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Introduction
炎症性肠病（IBD）发病率极高，对人类健康具有重大影响。对IBD的主要药物干预方法是氨基水杨酸盐和类固醇。溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）是IBD的2 种典型形式。在UC患者的结肠样本中，NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NLRP3）、含有CARD的凋亡相关斑点样蛋白（ASC）、半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶1（Caspase-1）和白细胞介素1β（IL-1β）的mRNA表达较高。这说明了NLRP3炎症小体激活与UC之间的关系。
虽然传统药物已经应用于改善中度或重度IBD患者，但它们可能具有副作用。因此，寻找高效、副作用更小的新治疗方法是至关重要的。许多研究发现，生物活性天然产物可能对IBD有愈合影响。支链脂肪酸（BCFAs）是一种在其烷基链上包含一个或多个支链烷基或其他官能团的脂肪酸。BCFAs是一种新的生物活性化合物家族，具有抗炎作用和抗癌作用。BCFAs可以抑制NF-κB通路，从而降低炎症介质的白细胞介素8（IL-8）的产生。然而，BCFAs是否能减轻体内UC的炎症反应还有待证实。BCFAs主要存在于乳制品中，山羊乳含有约2%的BCFAs，且在BCFAs的总体组成方面，羊乳中BCFAs的结构与母乳中的BCFAs相似，同时具有末端单BCFAs和中间BCFAs，因此作者认为羊乳中BCFAs具有一定的研究价值。
东北农业大学食品学院张佳欣博士生，东北农业大学食品学院赵倩玉讲师，东北农业大学食品学院姜毓君教授等在本研究采用从山羊乳中分离纯化的BCFAs干预DSS诱导的小鼠结肠炎。通过观察BCFAs对肠道氧化还原酶活性的影响，探讨BCFAs是否对肠道炎症有缓解作用。同时，检测了炎症细胞因子的水平，并检测了它们是否通过了TLR4/NF-κB/NLRP3通路。本研究为更好地了解BCFAs的抗炎机制提供了新的见解，为其促进健康的肠道作用和潜在的干预机制提供了科学依据。
Results and Discussion
BCFAs可缓解DSS诱导的小鼠结肠炎
在试验开始时，小鼠的体质量没有显著差异。从DSS诱导的第5天开始，小鼠的体重持续下降。BCFAs摄入显著减轻了体质量下降程度(图1A)。BCFAs摄入得到表现为较低的DAI评分(图1B)。在1、5和10 mg/mL剂量下，BCFAs的摄入部分逆转了DSS诱导的结肠长度减少（图1C和D）。
图1 支链脂肪酸（BCFAs）可减轻急性溃疡性结肠炎（UC）。(A)体质量；(B)疾病活动指数（DAI）评分；(C)结肠长度；(D)具有代表性的结肠照片。
在显微镜下观察结肠组织的HE染色（图2）。NC组小鼠黏膜层上皮细胞排列整齐排列。DSS诱导小鼠的组织学特征包括黏膜层的上皮细胞大部分降解和脱落，隐窝结构几乎完全消失，有大量炎症细胞浸润。另一方面，与C组相比，不同剂量BCFAs的摄入改善了结肠的组织病理学改变，黏膜层的隐窝结构加深，炎症细胞浸润减少。
图2 用苏木精和伊红染色的结肠组织病理学图像
BCFAs可减轻氧化应激
髓过氧化物酶（MPO）是中性粒细胞的代表性标志物，与IBD的严重程度密切相关。C组结肠MPO活性显著高于NC组。同时，结肠组织中MPO活性随摄入BCFAs剂量的增加而降低（图3A）。MPO活性水平与活化的中性粒细胞含量和氧化应激密切相关。如图3B所示，C组MDA含量明显高于NC组。L、M、H组小鼠脂质过氧化程度均低于C组。C组结肠组织SOD、CAT、GSH水平明显低于NC组。然而，摄入BCFAs后，3 种抗氧化剂水平均升高，且与摄入BCFAs的剂量呈显著正相关（图3C-E）。
图3 检测结肠中(A)髓过氧化物酶（MPO）、(B)丙二醛（MDA）、(C)超氧化物歧化酶（SOD）、(D)过氧化氢酶（CAT）和(E)谷胱甘肽（GSH）的水平。
BCFAs降低了炎症细胞因子的表达
TNF-α、IL-1β和IL-18是影响炎症反应的主要指标，C组的TNF-α、IL-1β和IL-18水平高于NC组。与C组相比，摄入不同剂量BCFAs可不同程度降低TNF-α、IL-1β和IL-18水平（图4A-C）。相反，IL-10是一种主要的免疫抑制细胞因子，对炎症及其介质具有广泛的作用。低、中、高剂量BCFAs组IL-10水平均显著升高（P < 0.05），且IL-10水平的影响呈剂量依赖性（图4D）。
图4 结肠炎小鼠免疫细胞因子表达的变化。(A)肿瘤坏死因子α（TNF-α）；(B)白细胞介素1β（IL-1β）；(C)白细胞介素18（IL-18）；(D) 白细胞介素10（IL-10）。
BCFAs对DSS诱导的结肠炎的保护作用是通过TLR4/NF-κB/NLRP3通路介导的
DSS诱导小鼠结肠激活TLR4受体，上调下游NF-κB p65 mRNA表达，激活将该信号传递给NLRP3炎性体的重要NF-κB通路，导致TLR4、NF-κB、NLRP3、Caspase-1、IL-18、IL-1β基因和蛋白表达显著升高。另一方面，摄入BCFAs显著降低L、M和H组小鼠结肠中相关基因和蛋白的表达，并呈剂量依赖性（图5-6）。
图5 检测小鼠结肠(A) TLR4、(B) NF-κB、(C) NLRP3、(D) Caspase-1、(E) IL-18和(F) IL-1β的mRNA表达情况
图6 结肠中TLR4/NF-κB/NLRP3蛋白的表达。(A)TLR4、NF-κB、NLRP3和Caspase-1的免疫印迹分析相对表达水平；(B)免疫印迹法。
Conclusion
在本研究中，山羊乳中的BCFAs可以缓解UC。BCFAs的摄入增加了体内氧化还原酶的活性，降低了氧化应激，并成功地抑制了炎症反应的进展。它改变了炎症细胞因子的水平，抑制了TLR4/NF-κB/NLRP3通路的激活，促进了肠道免疫屏障的建立。
第一作者简介
张佳欣，女，东北农业大学食品学院博士研究生。生物与医药专业。
通信作者简介
赵倩玉，女，东北农业大学食品学院讲师，主要研究方向为乳品加工中有害物质的生成机制；功能活性成分的稳态化和靶向递送。近五年主持省“双一流”学科协同创新项目1 项，国家乳业创新技术中心项目子课题2 项，企业委托项目1 项，参与“十四五”重点研发计划项目、省重点项目等。发表SCI文章16 篇，第一或共一作者论文12 篇，授权国家发明专利1 项。
