揭秘铁皮石斛多糖如何神奇修复溃疡性结肠炎！宏基因组与代谢组学的惊人发现！
2024年9月11日
溃疡性结肠炎（UC）是一种多因素肠道疾病，其典型特征包括肠道微生物群的紊乱、微生物代谢产物的改变及肠道上皮屏障的损害等。是医学上具有挑战性的问题，至今尚未找到明确的解决方法。主流治疗手段包括化学药物、生物制剂和免疫抑制剂，往往疗效不尽如人意，当前迫切需要研发高效且低毒性的天然药物或饮食疗法，以防治UC。研究表明，多糖在饮食疗法中对于预防UC有显著的疗效，且副作用较少。多糖是由糖苷键连接的单糖分子构成的高分子聚合物，铁皮石斛多糖（DOP）具有抗氧化、抗衰老、降低血糖、免疫调节、抗炎等多种药理作用。有实验表明，在治疗小鼠急性UC方面，DOP显示出显著的治疗效果，并对结肠炎引起的肺损伤和肝损伤具有保护作用。因此，DOP可能是一种有效的预防和治疗UC的药物。
近日，一篇名为“Analysis of metagenome and metabolome disclosed the mechanisms of Dendrobium officinale polysaccharide on DSS-induced ulcerative colitis-affected mice”的文章揭示了DOP对DSS诱导的UC小鼠相关作用机制。图1 论文首页
DOP可预防DSS诱导的小鼠结肠炎
实验初始阶段，所有实验组小鼠的体重均保持一致，平均为16.0±1.0克。至实验末期，经DSS处理的小鼠体重显著低于未经处理的对照组。但低、中、高剂量的DOP处理后的小鼠，其最终体重显著高于DSS处理组，表明DOP具有缓解DSS所致体重下降的效果（图2A）。与对照组相比，DSS处理组小鼠出现了明显的肠道出血现象。然而，接受DOP处理的各组小鼠（DPL、DPM和DPH）的出血情况显著减轻（图2B）。此外，与DSS组相比，DOP组小鼠展现出显著降低的疾病活动指数（DAI），该指数包括直肠出血、体重减轻和粪便硬度等指标（图2C）。综合来看，DOP的使用导致体重下降幅度减小，并减轻了由DSS诱导的结肠炎的严重程度。
图2 (A) 各组最终体重 (B) 血晕症状 (C) 实验最后一天的 DAI 评分DOP增强DSS诱导的结肠炎小鼠的紧密连接
紧密连接蛋白在维护肠道上皮屏障功能方面扮演着至关重要的角色。炎症反应可能导致肠道溃疡及紧密连接的破坏。结果显示，经DSS处理后，小鼠远端结肠出现显著的实质性损伤，包括隐窝损伤及肠屏障的破坏（图3A），表明存在病理状态。然而，相较于仅接受DSS处理的小鼠，接受DPM治疗的小鼠其结肠组织损伤程度显著减轻。在DSS组中杯状细胞分布稀疏，而在DPM组中杯状细胞则密集分布于整个黏膜中（图3A）。与对照组相比，DSS组的杯状细胞数量显著减少（图3B），DOP组的杯状细胞数量显著增加（图3B）。此外，各组在结肠褶皱（图3C）和肌肉层厚度（图3D）方面未见显著差异。但接受DOP治疗的小鼠展现出更强的肠道完整性。DPM组中紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的表达显著高于DSS组（图3E-F）。UC可引起严重的肠道炎症和隐窝损伤。与UC肠道炎症的典型进程不同，DOP缓解了这些病理变化，改善了黏膜完整性，减少了隐窝增生，并减少了胃肠道黏膜免疫细胞的浸润。综上所述，DOP的给药能够通过增强紧密连接蛋白的表达和维持肠道完整性来预防肠道损伤。图3 (A) 结肠组织的阿尔新蓝染色 (B) 小管细胞的数量 (C) 结肠组织的结肠褶皱 (D）结肠组织的肌肉厚度 (E-F）qRT-PCR检测结肠组织中紧密连接基因ZO-1（E）和Occludin（F）的RNA相对水平DOP调节DSS诱导结肠炎小鼠的免疫因子表达和抗氧化能力
