文章题目：Structure–Function Comparison of Alginate-Derived Oligomannuronic Acid and Mannose in In Vitro and In Vivo Models of Colitis

发表期刊：Journal of Agricultural and Food Chemistry

影响因子：6.2（2025）

通讯单位：深圳大学生命科学与海洋学院

研究背景

        炎症性肠病（IBD）作为一类慢性肠道炎症疾病，常伴随腹泻、直肠出血等症状，严重影响患者生活质量。其发病机制涉及免疫紊乱、氧化应激及肠道菌群失调，全球发病率呈上升趋势，而现有治疗手段如皮质类固醇、免疫抑制剂等存在长期疗效有限、副作用显著等问题，亟需探索安全有效的天然干预方案。海洋糖类物质因结构多样、生物相容性好，成为IBD干预研究的热点方向。本研究中，作者聚焦褐藻胶降解得到的甘露糖醛酸寡糖（MOS）与其单糖类似物甘露糖，通过体外细胞模型与体内动物模型，系统比较二者结构特征及对结肠炎的干预效果，揭示结构差异与生物活性的关联，为IBD膳食干预提供新依据。

MOS与甘露糖的结构差异

        本研究首先明确MOS与甘露糖的结构差异。甘露糖为天然单糖，分子量约180 Da（图1A）；而MOS是聚甘露糖醛酸（polyM）的酶解产物，为二糖~十一糖混合物（图1B），分子量测定结果显示，polyM平均分子量约4.8 kDa，经酶解后MOS平均分子量降至1.0 kDa（图1D）。MOS的核心结构特征为非还原端存在C4-C5不饱和双键，与相邻C6羧基形成共轭体系。UV光谱（图1C）、¹H NMR（图1E、表1）分析均印证了MOS中双键共轭结构的存在。

图1 MOS和甘露糖的结构

MOS减轻DSS诱导的人结肠上皮细胞中炎症介质的过度产生

        在体外细胞实验中，研究以葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导人结肠上皮细胞（HCoEpiCs）建立炎症模型，评估MOS与甘露糖的抗炎效果。结果显示，DSS显著升高细胞上清液中亚硝酸盐（NO代谢产物）水平及诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、环氧化酶-2（COX-2）表达；而MOS呈剂量依赖性抑制上述因子及酶的表达，2 mM MOS的抑制效果与25 mM甘露糖相当甚至更优（图2A-C）。ELISA检测进一步证实，MOS可显著降低DSS诱导的肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-1β（IL-1β）分泌，2 mM MOS对三种细胞因子的抑制作用均达到或超过25 mM甘露糖（图2D-F），表明MOS在低剂量下即可发挥强效抗炎作用。

图2 MOS对DSS诱导的HCoEpiC细胞炎症介质产生的影响

MOS增强DSS诱导的人结肠上皮细胞中的紧密连接

        肠道屏障完整性方面，DSS处理显著降低HCoEpiCs细胞中紧密连接（TJ）蛋白ZO-1、ZO-2、occludin、claudin-1、claudin-3的表达，而MOS与甘露糖的预处理均能恢复这些蛋白的表达水平，且二者效果相近（图3A-B）。机制上，DSS可激活MLCK-MLC2通路，升高MLCK表达及MLC2磷酸化水平，破坏TJ结构；MOS与甘露糖均能抑制该通路激活，其中MOS对MLCK及磷酸化MLC2的下调作用略强于甘露糖（图3C-D），提示MOS在肠道屏障保护中可能存在更优的通路调控能力。

