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炎症性肠病(IBD)是一种伴随终身的胃肠道慢性炎症性疾病,已成为全球公共卫生面临的重大挑战之一。应用膳食或食品功能成分干预可能是一种预防或治疗IBD理想方法,可以改善并缓解结肠炎症状,同时减少了常规药物的不良反应。绿茶中含量最高、活性最强的儿茶素是表没食子儿茶素-3-没食子酸酯(EGCG)。EGCG具有抑制炎症,促进肠道健康的潜力,从而有望改善IBD症状。然而由于茶多酚的不稳定性和生物利用度差等因素,其在食品加工、功能性食品和医药等领域的应用受到了限制。目前已经开发了一些以纳米材料为载体的口服胃肠道递送系统用于提高EGCG的稳定性和生物利用度,但是绝大多数载体的负载能力较低,在体内动物研究中需要重复给药才能达到合适的功效。将蛋白质组装成具有高长径比的柔性生物胶体(淀粉样纤维),已成为高端技术材料和生物纳米技术中的新的模板化策略。同时,蛋白质淀粉样纤维是人们日常饮食的组分之一。故本研究以溶菌酶(HEWL)淀粉样纤维为模板,通过加入EGCG简单地混合,制备了一种3D超分子水凝胶,极大地提高了 EGCG的载量。首先对该水凝胶进行了表征,研究了多酚与淀粉样纤维之间的相互作用及其所形成的软物质跨多尺度的演变规律;然后对包封后的EGCG稳定性、胃肠道释放和水凝胶体内胃肠道分布情况进行了分析;最后研究了该水凝胶对结肠炎症的缓解作用及其对相应的肠道菌群的调节作用。主要研究结果如下:1.HEWL淀粉样纤维-EGCG水凝胶的构建和结构表征本节应用酸热处理制得了 HEWL淀粉样纤维,通过向其中加入EGCG,简单地混合,形成了 3D超分子水凝胶,其中EGCG的载量可高达4.0 wt%,极大地提高了多酚在输送体系中的载量。该水凝胶在偏振光条件下显示半透明及双折射现象,表明凝胶的形成没有影响蛋白质淀粉样纤维的向列液晶结构,没有出现相分离。此外进一步地从分子相互作用和多尺度结构演变的角度探究了水凝胶的形成机制。多酚直接与HEWL淀粉样纤维结合,平衡解离常数(Kd)为3.41×10-7,表明两者具有很强的亲和力;微观结构分析发现,EGCG吸附到淀粉样纤维表面,并且不断地沉积,形成复合纳米丝,其进一步自组装成3D超分子水凝胶。流变学实验表明,当EGCG浓度从0.5 wt%增大到4.0 wt%时,水凝胶强度也逐渐增加。2.HEWL淀粉样纤维-EGCG水凝胶中的EGCG稳定性、体外模拟胃肠道消化和体内胃肠道分布以及长期口服毒性研究本节进一步研究了淀粉样纤维-EGCG水凝胶的性能,首先制备了 pH 6.0的淀粉样纤维-EGCG水凝胶,研究EGCG的热稳定性和储存稳定性。结果表明在水凝胶中包封后,EGCG储存一段时间以及在不同温度下热处理后的稳定性显著增强。通过体外模拟胃肠道消化和体内MicroPET/CT成像实验,研究了水凝胶的消化及肠道分布情况,结果表明淀粉样纤维-EGCG水凝胶能够抵抗胃和小肠环境的消化,有效避免了EGCG在胃和小肠中的损失,并且该水凝胶可以较长时间保留在肠道内,特别是在结肠内,使其成为靶向肠道炎症的理想有效载荷。最后对正常小鼠进行长期口服干预评价了其体内肝肾毒性。结果表明,长期口服该水凝胶对小鼠不会产生毒性,并且可以显著提高肝脏中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)水平,在一定程度上增强机体抗氧化活性。3.HEWL淀粉样纤维-EGCG水凝胶对葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠结肠炎症的缓解作用本节以2%葡聚糖硫酸钠(DSS)处理7天成功诱导的急性结肠炎小鼠为模型,研究了口服淀粉样纤维-EGCG水凝胶对结肠炎小鼠的治疗作用。结果表明,该水凝胶能够显著缓解小鼠结肠炎症,恢复小鼠体重、降低疾病活动指数(DAI)评分、改善结肠形态并抑制结肠缩短,显著降低血清中炎症因子的分泌。同时,淀粉样纤维-EGCG水凝胶能够修复肠上皮细胞损伤,显著提高肠道组织中紧密连接蛋白Claudin-1和Occludin水平,提高了肠道屏障完整性。此外,口服该水凝胶还可以有效抑制结肠组织中的炎症相关基因过表达。结合上一节可知,淀粉样纤维-EGCG水凝胶可以长时间保留在肠道中并覆盖表皮,直接充当保护屏障,阻止肠腔病原体和细菌的入侵。同时,水凝胶中的多酚EGCG可能有助于通过干扰肠上皮细胞中的核因子κB(NF-κB)信号来恢复上皮细胞损伤并修复受损的屏障完整性,进而减轻肠道炎症反应。4.HEWL淀粉样纤维-EGCG水凝胶对葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎小鼠的肠道微生物的调节作用本节以DSS诱导的结肠炎小鼠为模型,通过盲肠内容物中短链脂肪酸(SCFAs)的测定以及肠道微生物高通量测序,研究了水凝胶对结肠炎小鼠肠道菌群组成和SCFAs的影响。结果表明,该水凝胶能够显著改善肠道微生物群失调,减少了在结肠炎中富集的微生物,特别是变形菌门中的兼性厌氧菌属(Aestuariispira和Escherichia)。此外,水凝胶还可以提高与肠道菌群调节有关的SCFAs水平。综合来看,该水凝胶可以通过调节肠道菌群失调并选择性地阻止共生肠杆菌科在炎症环境中的异常增殖,同时提高肠道SCFAs水平,改善结肠炎,但其选择性地调节肠道菌群的机制需进一步研究。