免疫因素在维护身体健康方面扮演着至关重要的角色。研究发现，与对照组相比，DSS处理组小鼠的IL-2和IL-4表达水平较低，而白细胞介素-10（IL-10）表达水平较高（图4）。与DSS组相比，DOP处理组的IL-4和IL-10表达水平显著降低（图4）。IL-4通常通过下调促炎细胞因子如TNF-α和上调抗炎细胞因子如IL-10来发挥其抗炎作用。免疫细胞分泌的INF-α和INF-γ调节抗病毒免疫反应。TNF-α、IL-6、IL-1β等促炎细胞因子可加剧全身或局部的炎症反应，加重组织损伤，破坏肠道屏障功能。结果表明，DPH给药可增加INF-α和INF-γ的分泌（图4）。结肠黏膜中性粒细胞浸润的减少与结肠组织中免疫因子的表达相关。在UC中，中性粒细胞向肠道的募集被认为是由于屏障功能受损，导致微生物和黏膜上皮的入侵。因此，研究推测DOP可能通过改善肠道完整性和调节炎性细胞因子的释放来减少对中性粒细胞募集的需求。图4 qRT-PCR 检测血液和肝脏中炎症因子（IL-2、IL-4、IL-6、IL-10、INF-α 和 INF-γ）的表达水平在血清抗氧化剂指标方面，相较于DSS组，DPL和DPM组的总抗氧化能力（T-AOC）、谷胱甘肽（GSH）以及一氧化氮（NO）浓度显著提升，表明DOP能够增强UC小鼠的抗氧化水平。此外，在血清生化指标方面，与DSS组相比，DPH组的总胆红素（TBIL）、直接胆红素（DBIL）、碱性磷酸酶（ALP）、总胆汁酸（TBA）、肌酐（Crea）以及肌酸激酶同工酶（CKMB）浓度显著上升（图5）。综合来看，DOP对UC小鼠的抗氧化能力和肝脏保护作用呈现出剂量依赖性的调节效应。图5 生化分析检测血液中 TBA、ALP、ALB、DBIL、CKMB、GLU、GSP、LDL-C、HDL-C、Crea、TG、T-CHO、UA、尿素和 TBIL 的浓度DOP对DSS诱导的结肠炎小鼠肠道代谢谱的影响
该研究对实验小鼠的肠道内容物进行了代谢组学分析。结果显示，肽类物质构成了代谢产物的70%以上，而维生素、辅因子、类固醇及核酸类物质则占据了剩余的20%（图6A）。在每组实验中，排名前五位的主要代谢产物包括油酰胺、L-苯丙氨酸、肌酸、蛋氨酸和L-缬氨酸。同时，DOP组中的油酰胺含量显著高于DSS组（图6B）。主成分分析（PCA）结果表明DSS、MES和DOP样本与对照组存在明显差异，这暗示了DSS和DOP对结肠代谢具有显著影响（图6C）。图6 (A) 各组中具有生物学作用的代谢物的丰度 (B) 各组中含量最高的 20 种代谢物 (C) 所有组别的 PCA 图分析为直观展示各组代谢物之间的差异，研究制作了箱形图，图中显示了DSS上调的Dihydrokawain、α-Lapachone、5-甲基胞嘧啶以及α-天冬氨酸苯丙氨酸等物质（图7），这些物质均参与了核酸与脂肪酸的代谢过程。众所周知，多不饱和脂肪酸具有减轻炎症的功效，而饱和脂肪酸则可能加剧肠黏膜的损伤。基于此，研究推测DOP可能促进了强效抗炎和抗病毒物质的合成，从而保护肠黏膜并有助于治疗多种疾病。结论
总之，DOP在缓解由DSS诱导的UC小鼠模型症状方面展现出显著的潜力，并为开发预防和治疗UC的功能性食品提供了有力的科学依据。
Zeng X, Tang S, Dong X, Dong M, Shao R, Liu R, Li T, Zhang X, Wong YH, Xie Q. Analysis of metagenome and metabolome disclosed the mechanisms of Dendrobium officinale polysaccharide on DSS-induced ulcerative colitis-affected mice. Int J Biol Macromol. 2024 Oct;277(Pt 2):134229. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2024.134229
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