人乳三酰甘油中的脂肪酸分布通过钙介导的黏液相变来调节脂质的吸收

《Food Chemistry》：Fatty acid distribution in human milk triacylglycerols regulates lipid absorption through calcium-mediated mucus phase transition

钙离子介导的黏液凝胶结构调控脂质吸收机制研究。通过分析不同sn-2棕榈酸含量TAGs对钙离子浓度和黏液凝胶行为的影响，发现低sn-2棕榈酸TAGs通过螯合钙离子形成致密凝胶阻碍脂质扩散，而高sn-2棕榈酸TAGs维持较高钙离子浓度形成多孔凝胶促进脂质透过。实验证实sn-2棕榈酸分布通过调控钙离子可利用性和黏液凝胶物理特性影响脂质吸收效率，为设计高效结构脂质提供新理论。

　　

Xinggang Ni|Zeyuan Deng|Caihua Jia|Jing Li

南昌大学食品科学与资源国家重点实验室，中国江西省南昌市330047

摘要

钙离子（Ca²⁺）和肠道黏液作为动态屏障，调节脂质运输。本研究揭示了甘油三酯（TAGs）中棕榈酸的sn-2位点分布通过钙依赖机制调节黏蛋白凝胶化和脂质扩散。在胃肠道pH值下，3–4 mM的Ca²⁺会压缩黏蛋白并限制脂质扩散，而超过5 mM的Ca²⁺则会形成多孔结构。体外消化不同sn-2棕榈酸含量（0–100%）的TAGs时，脂肪酸螯合作用改变了游离Ca²⁺的可用性，从而调节黏蛋白的相行为。高sn-2含量的TAGs保持了游离Ca²⁺，导致黏蛋白网络更疏松，扩散更快，这一点通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和扫描电子显微镜（SEM）得到证实。体外和体内实验进一步表明，只有在黏液和钙同时存在的情况下，TAG结构才会影响脂质吸收。这些发现揭示了一种新的离子-黏蛋白-脂质相互作用机制，并为设计结构化脂质以提高黏膜系统中的生物利用度提供了新策略。

引言

脂质是人类饮食中的必需营养素，不仅是主要的能量来源，还是细胞膜和脂溶性维生素的载体。作为人乳中的主要脂质种类，甘油三酯（TAG）在婴儿发育、营养吸收和预防慢性疾病方面起着重要作用（Karrar等人，2023年）。TAG的肠道吸收受多种协调因素的调控。传统研究主要集中在化学机制上，包括脂肪酶活性（Salhi等人，2021年）、胆盐介导的乳化作用以及混合胶束的形成（Macierzanka等人，2019年）。然而，肠道中还存在另一个高度动态的生物物理屏障——基于黏蛋白的黏液层，它在控制饮食成分的扩散中起着关键调节作用（Paone & Cani，2020年）。

胃肠道黏液层不仅在生理条件下保护上皮屏障并维持肠道稳态，还在饮食脂质吸收过程中起到“过滤器”或“扩散门”的作用。先前的研究表明，黏蛋白的凝胶状态受pH值、电解质尤其是钙离子（Ca²⁺浓度的强烈影响（Curnutt等人，2020年）。在酸性胃环境中（pH < 5），黏蛋白会发生质子诱导的可逆凝胶化，形成对抗外来颗粒的紧密屏障（Celli等人，2007年）。在中性肠道pH值（约7）下，Ca²⁺可通过分子间交联诱导黏蛋白凝胶化（Meldrum等人，2018年）。尽管黏液屏障的动态特性越来越受到重视，但其对饮食脂质消化产物的反馈反应机制仍不完全清楚。

