文章题目：Alginate Oligosaccharide Attenuates Lipopolysaccharide-Induced Intestinal Barrier Dysfunction in Balb/c Mice: Mechanistic Insights

发表期刊：Journal of Agricultural and Food Chemistry

影响因子：5.7

通讯单位：大连民族大学，中国科学院

        本研究聚焦褐藻寡糖（AOS）对脂多糖（LPS）诱导的Balb/c小鼠肠道屏障功能障碍的保护作用及机制。研究通过酶解法制备AOS并进行结构表征，构建LPS诱导的急性肠道炎症小鼠模型，从炎症反应、肠道病理、信号通路、肠道微生物及代谢物等多维度解析AOS的作用机制，为AOS在肠道健康领域的应用提供理论依据。

        首先作者对AOS进行了全面的结构表征（图1）。通过质谱确定了AOS的聚合度为二到十糖，并通过FT-IR光谱、¹H NMR进一步确定了AOS为非还原端具有不饱和双键的酶解产物。XRD分析（图1D）在22.5°处的突出衍射峰，表明AOS具有结晶性质。

图1 AOS的结构表征

        在炎症因子与氧化应激层面，实验结果通过图2直观呈现。图2A和2B展示了血清中炎症因子水平，LPS显著提升小鼠血清中TNF-α和IL-6水平，相较于空白对照组，分别升高120%和95%；而AOS呈剂量依赖性逆转这些变化，高剂量AOS组（300 mg/kg）使TNF-α和IL-6分别降低45%和38%。图2C和2D则反映氧化应激指标，LPS降低SOD活性达40%，并使MDA含量增加65%，AOS处理后，SOD活性显著回升，接近正常水平，MDA含量也相应降低。从基因表达角度，图2E - G显示，LPS诱导肠道组织中Tnf和Il-6 mRNA表达分别上调2.3倍和1.8倍，AOS处理后，这两个基因的表达分别下调至1.2倍和1.1倍。这些数据表明AOS能有效抑制炎症因子表达，减轻氧化应激。

图2. AOS调节Balb/c小鼠血清和肠道中的炎症标志物水平

        肠道组织病理与屏障功能方面，H&E染色结果显示，LPS导致空肠和结肠出现绒毛断裂、炎症细胞浸润及隐窝扩张等明显损伤（图3A）；而AOS处理组的组织损伤显著减轻，尤其是高剂量AOS组。通过对组织学评分的统计（图3B和3C），高剂量AOS组的空肠和结肠组织学评分分别降低58%和52%，表明AOS对肠道组织病理损伤有显著修复作用。在紧密连接蛋白表达上，图4显示，LPS使Occludin和ZO-1蛋白表达降低50%以上，AOS 300 mg/kg组显著上调其表达，分别提高82%和75%。图5的免疫组化结果与WB结果一致，进一步证实AOS能有效修复肠道屏障功能。

图3 AOS对Balb/c小鼠空肠和结肠形态的影响

图4. AOS对LPS诱导的肠炎小鼠肠道屏障蛋白的影响

图5 免疫组化分析

        为进一步揭示AOS对小鼠肠道的潜在保护机制，采用转录组分析方法进行信号通路研究。图6A的韦恩图展示了不同组间差异表达基因（DEGs）的数量，CK与LPS组对比有9065个DEGs，LPS与AOS + LPS组对比有2885个DEGs。图6B的火山图直观展现基因表达变化。KEGG通路富集分析（图6C和6D）表明，LPS组的DEGs显著富集于MAPK、NF-κB等关键信号通路，AOS + LPS组则在TNF和NF-κB等通路富集。分子对接显示（图S3），AOS的M-M-M和G-G-G寡聚体可通过氢键与TLR4受体结合，结合能低于- 5.5 kcal/mol，提示AOS可能直接拮抗TLR4激活。从蛋白表达层面，图7A展示了相关蛋白表达情况，LPS诱导TLR4、MyD88蛋白表达及p-p38、p-Erk、p-p65磷酸化水平显著升高，AOS处理后，这些蛋白的相关指标分别降低35% - 60%，且非磷酸化蛋白水平无显著变化（图7B和7C），表明AOS能有效调控TLR4/MAPK/NF-κB信号通路。

图6 小鼠空肠样本的RNA测序数据

图7 信号通路相关数据

        肠道微生物组分析借助图8呈现结果。图8A和8B的α多样性指数显示，LPS导致肠道菌群的Chao1和OTUs指数显著降低，表明菌群多样性被破坏；AOS处理后，菌群多样性得到恢复。图8C的主成分分析（PCA）表明，AOS + LPS组的菌群结构趋近于空白对照组，与LPS组明显分离。在菌群丰度上，图8D展示了门水平的变化，LPS降低拟杆菌门（Bacteroidota）丰度达30%，并使厚壁菌门（Firmicutes）、弯曲菌门（Campylobacter）和脱硫弧菌属（Desulfovibrio）丰度上升；AOS逆转了这些变化，使拟杆菌门恢复至61.18%，厚壁菌门降低12.46%。图8E展示了属水平的变化，AOS增加norank__Muribaculaceae丰度，降低Helicobacter和Desulfovibrio丰度，表明AOS能重塑肠道菌群结构。

图8 AOS对肠道微生物的影响

        代谢物检测发现，LPS显著降低粪便中乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸（SCFA）含量，降幅在40% - 55%（表S4）。AOS处理后，SCFA水平显著回升，乙酸和丁酸分别增加62%和58%，提示AOS能改善菌群代谢功能，促进SCFA生成。

        综上，AOS通过抑制TLR4/MAPK/NF-κB信号通路、修复肠道屏障、重塑肠道菌群并促进SCFA生成，多靶点减轻LPS诱导的肠道炎症。本研究为AOS在功能性食品及肠道健康领域的应用提供了坚实的理论依据。后续可进一步开展体外模型验证及临床转化研究，深入探索AOS在炎症性肠病等疾病治疗中的应用潜力，有望为肠道疾病的防治提供新的天然策略。 

        原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.4c12136

作者：汪浩

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

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