乳清蛋白肽-亚铁螯合物的铁补充效果评估:提高生物利用度和抗氧化能力,促进肠道微生物群平衡

《Food Chemistry》:Evaluation of iron supplementation effects of whey protein peptide-ferrous chelate: enhancing bioavailability and antioxidant capacity, promoting gut microbiota balance

【字体: 时间:2026年02月06日 来源:Food Chemistry 9.8

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  乳清蛋白肽-铁络合物(WPP-Fe)对缺铁性贫血小鼠铁代谢、氧化应激及肠道菌群具有协同改善作用,其中等剂量(2.0 mg Fe/kg BW)效果优于FeCl?和Fe-gluc,显著提升血红蛋白水平(156.35±3.75 g/L)和铁生物利用率(331.9±43.88%),并通过调节炎症因子和抗氧化能力减轻氧化应激,同时改变肠道菌群结构(如增加Firmicutes/Bacteroidetes比例及Ileibacterium属丰度)。

  
徐亚楠|吴玉梅|张海月|马泽珍|穆光清|钱芳
大连工业大学食品科学与工程学院,中国辽宁省大连市116034

摘要

为了评估乳清蛋白肽-亚铁螯合物(WPP-Fe)对缺铁性贫血(IDA)的影响,本研究调查了其对IDA小鼠铁代谢、氧化应激和肠道微生物群的影响。结果表明,中等剂量的WPP-Fe(2.0 mg Fe/kg体重)比氯化亚铁(FeCl?)和葡萄糖酸亚铁(Fe-gluc)具有更好的疗效。WPP-Fe显著提高了血红蛋白水平(156.35 ± 3.75 g/L)和铁的生物利用度(331.9 ± 43.88%),同时通过调节炎症细胞因子和增强抗氧化能力来减轻氧化应激。值得注意的是,肠道微生物群分析进一步显示,WPP-Fe增加了厚壁菌门与拟杆菌门的比例,并富集了与血红蛋白水平正相关的Ileibacterium属细菌,这表明铁补充与肠道微生物调节之间存在潜在联系。总之,WPP-Fe具有协同作用,可以增强铁的补充效果并缓解IDA相关的紊乱,支持其作为新型功能性铁来源在营养和功能性食品中的应用潜力。

引言

铁是一种关键的微量元素,在体内多种生理过程中发挥着重要作用,包括正常的大脑发育、免疫功能以及蛋白质和DNA的合成(Wu, Yang, Sun, Bao, & Lin, 2020)。由于摄入不足、吸收有限或丢失过多,可能导致缺铁性贫血(IDA),这是一种常见的营养障碍,其特征是疲劳和免疫力减弱,严重影响整体健康。传统的铁补充剂主要包括无机亚铁盐和有机铁制剂(如有机酸铁盐和氨基酸螯合铁),这些仍然是IDA的主要治疗选择(Pantopoulos, 2024)。与无机铁相比,有机铁的耐受性略有提高;然而,其吸收仍然依赖于肠道铁转运蛋白,且其稳定性容易受到胃肠道pH值波动的影响(Finlayson-Trick, Fischer, Goldfarb, & Karakochuk, 2020)。因此,这些限制阻碍了有机铁补充剂在铁补充效率与安全性之间找到平衡。
近年来,肽-亚铁螯合物因其优异的生物利用度和稳定性而受到越来越多的关注。肽链上的氨基、羧基和羟基等官能团可以参与铁离子的配位,形成稳定的肽-铁螯合物。这种螯合作用可以部分抑制铁与抗营养因子(如植酸和多酚)的相互作用和沉淀,从而通过肽介导的肠道转运途径提高铁的生物利用度,并表现出良好的铁补充潜力(Wu et al., 2020)。Li等人(Li, He, Shi, & Hou, 2019)证明,脱盐鸭蛋清肽-铁螯合物(DPssingle bondFe)能有效促进IDA大鼠的铁吸收并恢复血液学参数,包括血红蛋白(HGB)和血细胞比容(HCT)。Zhang等人(Zhang, Ding, & Li, 2021)使用碱性蛋白酶制备了绿豆蛋白水解物-铁螯合物(MPH-Fe),发现所得复合物的消化稳定性优于单独使用MPH。同样,Wei等人(Wei et al., 2024)证实,蛋黄肽-铁螯合物具有更高的热稳定性、耐碱性和体外消化稳定性,优于硫酸亚铁。
乳清蛋白富含支链氨基酸,具有较高的生物价值。它广泛用于运动营养产品中,也是婴儿配方奶粉的重要蛋白质来源,因为其蛋白质组成与人类母乳非常相似。与其他蛋白质衍生的肽相比,乳清蛋白肽(WPP)具有很强的铁结合能力,并具有多种生物活性,包括抗氧化和免疫调节作用。此外,WPP在调节肠道微生物群组成方面显示出相当大的潜力,为营养和功能性食品系统的应用提供了广阔的前景(Saubenova et al., 2024)。Rocha等人(Rocha, Kise, Rosso, & Parisi, 2017)证明,水解乳清蛋白浓缩物(WPC)的DPPH自由基清除活性高于WPC。此外,乳清蛋白水解物(WPH)可以通过降低厚壁菌门与拟杆菌门的比例来有益地调节婴儿的肠道微生物群(Feng et al., 2022)。这表明,以乳清蛋白肽为载体的乳清蛋白肽-亚铁(WPP-Fe)螯合物可能优于传统的有机铁补充剂,作为一个多功能系统,整合了高效的铁补充、肠道保护和肠道微生物群调节。
先前的研究表明,WPP-Fe螯合物在体外稳定性、铁吸收效率和抗氧化活性方面显著优于氯化亚铁(FeCl?)和葡萄糖酸亚铁(Fe-gluc)(Wu, Wang, Ma, Mu, & Qian, 2024)。然而,其在体内的效果,特别是在缺铁性贫血(IDA)条件下是否能够有益地调节肠道微生物群的结构和功能方面仍不清楚。在本研究中,使用FeCl?和Fe-gluc作为对照,评估了不同剂量的WPP-Fe螯合物对IDA小鼠的铁补充效果,并研究了WPP-Fe螯合物对肠道微生物群的调节作用。本研究旨在为WPP-Fe螯合物作为新型铁补充剂的发展提供理论基础,同时也为乳清蛋白资源的高价值利用及其在婴儿配方奶粉等特殊膳食产品中的铁强化应用提供科学支持。

