阿胶肽铁螯合物调控缺铁性贫血小鼠肠道炎症的作用及其微胶囊化研究

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缺铁性贫血(IDA)是全球发生率最高的营养性疾病之一,可直接导致免疫功能缺陷或下降,而铁摄入过量,则存在铁过载引发多器官的损伤和肠道炎症加剧的风险。目前关于补铁剂的研究更多是关注补铁剂的补血活性,而关于补铁剂对肠道炎症的影响仍缺乏关注。阿胶肽铁螯合物(EPI)是阿胶的补血活性成分,具有良好的补血功效,本研究以EPI为研究对象,通过非靶向代谢组学、炎症因子和组织学分析EPI对IDA小鼠炎症的改善作用,结合肠道铁浓度、肠道菌群测序和非靶向代谢组学分析探究EPI改善肠道炎症的机制,进一步依据该机制指导EPI的优化。首先,通过建立IDA小鼠模型,从组织、分子水平评价EPI对IDA小鼠炎症的改善作用。EPI补血活性评价结果显示,EPI可以显著提升IDA小鼠的血象指标RBC、HGB、HCT、MCV、MCH(P<0.05),显著降低脏器指数(P<0.05),具有良好的补血功效,并呈现剂量依赖效应。血浆非靶向代谢组学分析显示,高剂量水平下,补充Fe SO4后出现代谢紊乱,炎症相关代谢物花生四烯酸、血栓素B2水平升高,而EPI可以有效恢复IDA小鼠的代谢紊乱,改善机体铁稳态。EPI可以调节血清免疫球蛋白、血细胞、炎症因子(IL-6、IL-10、TNF-α、CRP)水平及其基因的表达,使其恢复至接近正常水平。H&E染色分析和实时荧光定量PCR显示,EPI可以有效改善IDA所造成的肠粘膜屏障受损和炎性细胞浸润,显著提升紧密连接蛋白Occludin、Claudin和ZO-1的表达量(P<0.05),说明EPI对结肠粘膜屏障具有保护作用。不同给药剂量组中,中剂量对炎症各指标及代谢的改善效果最好;EPI改善效果优于同剂量Fe SO4。其次,通过测定结肠铁浓度和氧化应激水平,并结合肠道菌群16S r DNA高通量测序和粪便非靶向代谢组分析,对因补铁剂种类、剂量不同所造成的炎症改善效用差异进行机制探究,阐释EPI改善肠道炎症的机制。结果表明,相对于Fe SO4,EPI具有更高的相对生物利用度(123.5%),显著降低结肠铁浓度及肠道氧化应激水平(P<0.05)。结肠菌群分析结果表明,补充EPI对物种多样性的恢复效果更好,其中中剂量的改善效果最好;高剂量下,相对于Fe SO4,EPI可以通过降低肠道菌群中的有害菌(如Helicobacter、Erysipelatoclostridium)丰度,增加有益菌(如Bifidobacterium)丰度来改善肠道炎症水平。粪便代谢组分析结果表明,EPI对机体代谢有更好的改善作用,能有效调节由IDA造成的257个差异代谢物水平恢复,主要参与调控组氨酸代谢、β-丙氨酸代谢等途径。菌群KEGG代谢预测结果与血浆、粪便代谢组学结果关联分析发现,EPI改善肠道炎症的作用与脂肪酸代谢途径的调控相关。最后,依据EPI改善肠道炎症的机制对EPI进行优化,采用单因素实验和正交试验方法探究微胶囊化最优工艺,以期延长EPI释放时间、降低肠道铁浓度。通过单因素实验分别考察壁芯比、大豆分离蛋白(SPI)与果胶比例、搅拌时间对包埋率的影响,得到最适宜的壁芯比为2:1,SPI与果胶比例为5:5,搅拌时间为40 min。通过正交试验进一步考察各因素影响EPI微胶囊芯材包埋率的主次关系,并得到最优参数组合:壁芯比为3:1、SPI与果胶比例为6:4、搅拌时间为30 min,包埋率达86.69%。对最优条件下制得的EPI微胶囊进行理化性质的表征,结果表明EPI微胶囊的粒径分布更窄,平均粒径为119.50μm;吸水性显著降低至25.64%±0.97%。EPI微胶囊在胃肠道模拟消化过程中释放的Fe2+含量显著低于EPI(P<0.05),在20~80℃下的铁螯合量显著高于EPI(P<0.05),表明其消化稳定性和热稳定性提高。此外,EPI微胶囊还可以降低粪便中残余铁的含量,将肠道铁含量达峰时间延迟2 h。
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