯著高于NC組。同時(shí)，結(jié)腸組織中MPO活性隨攝入BCFAs劑量的增加而降低（圖3A）。MPO活性水平與活化的中性粒細(xì)胞含量和氧化應(yīng)激密切相關(guān)。如圖3B所示，C組MDA含量明顯高于NC組。L、M、H組小鼠脂質(zhì)過(guò)氧化程度均低于C組。C組結(jié)腸組織SOD、CAT、GSH水平明顯低于NC組。然而，攝入BCFAs后，3 種抗氧化劑水平均升高，且與攝入BCFAs的劑量呈顯著正相關(guān)（圖3C-E）。
圖3 檢測(cè)結(jié)腸中(A)髓過(guò)氧化物酶（MPO）、(B)丙二醛（MDA）、(C)超氧化物歧化酶（SOD）、(D)過(guò)氧化氫酶（CAT）和(E)谷胱甘肽（GSH）的水平。
BCFAs降低了炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)
TNF-α、IL-1β和IL-18是影響炎癥反應(yīng)的主要指標(biāo)，C組的TNF-α、IL-1β和IL-18水平高于NC組。與C組相比，攝入不同劑量BCFAs可不同程度降低TNF-α、IL-1β和IL-18水平（圖4A-C）。相反，IL-10是一種主要的免疫抑制細(xì)胞因子，對(duì)炎癥及其介質(zhì)具有廣泛的作用。低、中、高劑量BCFAs組IL-10水平均顯著升高（P < 0.05），且IL-10水平的影響呈劑量依賴性（圖4D）。
圖4 結(jié)腸炎小鼠免疫細(xì)胞因子表達(dá)的變化。(A)腫瘤壞死因子α（TNF-α）；(B)白細(xì)胞介素1β（IL-1β）；(C)白細(xì)胞介素18（IL-18）；(D) 白細(xì)胞介素10（IL-10）。
BCFAs對(duì)DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎的保護(hù)作用是通過(guò)TLR4/NF-κB/NLRP3通路介導(dǎo)的
DSS誘導(dǎo)小鼠結(jié)腸激活TLR4受體，上調(diào)下游NF-κB p65 mRNA表達(dá)，激活將該信號(hào)傳遞給NLRP3炎性體的重要NF-κB通路，導(dǎo)致TLR4、NF-κB、NLRP3、Caspase-1、IL-18、IL-1β基因和蛋白表達(dá)顯著升高。另一方面，攝入BCFAs顯著降低L、M和H組小鼠結(jié)腸中相關(guān)基因和蛋白的表達(dá)，并呈劑量依賴性（圖5-6）。
圖5 檢測(cè)小鼠結(jié)腸(A) TLR4、(B) NF-κB、(C) NLRP3、(D) Caspase-1、(E) IL-18和(F) IL-1β的mRNA表達(dá)情況
圖6 結(jié)腸中TLR4/NF-κB/NLRP3蛋白的表達(dá)。(A)TLR4、NF-κB、NLRP3和Caspase-1的免疫印跡分析相對(duì)表達(dá)水平；(B)免疫印跡法。
Conclusion
在本研究中，山羊乳中的BCFAs可以緩解UC。BCFAs的攝入增加了體內(nèi)氧化還原酶的活性，降低了氧化應(yīng)激，并成功地抑制了炎癥反應(yīng)的進(jìn)展。它改變了炎癥細(xì)胞因子的水平，抑制了TLR4/NF-κB/NLRP3通路的激活，促進(jìn)了腸道免疫屏障的建立。
第一作者簡(jiǎn)介
張佳欣，女，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院博士研究生。生物與醫(yī)藥專業(yè)。
通信作者簡(jiǎn)介
趙倩玉，女，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院講師，主要研究方向?yàn)槿槠芳庸ぶ杏泻ξ镔|(zhì)的生成機(jī)制；功能活性成分的穩(wěn)態(tài)化和靶向遞送。近五年主持省“雙一流”學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目1 項(xiàng)，國(guó)家乳業(yè)創(chuàng)新技術(shù)中心項(xiàng)目子課題2 項(xiàng)，企業(yè)委托項(xiàng)目1 項(xiàng)，參與“十四五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、省重點(diǎn)項(xiàng)目等。發(fā)表SCI文章16 篇，第一或共一作者論文12 篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利1 項(xiàng)。
姜毓君，男，二級(jí)教授、博士生導(dǎo)師，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院院長(zhǎng)、乳品科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。入選長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授、國(guó)家“萬(wàn)人計(jì)劃”領(lǐng)軍人才。榮獲全國(guó)食品安全工作先進(jìn)個(gè)人、中國(guó)食品科技學(xué)會(huì)科技創(chuàng)新獎(jiǎng)——突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。擔(dān)任國(guó)務(wù)院食品安全委員會(huì)專家委員會(huì)委員、中國(guó)營(yíng)養(yǎng)保健食品協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)。 主要從事乳制品、嬰幼兒配方食品和特醫(yī)食品等特殊食品和功能食品研究，先后承擔(dān)國(guó)家和省部級(jí)課題20 余項(xiàng)。獲得省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2 項(xiàng)，中國(guó)和美國(guó)專利22 件，主編或共同出版專著教材8 部。以第一作者或通信作者發(fā)表學(xué)術(shù)論文200 余篇，其中多篇論文被選為封面文章。牽頭和參與多項(xiàng)國(guó)家食品質(zhì)量安全法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的制定。