材料与试剂

乳清蛋白浓缩物(浓度80%,WPC-80)购自Fonterra Cooperative Group Limited(新西兰奥克兰),胰蛋白酶(250 U/mg)购自北京索乐博有限公司(中国北京),氯化亚铁和葡萄糖酸亚铁购自北京索乐博有限公司(中国北京)。T-AOC、MDA、SOD、SI、SF和TIBC检测试剂盒购自南京建诚生物工程有限公司(中国南京)。IL-6、IL-10和TNF-α检测试剂盒购自

WPP-Fe螯合物对体重和器官指标的影响

经过3周的铁补充后(第6周),所有IDA小鼠的体重均有所增加,尽管生长速率存在显著差异。模型组的体重增长率最低(图1A-B),表明缺铁会降低小鼠的体重增长,而铁补充缓解了这一效应。值得注意的是,M-WPP-Fe组的体重增长率显著高于模型组、FeCl?组和L-WPP-Fe组(p < 0.05)。如图1C-E所示,

讨论

本研究调查了WPP-Fe螯合物对IDA小鼠造血、铁吸收能力和肠道微生物群的影响。肝脏和脾脏作为主要的铁储存器官,在全身铁稳态中起着关键作用。多余的铁通常以铁蛋白或含铁血黄素的形式储存,并可以在需要时释放到血液中以满足生理需求。Cheng等人(Cheng et al., 2023)报告称,IDA小鼠表现出生长迟缓、体重减轻和器官指标增加。

结论

本研究使用IDA小鼠模型系统评估了WPP-Fe对铁代谢、铁生物利用度、免疫炎症反应、抗氧化能力和肠道微生物群的影响,并分析了肠道微生物群与缺铁相关指标之间的相关性。结果表明,与FeCl?和Fe-gluc组相比,M-WPP-Fe组显著改善了IDA小鼠的铁代谢。血液学参数如

CRediT作者贡献声明

徐亚楠:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 原稿,方法学,实验设计,数据分析。吴玉梅:撰写 – 原稿,方法学,数据分析。张海月:撰写 – 审稿与编辑,监督,资源协调,方法学。马泽珍:方法学,实验设计,数据分析。穆光清:撰写 – 审稿与编辑,方法学,资金获取。钱芳:撰写 – 审稿与编辑,监督,资源协调,项目管理

机构审查委员会声明

所有动物实验程序均按照国际指南进行,并得到了大连工业大学动物伦理委员会的批准(DLPU2024DT016)。

未引用的参考文献

Akin, Sarbay, Guler, Balci and Polat, 2016
Banjare, Gandhi, Sao and Sharma, 2019
Corrigan and Brodkorb, 2020
Fan et al., 2023
Fan et al., 2023
Lin et al., 2021
Zhou, Mao, Wang, Ai and Li, 2013

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划(2022YFD2101504)的财政支持。
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