溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是一种常见的慢性炎症性肠病(inflammatory bowel disease，IBD)，已经对全世界数百万人造成影响。目前的治疗通常使用5-氨基水杨酸盐、别嘌呤硫醇、类固醇和抗肿瘤坏死因子等，这些昂贵的疗法限制了UC治疗的持续性和有效性，可能还会引起高血压、糖尿病等不良反应。因此，迫切需要开发更有效和更安全的新治疗策略。
多花黄精（Polgonatum cyrtonema）在中国被用作传统的滋补食品和草药，其多种生物活性化合物广泛用于治疗疾病，比如抵抗骨质疏松、抗疲劳、降血糖、治疗脂肪肝和阿尔兹海默症等。这种潜在的健康益处与多花黄精的次生代谢产物（多糖、皂苷、黄酮类、酚类等成分）密不可分。前期研究表明，低聚果糖（fructooligosaccharides，FOS）是多花黄精主要组成成分之一，具有显著的生物活性。PFOS能够显著抑制小鼠脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)诱导的腹膜炎中血清促炎细胞因子（TNF-α，IL-1β）和减少小鼠肺组织中炎症单核细胞的积聚。但是，PFOS是否有益于肠道炎症尚未确定。
为了研究PFOS在结肠炎保护中的潜在机制，澳门科技大学吴剑波教授的小组继续探索，其研究成果在国际期刊Biomedicine&Pharmacotherapy（Q1，IF:7.5)上发表。
本研究首次调查PFOS在葡聚糖硫酸钠（dextran sulfate sodium，DSS）诱导的肠炎模型进展中的作用。PFOS可以调节抗炎细胞因子，并在粘膜屏障的保护下调MMP13 （matrix metalloproteases，MMPs），导致对DSS诱导的小鼠结肠炎模型的有益作用。此外还发现PFOS可以选择性地促进益生菌，包括双歧杆菌、异普氏菌和阿利斯蒂普菌。研究结果证实PFOS可能被用作患有肠道功能障碍人群的有效补充剂。
DSS诱导的结肠炎导致粘膜破坏障碍细菌抗原导致各种炎症细胞的活化，并最终导致炎症、氧化应激、内质网应激（ER，endoplasmic reticulum）和MMPs的高表达。MMP13将前TNF-α转化为可溶性TNF-α，加重了上述病理过程。PFOS早期的干预使MMP13的表达下调，改善粘膜屏障，并保护小鼠免受DSS诱导的炎症、氧化应激和内质网应激的影响。
图1.结肠炎程度的实验设计和PFOS治疗。（A）四组小鼠正常饮食适应一周后，接受PFOSL 0.5 mg/kg，PFOS-M 2 mg/kg，PFOS-H 5 mg/kg 或相同体积的PBS治疗2周。3%DSS治疗从第4周开始，持续7天，然后恢复一天。 每天监测体重变化（B）。 PFOS的疾病活动指数（C）。每组DSS治疗后7天结肠外观的代表性图像（D）。小鼠的结肠长度如所示（E）。#p<0.05，##p<0.01（下同）。
图2. PFOS保护小鼠免受DSS诱导的炎症、氧化应激和内质网应激的影响。（A） 血清SOD和MDA水平（n=5–6/组）。（B）PFOS对炎症相关基因表达的影响。（C）通过qPCR 分析PFOS改善氧化应激基因。（D）PFOS-DSS和DSS小鼠的形态TEM图像。红色箭头表示内质网，显示内质网管腔扩张，有双层膜DSS组中的结构。PFOS有力地阻止了ER扩张，显示出ER管腔连续的完整性。
图3. PFOS改变小鼠结肠中的基因表达。（A）小鼠结肠组织差异表达基因的热图。（B） KEGG分析显示IL-17信号通路。（C） 相邻基因重复出现的搜索工具（STRING）差异基因的网络可视化。IL-17信号通路中表达的基因。边缘代表蛋白质-蛋白质关联。（D） IL-17、MMP13和MMP10的qPCR检测。（E）通过免疫荧光显微镜获得的MMP13在结肠切片中表达的代表性图像。（F）使用了图像J软件免疫荧光的半定量分析。
图4. PFOS降低MMP13的表达并改善粘膜屏障功能。（A） 结肠切片的H&E染色如图所示。（B） 阿尔新蓝染色切片显示结肠为杯状细胞。（C） 通过RT-qPCR检测ZO-1、MUC2和Occludin 1的表达。（D-F）代表结肠切片中ZO-1、MUC2和Occludin 1的免疫荧光染色。（G）ZO-1，MUC2和Occludin 1通过显示分布差异的图像J软件。
图5. MMP13的高表达减弱PFOS的抗炎和粘膜屏障保护作用。（A、B）人结肠粘膜上皮细胞系，NCM460用于模拟溃疡性结肠炎的体外模型。MMP13通过用MMP13 pCDH-CMV-MCS-EF1-GFP+Puro转染而过表达质粒。如所示，来自过表达载体的MMP13的代表性免疫印迹和定量。（C） 屏障功能障碍相关的表达通过qPCR测定包括ZO-1、Occludin在内的蛋白质。（D） 使用酶联免疫法评估炎症相关因子TNF-α、IL-6和IL-1β的水平套件。
图6.在DSS诱导的结肠炎模型中，PFOS在一定程度上调节肠道微生物群失调。（A）α之间无统计学意义不同小鼠组肠道细菌丰富度（Chao1指数）和多样性（Shannon指数）的多样性分析。（B） Kruskal Wallis级别和检查门水平组间显著性检验。（C）属水平的肠道细菌组成的分类分布。（D） 三种益生菌PFOS治疗后显著增加。
澳门科技大学吴剑波教授为论文的通讯作者，原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biopha.2023.114562
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编辑：周茜
审核：刘京晶