人乳是婴儿唯一的完整天然营养来源，其脂质组成和结构经过优化。在人乳中的TAGs中，棕榈酸（PA，C16:0）主要在sn-2位点酯化，这种配置被广泛认为可以促进脂肪吸收并有益于代谢健康（Chen等人，2025年）。从机制上看，sn-2棕榈酸在消化过程中促进2-单酰基甘油的形成，这些甘油易于吸收，同时减少游离棕榈酸的释放，后者否则会形成不溶性的钙皂。通过限制钙皂的形成，sn-2棕榈酸有助于维持管腔内的游离Ca²⁺水平，从而支持脂质和矿物质的吸收。这一认识促使人们开发并应用了结构化脂质，如OPO（1,3-二油酰-2-棕榈酰-甘油）到婴儿配方奶粉中（Wang等人，2024年）。此外，许多商业婴儿配方奶粉现在添加了OPO或其他富含sn-2棕榈酸的结构化脂质，以更好地模拟人乳TAG的结构特征并提高营养物质的生物利用度。然而，TAGs中脂肪酸的位点分布是否不仅影响消化速率，还调节肠道环境进而影响吸收，目前尚不清楚。初步证据表明，TAG水解产物（如游离棕榈酸）可能形成不溶性的钙皂（Manios等人，2020年），从而降低肠道腔内的游离Ca²⁺水平，可能改变Ca²⁺依赖的黏蛋白凝胶化。这一机制为理解饮食脂质结构与肠道物理屏障之间的相互作用提供了新的框架。

因此，本研究的目的是确定TAG分子中棕榈酸的位点分布是否通过改变Ca²⁺的可用性和黏蛋白凝胶化行为来调节肠道脂质吸收。基于这一假设，本研究系统地探讨了人乳TAGs中的脂肪酸分布是否可以通过“游离棕榈酸–钙耗竭–黏蛋白凝胶相变”途径调节肠道脂质吸收。具体来说，设计了不同sn-2棕榈酸含量的TAG混合物（0%、25%、50%、75%和100%），并使用体外消化模型评估了它们对游离Ca²⁺浓度和黏蛋白凝胶结构的影响。通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和扫描电子显微镜（SEM）表征了凝胶微观结构，同时使用Transwell扩散系统评估了脂滴渗透情况。此外，还通过小鼠的肠道囊灌流实验和体内荧光成像证实了TAG sn-2棕榈酸含量在钙–黏液共同作用条件下对脂质吸收效率的差异影响。本研究首次提出，TAGs中脂肪酸的位点分布通过调节消化产物与肠道微环境之间的物理化学相互作用来调节脂质吸收效率，最终重塑了黏液屏障的结构。这些发现扩展了我们对饮食脂质吸收机制的理解，并为设计生物可利用的人乳脂肪替代品提供了新的理论和技术基础。

化学试剂和材料

标准甘油三酯包括OPL（1-油酰-2-棕榈酰-3-亚油酰-甘油）、LPL（1-亚油酰-2-棕榈酰-3-亚油酰-甘油）、OPO（1,3-二油酰-2-棕榈酰-甘油）和POO（1-棕榈酰-2-油酰-3-油酰-甘油）（纯度>99%），购自Larodan（瑞典索尔纳）。猪胃黏蛋白（M2378）购自Sigma-Aldrich（意大利米兰）。猪胃来源的胃蛋白酶（77,160 U/mg）、Rhizomucor miehei来源的脂肪酶（80,484 U/mg）和猪胰酶（P7545，83 U/mg）。

pH值对黏蛋白凝胶化的调节

胃酸诱导的黏蛋白相变行为代表了消化道中的第一道物理屏障。如图1a所示，在pH 7和9时，黏蛋白溶液清澈透明，表明在中性和碱性条件下黏蛋白分子完全溶解，形成低粘度、结构松散的液体。相反，当pH值降低到酸性水平（pH 1、3和5）时，溶液变得浑浊。

结论

本研究表明，人乳TAG中的sn-2棕榈酸含量通过调节钙离子的可用性和黏蛋白凝胶结构来调节脂质吸收。含有较低sn-2棕榈酸的TAG在消化过程中释放更多游离棕榈酸，螯合Ca²⁺至（3–4 mM）水平，形成均匀的黏蛋白凝胶并限制脂质扩散。相比之下，含有较高sn-2棕榈酸的TAG保持较高的Ca²⁺水平（>5 mM），形成多孔黏蛋白网络，促进脂质渗透。

作者贡献声明

Xinggang Ni：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、可视化、方法学设计、实验设计、数据分析、概念构建。Zeyuan Deng：监督、方法学指导。Caihua Jia：撰写 – 审稿与编辑、结果验证、监督、资源协调、概念构建。Jing Li：撰写 – 审稿与编辑、结果验证、监督、资源管理、资金争取、概念构建。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了江西省财政科学技术专项（ZBG20230418011）、江西省重点研发计划（20223BBF64002）和国家重点研发计划（2023YFF1104502）的支持。