银耳多糖对肠道屏障的影响及作用机制

学术   2024-11-24 18:01   江苏  





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银耳多糖对肠道屏障的影响及作用机制


银耳Tremella fuciformis(TPs)属于真菌类担子菌门银耳科银耳属,是一种营养丰富、功能多元的食药用菌,作为药材和菜肴颇受消费者欢迎。据研究,银耳多糖TPs是银耳的主要功能成分,具有抗氧化、抗肿瘤、干预糖尿病、免疫调节和神经保护作用,同时,银耳多糖还能在皮肤抗衰老、光保护、伤口愈合和屏障保护方面发挥作用。课题组前期从银耳子实体中分离纯化得到一种银耳多糖,能够干预葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠结肠炎,同时能够激活Foxp3+T 细胞,缓解肠道炎症,该银耳多糖还能显著增加肠道菌群多样性,恢复有益菌菌群相对丰度并结合菌群代谢物共同作用,达到干预结肠炎目的。

肠道是人体最大的消化器官,也是免疫系统的重要组成部分,负责机体消化吸收营养物质、抵御外源抗原以及病原体侵染等,其中,肠道屏障的完整性、紧密性和稳定性是影响肠道作用的关键。机械屏障是肠道屏障的支撑骨架,包括多种紧密连接蛋白形成的细胞间黏附复合结构,是机体化学屏障和生物屏障正常生理功能的结构基础,也是免疫屏障的首要防线,紧密连接蛋白受损会导致机体或者肠道炎症,是诱发各种疾病的重要机制。

由于越来越多的研究表明紧密连接蛋白对干预消化道疾病和免疫疾病非常重要,保持紧密连接的完整性并提高其表达水平可有效干预相关疾病的发展,脂多糖、炎症因子、高脂饮食通过不同机制都能导致肠道屏障受损。分离纯化的银耳多糖能够缓解脂多糖诱导的Caco-2 细胞屏障损伤,目前尚没有银耳多糖能否缓解高脂饮食诱导的肠道紧密连接受损方面的研究。棕榈酸(palmitic acid, PAd)人体内最常见的饱和脂肪酸,对人体不同器官有脂毒性,过量食用PAd 会破坏紧密连接完整性,并触发炎症反应导致肠道屏障功能障碍。


银耳多糖对棕榈酸损伤Caco-2 细胞完整性的影响

TEER值能够反映细胞单层完整性。由图可知,400 μM PAd 能够一定程度破坏细胞单层完整性,加入不同浓度TPs 后细胞单层完整性有所提升,其中400 μg/mL的TPs 提升效果最好,达到1917.3Ω∙cm2,是PAd 组TEER 值的2.31 倍,其次是200μg/mL TPs,达到PAd 组TEER 值的1.88 倍。说明银耳多糖能够缓解PAd 造成的Caco-2 细胞完整性损伤。

银耳多糖对Caco-2 细胞抗氧化性的影响

SOD、CAT、MDA 值可以反映Caco-2 细胞氧化状态,氧化还原平衡对维持肠道稳态、调控肠道炎症有重要作用(Campbell & Colgan 2019)。经PAd 处理后,抗氧化指标SOD 和CAT 降低、氧化指标MDA 升高(下图),说明PAd 增加了Caco-2 细胞的氧化程度。经TPs 处理后,细胞氧化程度降低。200 和400 μg/mL TPs 均能有效提升细胞抗氧化性能,且高剂量作用更明显。100、200 和400 μg/mL TPs 都能显著降低Caco-2细胞氧化程度,200 μg/mL TPs 的作用最明显。

银耳多糖对Caco-2 细胞炎症因子表达的影响

PAd 不仅能够影响Caco-2 细胞完整性,也会诱导促炎因子IL-1β、TNF-α、IL-6 表达。如图下所示,加入PAd 后,Caco-2 细胞产生的IL-1β、TNF-α、IL-6 均显著上升。经TPs 共培养后IL-1β、TNF-α、IL-6 含量均显著下降,200 和400 μg/mL TPs 抑制促炎因子释放的效果更好,与剂量呈正相关,说明一定浓度范围内,TPs 浓度越高抑制IL-1β、TNF-α、IL-6 表达的作用越强。

银耳多糖对棕榈酸损伤紧密连接蛋白的影响

PAd 能够一定程度损伤肠道细胞完整性,从而造成肠道屏障损伤,而TPs 具有一定的修复作用。为了进一步明确TPs 对PAd 诱导的紧密蛋白损伤的修复机制,检测主要的紧密连接蛋白Claudin-1、Occludin、ZO-1 的mRNA 和蛋白表达情况。