图3 MOS对DSS诱导的HCoEpiC细胞中紧密连接蛋白及MLCK-MLC2信号通路的影响

MOS可改善DSS诱导的结肠炎

        为验证体内效果，研究建立DSS诱导BALB/c小鼠结肠炎模型，将小鼠随机分为正常对照组、MOS单独组、DSS模型组、DSS+MOS组、DSS+甘露糖组（n=10），MOS与甘露糖均以200 mg/kg剂量每日灌胃。结果显示，MOS单独组与正常对照组在体重、疾病活动指数（DAI）、脾指数、结肠长度及主要器官形态上无显著差异，证实MOS的生物安全性（图4A-E、图S1）。DSS模型组则出现明显体重下降（图4A）、DAI升高（图4B）、脾指数增加（图4C）、结肠缩短（图4D-E）等典型结肠炎症状；而DSS+MOS组与DSS+甘露糖组上述指标均显著改善，且MOS组效果更优。组织学分析显示，DSS模型组结肠上皮损伤严重、炎症细胞浸润显著、杯状细胞减少，而MOS与甘露糖处理后，上皮完整性恢复、炎症浸润减轻、Ki67阳性细胞增多，3D隐窝成像进一步显示MOS组隐窝结构更完整（图4F）。ELISA检测小鼠结肠组织发现，DSS显著升高TNF-α、IL-6、IL-1β水平，MOS对三种细胞因子的降低作用显著强于甘露糖（图5A-C），与体外实验结果一致。

图4 MOS对DSS诱导的小鼠结肠炎中各项参数的影响

图5 MOS对DSS诱导的小鼠结肠炎中炎症相关因子的影响

        体内肠道屏障修复实验进一步证实，DSS模型组小鼠结肠中ZO-1、ZO-2、occludin的表达及定位紊乱，免疫荧光信号减弱；MOS与甘露糖处理后，这些TJ蛋白的表达水平及膜定位均显著恢复，WB结果显示occludin、claudin-1、claudin-3的蛋白水平也得到提升（图6A-D）。同时，DSS诱导的MLCK-MLC2通路激活在MOS处理后被显著抑制，其效果优于甘露糖（图6E-F），进一步验证MOS在体内对肠道屏障的保护作用。

图6 MOS对DSS诱导小鼠结肠组织中紧密连接蛋白及MLCK-MLC2信号通路的影响

        机制研究还揭示，MOS可通过抑制内质网应激（ERS）与凋亡、增强自噬发挥保护作用。DSS模型组小鼠结肠中ERS标志物Bip、ATF-4、磷酸化eIF2α、CHOP的蛋白水平显著升高，MOS与甘露糖处理后这些蛋白水平降低，在DSS或衣霉素诱导HCoEpiCs ERS体外实验中也得到类似结果（图7A-B、图S2）。凋亡方面，DSS降低Bcl-2/Bax比值、升高cleaved caspase-3水平，MOS处理可恢复Bcl-2/Bax比值并抑制cleaved caspase-3表达，效果优于甘露糖（图7C-D）。自噬方面，DSS模型组Beclin-1表达降低、LC3-II/LC3-I比值下降、p62积累，MOS处理后显著逆转这些指标；体外实验中，自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤（3-MA）可取消MOS对TJ蛋白的保护作用，证实自噬在MOS发挥功能中的关键作用（图7E-F、图S3）。

图7 MOS对DSS处理小鼠结肠组织中ERS、凋亡及自噬的影响

        综上，本研究通过结构分析与功能验证，明确MOS因非还原端C4-C5双键、低聚结构及羧基基团，在结肠炎干预中展现出优于单糖甘露糖的生物活性。无论是体外细胞模型还是体内动物模型，MOS均能通过抗炎、修复肠道屏障、抑制ERS与凋亡、增强自噬等多途径发挥作用，且在等效或低剂量下效果更优。该研究不仅揭示糖类结构-功能关系的重要性，也为褐藻寡糖作为IBD膳食干预剂提供了实验依据。未来研究需进一步在更贴近人类IBD的模型中验证MOS效果，并深入探索其与肠道菌群的相互作用，为其临床转化奠定基础。

        原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.5c07360

        本文是对《Alginate oligosaccharides prevent and treat obesity by promoting brown fat thermogenesis rather than regulating gut microbiota》一文的分享，版权和著作权属于杂志社与作者所有，文中内容不代表本公司观点，原文请查看文末链接。

作者：汪浩

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

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