Branched-chain fatty acids from goat milk alleviate ulcerative colitis via the TLR4/NF-κB/NLRP3 pathway
Jiaxin Zhanga,1, Jinjing Zhongb,1, Zhengying Cuia, Yu Shena, Yaping Zhenga, Yu Zhanga, Chaoxin Mana, Yanmei Houb, Qianyu Zhaoa,*, Yujun Jianga,*
a Key Laboratory of Dairy Science, Ministry of Education, Department of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China
b Hyproca Nutrition Co., Ltd., Changsha 410000, China
1 These authors contributed to the work equally.
*Corresponding authors.
Abstract
Branched-chain fatty acids (BCFAs) are new bioactive fatty acids with anti-inflammatory properties. However, the role of BCFAs in alleviating ulcerative colitis has not been clarified. Herein, we evaluated the protective effect of BCFAs from goat milk in mice with colitis induced using dextran sodium sulfate (DSS) and explored the corresponding mechanism. These results show that BCFAs extracted from goat milk can significantly alleviate weight loss in mice, and reduce the disease activity index and the activity of myeloperoxidase while increasing the content of antioxidant enzymes in colon tissue and reducing the oxidation stress response. These data also show that BCFAs can down-regulate the gene and protein expression of the toll-like receptor 4 (TLR4)/ nuclear factor κB p65 (NF-κB p65)/NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3 (NLRP3) signaling pathway, and at the same time significantly reduce the expression of pro-inflammatory factors tumor necrosis factor α (TNF-α), interleukin 1β (IL-1β), and IL-18 in colon tissue, and significantly increase the expression of the anti-inflammatory factor IL-10. In conclusion, these results demonstrated that BCFAs in goat milk exerted effects on colitis-related inflammatory cytokines and inhibited inflammation by inducing the TLR4/NF-κB/NLRP3 pathway to alleviate DSS-induced ulcerative colitis. This study provides evidence for the potential of BCFAs as bioactive fatty acids in food products and to ameliorate ulcerative colitis development in mice.
Reference:
ZHANG J X, ZHONG J J, CUI Z Y, et al. Branched-chain fatty acids from goat milk alleviate ulcerative colitis via the TLR4/NF-κB/NLRP3 pathway[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(6): 3624-3632. DOI:10.26599/FSHW.2023.9250044.
文章翻譯由作者提供
編輯：王佳紅；責(zé)任編輯：孫勇
封面圖片：圖蟲創(chuàng)意
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