如图上所示,qRT-PCR 实验表明,PAd 处理后Claudin-1、Occludin、ZO-1 的mRNA表达水平分别显著降低至对照组的69.11%、57.56%、52.45%,而TPs 处理后Claudin-1、Occludin、ZO-1 的mRNA 表达量明显回升,200 和400 μg/mL TPs 提升3 种蛋白mRNA 表达量的效果优于100 μg/mL TPs。进一步采用Western blot 验证(下图),Claudin-1、Occludin 和ZO-1 的蛋白表达趋势和mRNA 一致,PAd 显著下调3 种蛋白表达量,经TPs 处理后3 种蛋白的表达量均有效提升。综合mRNA 和蛋白表达结果,针对Claudin-1,提升效果最好的是400 μg/mL 的TPs,针对Occludin 和ZO-1,提升效果最好的是200 μg/mL TPs。

银耳多糖对Caco-2 细胞炎症信号通路的影响

银耳多糖能够抑制棕榈酸诱导的Caco-2 细胞促炎因子分泌,而炎症会导致肠道紧

密连接蛋白受损(Li et al. 2019),因此,进一步检测经典的炎症通路TRL4/MyD88/NF-κB,探究银耳多糖是否通过影响TRL4/MyD88/NF-κB 炎症信号通路来调控肠道屏障。如图所示,PAd 处理后TRL4、MyD88 和p-NF-κB 的表达量显著上调,TPs 处理能有效抑制3 种蛋白的表达,随着剂量升高抑制的效果越好,说明TPs 能够通过抑制TRL4/MyD88/NF-κB 炎症信号通路下调促炎因子分泌。



总结

高脂饮食诱导的肥胖大鼠和小鼠肠道紧密连接蛋白occludin、claudin-1 等蛋白的表达水平受到明显抑制,作为食物中常见的饱和脂肪酸,摄入PAd 的小鼠肠道紧密连接蛋白也明显减少或易位,从而影响肠道屏障功能。细胞活力和完整性实验结果表明暴露在PAd 和TPs 下不会对Caco-2 细胞产生毒性作用,PAd 能够损伤Caco-2 细胞完整性,经TPs 处理可以减轻PAd 对细胞造成的损伤。

氧化还原平衡对维持肠道屏障至关重要,随着体内活性氧水平积累,内源性抗氧化物质消耗,以及氧化应激标志物水平增加,过量的活性氧导致氧化应激诱发炎症,分泌促炎因子(Ge et al. 2022;苏安祥 等 2022)。经PAd 处理后的Caco-2 细胞抗氧化物SOD 和CAT 水平降低,脂质过氧化物MDA 升高。由于硫氧还蛋白系统(TRX)、谷胱甘肽系统(GSH)以及核因子E2 相关因子2(NRF2)都参与调节细胞氧化还原稳态,目前尚不明确TPs 是通过什么途径调控Caco-2 细胞的氧化还原状态,可能是单一途径或者是多途径共同调控,因此,调控作用与剂量不成正比。

促炎因子IL-1β、TNF-α、IL-6 分泌增加,说明PAd 引发Caco-2 细胞氧化应激反应并诱发了炎症,而TPs 处理能有效缓解PAd 由氧化应激诱发的炎症。促炎因子能够通过调控紧密连接蛋白的表达和组装,作用于紧密连接蛋白的功能。研究表明,Caco-2 细胞与TNF-α 和IFN-γ 共同培养导致紧密连接蛋白ZO-1、Occludin、Claudin-1 和Claudin-4 重组,降低肠道屏障功能。Claudin-2 是IL-22 在肠上皮中作用的一个关键靶蛋白,IL-22 能够诱导Claudin-2 表达上调,进而提高上皮屏障通透性。经TPs 处理能显著缓解PAd 导致的紧密连接蛋白Claudin-1、Occludin和ZO-1 表达量降低,说明PAd 由氧化应激诱发的炎症影响紧密连接蛋白表达,而TPs能够通过提升抗氧化性能、抑制促炎因子分泌、提升紧密连接蛋白表达水平达到维护肠道屏障的作用。研究发现氢能够还原多余自由基调节氧化应激平衡,通过该方法调控TLR-4/MyD88/NF-κb 信号通路最终保护肠道屏障,NF-κb 表达水平与肠上皮细胞凋亡息息相关,进而影响肠道屏障功能。因此, 结合经典的TLR-4/MyD88/NF-κb 信号通路确认TPs 能够通过抑制TRL4/MyD88/NF-κB 炎症信号通路下调促炎因子分泌,进而保护肠道屏障。

参考文献:董茜,张仕林,谢丽源等.银耳多糖对肠道屏障的影响及作用机制[J].菌物学报,2024

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