马齿苋膳食纤维对镉暴露小鼠的保护作用及机制研究

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镉(Cd)是一种毒性极强的重金属污染物,由于污染途径的多元性和潜在毒性作用的长期性、累积性、不可逆性,食源性Cd暴露正在严重威胁着人类的健康。马齿苋(Portulaca oleracea L.)作为药食同源的植物之一,含有膳食纤维、蛋白质、矿物质等营养成分,具有抗炎、抗氧化、抗菌、调节肠道微生态等生理功能。膳食纤维的补充被证明是一种有效的螯合重金属离子的策略,其通过调节肠道菌群的平衡也可达到防治疾病的作用。因此,本研究旨在研究马齿苋减轻Cd毒性效应的效果及其作用机制,从而开发出新的解决Cd毒性问题的膳食策略。主要的研究结果如下:本研究首先通过体外模拟胃肠环境,测定了马齿苋全粉(Por.L)及其不可溶性膳食纤维(PIDF)对Cd的体外吸附能力,发现PIDF在体外模拟的肠道环境中显示出强于Por.L吸附Cd的能力。之后我们以C57BL/6小鼠为研究对象,通过100 mg/L Cd Cl2饮水的方式建立Cd暴露小鼠模型。结果发现,Por.L在体内对减轻Cd的蓄积较PIDF有更好的效果。进一步解析Por.L减轻Cd毒性的生理机制,发现Por.L可以通过清除体内自由基、缓解细胞膜的脂质过氧化程度来减轻Cd诱导的氧化应激毒性;同时,Por.L通过调节肠道菌群,增加肠道有益菌属Lactobacillus和Faecalibaculum的丰度,以此调节肠道内环境的平衡和稳态。而PIDF则在抑制TLR4/My D88/NF-κB途径介导的肝肾炎症方面发挥了抗Cd毒性效果。在观察到Por.L对Cd暴露小鼠的保护效果优于PIDF的基础上,我们进一步分离了马齿苋可溶性膳食纤维(PSDF),以“肠-肝轴”为切入点,发现PSDF通过抑制Cd暴露小鼠小肠FXR-FGF15轴,降低细胞膜上有机溶质转运体OSTα和OSTβ的表达,来抑制胆汁Cd的肠道重吸收和基底外侧输出。与此同时,肝脏中的胆汁酸合成限速酶CYP7A1和CYPB81发挥负反馈调节机制,进一步刺激了胆汁酸的合成和分泌,有效地阻断了有害金属Cd的肠肝循环。PSDF通过抑制FXR-FGF15轴减轻肠道Cd吸收基础上,同样实现了对肠道菌群、黏液层和肠上皮的保护。PSDF在维持黏液合成,维护肠道上皮细胞完整性,抑制结肠中TLR4/My D88/NF-κB信号通路的激活,减少炎症因子TNF-α、IL-1β、IL-6的释放等方面发挥了良好的保护作用。除此之外,PSDF通过调节肠道菌群的组成和结构,增加有益菌Lactobacillus和产生短链脂肪酸的菌属Ruminococcaceae_UCG-014的相对丰度,降低致病菌Lachnospiraceae_NK4A136_group的相对丰度,增加具有抗炎功能的短链脂肪酸的产生,以此维持Cd暴露小鼠的肠道微生态平衡。综上,基于Cd暴露诱导的毒性机制以及马齿苋及其膳食纤维介导的限制金属蓄积和调节肠道免疫的新型饮食策略,本研究为科学分析食源性Cd的危害及拮抗Cd生物毒性的方法提供新的思路。
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