姜毓君，男，二级教授、博士生导师，东北农业大学食品学院院长、乳品科学教育部重点实验室主任。入选长江学者特聘教授、国家“万人计划”领军人才。荣获全国食品安全工作先进个人、中国食品科技学会科技创新奖——突出贡献奖。担任国务院食品安全委员会专家委员会委员、中国营养保健食品协会副会长。 主要从事乳制品、婴幼儿配方食品和特医食品等特殊食品和功能食品研究，先后承担国家和省部级课题20 余项。获得省科技进步二等奖2 项，中国和美国专利22 件，主编或共同出版专著教材8 部。以第一作者或通信作者发表学术论文200 余篇，其中多篇论文被选为封面文章。牵头和参与多项国家食品质量安全法规、标准和技术规范的制定。
Branched-chain fatty acids from goat milk alleviate ulcerative colitis via the TLR4/NF-κB/NLRP3 pathway
Jiaxin Zhanga,1, Jinjing Zhongb,1, Zhengying Cuia, Yu Shena, Yaping Zhenga, Yu Zhanga, Chaoxin Mana, Yanmei Houb, Qianyu Zhaoa,*, Yujun Jianga,*
a Key Laboratory of Dairy Science, Ministry of Education, Department of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China
b Hyproca Nutrition Co., Ltd., Changsha 410000, China
1 These authors contributed to the work equally.
*Corresponding authors.
Abstract
Branched-chain fatty acids (BCFAs) are new bioactive fatty acids with anti-inflammatory properties. However, the role of BCFAs in alleviating ulcerative colitis has not been clarified. Herein, we evaluated the protective effect of BCFAs from goat milk in mice with colitis induced using dextran sodium sulfate (DSS) and explored the corresponding mechanism. These results show that BCFAs extracted from goat milk can significantly alleviate weight loss in mice, and reduce the disease activity index and the activity of myeloperoxidase while increasing the content of antioxidant enzymes in colon tissue and reducing the oxidation stress response. These data also show that BCFAs can down-regulate the gene and protein expression of the toll-like receptor 4 (TLR4)/ nuclear factor κB p65 (NF-κB p65)/NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3 (NLRP3) signaling pathway, and at the same time significantly reduce the expression of pro-inflammatory factors tumor necrosis factor α (TNF-α), interleukin 1β (IL-1β), and IL-18 in colon tissue, and significantly increase the expression of the anti-inflammatory factor IL-10. In conclusion, these results demonstrated that BCFAs in goat milk exerted effects on colitis-related inflammatory cytokines and inhibited inflammation by inducing the TLR4/NF-κB/NLRP3 pathway to alleviate DSS-induced ulcerative colitis. This study provides evidence for the potential of BCFAs as bioactive fatty acids in food products and to ameliorate ulcerative colitis development in mice.
Reference:
ZHANG J X, ZHONG J J, CUI Z Y, et al. Branched-chain fatty acids from goat milk alleviate ulcerative colitis via the TLR4/NF-κB/NLRP3 pathway[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(6): 3624-3632. DOI:10.26599/FSHW.2023.9250044.
文章翻译由作者提供
编辑：王佳红；责任编辑：孙勇
封面图片：图虫创意
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