《Food Bioscience》：Structural characterization of fucoidan and its role in ameliorating intestinal inflammation through modulation of intestinal microecology and macrophage polarization
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溃疡性结肠炎（UC）的天然治疗策略研究：以褐藻胶LJF-2为例，通过纯化、结构表征及动物模型验证，发现其通过重塑肠道菌群、增强屏障功能、抑制NF-κB和MAPK信号通路及调节巨噬细胞极化缓解炎症。体外实验显示低分子量片段因微生物消化增效，血清代谢分析揭示其影响氨基酸代谢和三羧酸循环。
叶行辰|卢春燕|倪思瑞|任晓萌|宋双|王武登|艾春青
大连理工大学海洋食品工程技术学院，国家海洋食品工程技术研究中心，中国大连 116034
摘要
岩藻多糖被认为具有健康益处，但由于其结构复杂性和肠道代谢的复杂性，其潜在机制仍不甚明了。在本研究中，我们纯化了Laminaria japonica岩藻多糖（LJF），并收集并分析了其主要成分（LJF-2）的结构特征。在鼠类硫酸葡聚糖诱导的结肠炎模型中，LJF-2处理显著减轻了结肠组织损伤并减弱了炎症反应。这些保护作用与肠道微生物群的重塑密切相关，表现为有益菌群的富集和机会性病原体的减少。这种微生物变化伴随着黏膜完整性的改善、上皮紧密连接的增强、核因子κB和丝裂原活化蛋白激酶信号通路的抑制以及巨噬细胞极化的调节。此外，LJF-2还稳定了血清代谢谱，特别是与氨基酸代谢和三羧酸循环相关的代谢物，表明其具有全身性的保护作用。体外实验中，LJF-2通过调节巨噬细胞极化减少了脂多糖刺激的RAW264.7细胞中的氧化应激和炎症。进一步分析显示，LJF-2衍生的低分子量片段具有略微增强的抗炎活性，这表明微生物消化可能增强了其效果。这些结果突显了LJF-2的益生元和免疫调节潜力，支持其作为治疗肠道疾病的候选物的前景。
引言
溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性炎症性疾病，其特征是结肠和直肠的持续性黏膜炎症，临床表现包括直肠出血、腹部不适和反复腹泻（Yan等人，2019年）。UC的病因和发病机制是多因素的，涉及肠道微生物群、免疫功能障碍和遗传易感性的复杂相互作用，这些因素导致了疾病发病率的地区差异。目前的治疗选择包括氨基水杨酸盐、免疫抑制剂和生物制剂（Niu等人，2021年），而手术通常用于严重或难治性患者。然而，UC的慢性复发性质，加上现有治疗的有限疗效和不良反应，凸显了迫切需要新的治疗策略。
天然物质，如益生菌和多糖，因其促进健康的特性而在食品和医学研究中受到广泛关注（Ghosh & Playford，2003年）。作为天然聚合物，多糖具有多种优势特性，包括治疗潜力、低毒性和优异的生物相容性。它们可以调节免疫反应、改变肠道微生物群组成并影响炎症细胞因子的产生，从而在UC中发挥保护作用（Niu等人，2021年）。此外，多糖可以与肠道黏膜相互作用，增强局部滞留并促进黏膜愈合（Bergstrom等人，2017年；Johansson等人，2013年）。这些特性也支持它们作为药物载体的应用，实现治疗剂的靶向递送，同时有助于恢复肠道微生态（Duan等人，2017年）。所有这些特性使多糖成为UC治疗的潜在候选物，既可以单独使用，也可以作为现有治疗的辅助手段。
岩藻多糖是一种主要存在于褐藻中的硫酸化多糖，具有多种生物活性，如免疫调节和抗炎作用（Luthuli等人，2019年）。先前的研究表明，岩藻多糖通过多种机制缓解UC，例如调节肠道微生物群和胆汁酸代谢（Liu等人，2022年）、增强抗氧化能力、上调芳烃受体表达以及降低磷酸二酯酶-4的表达（Bagalagel等人，2022年）。它还被证明可以通过下调Peyer斑块中的整合素表达来缓解炎症性肠病（IBD）（Li, Veeraperumal等人，2024年）。值得注意的是，在UC模型中，低剂量的岩藻多糖比高剂量具有更大的治疗效果（Wei等人，2022年）。尽管取得了这些进展，但其保护作用的精确机制仍不清楚，可能是由于结构复杂性、结肠代谢转化和多方面的免疫相互作用。
在本研究中，我们纯化了Laminaria japonica的岩藻多糖（LJF），并通过单糖组成、甲基化和核磁共振（NMR）光谱分析了其主要成分（LJF-2）的结构特征。我们在小鼠模型中评估了LJF-2对抗结肠炎的治疗效果，重点关注肠道屏障完整性、肠道微生物群组成、血清代谢物和巨噬细胞极化。为了进一步阐明其潜在机制，我们还在脂多糖（LPS）刺激的RAW264.7细胞中研究了LJF-2对炎症反应和巨噬细胞极化的影响。考虑到岩藻多糖在肠道中的发酵代谢，我们在体外模型中检测了LJF-2衍生物片的生物活性，以确定微生物消化是否增强了其抗炎效果。
材料与化学试剂
标准单糖，包括岩藻糖（Fuc）、甘露糖（Man）、半乳糖（Gal）、半乳糖醛酸（GalA）、鼠李糖（Rha）、葡萄糖（Glc）和木糖（Xyl），由Sigma（美国MO）提供。双缩脲酸（BCA）和一氧化氮（NO）检测试剂盒购自Beyotime（上海，中国），而丙二醛（MDA）、过氧化氢酶（CAT）、总抗氧化能力（T-AOC）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）和活性氧（ROS）检测试剂盒则购自Jiancheng
LJF的纯化与化学组成
LJF首先在DEAE-52柱上进行分离，得到三个主要组分-LJF-1s、LJF-2s和LJF-3s（图1A），其平均分子量分别为32 kDa、111 kDa和187 kDa（图1B）。其中，LJF-2s的产量最高，被选为在Sephadex G-200上进行进一步纯化，得到一个单一的主要峰，命名为LJF-2（图1C）。HPGPC分析确认LJF-2是均匀的，估计分子量为123 kDa（图1D）。
讨论
岩藻多糖表现出多种生物活性，但其精确机制仍不甚明了，这主要是由于其结构复杂性（Li等人，2008年）。在本研究中，发现LJF-2主要由岩藻糖（Fuc）、半乳糖（Gal）和甘露糖（Man）组成，其骨架由交替的→3)-Fucp4S-(1→ 和 →4)-Fucp3S-(1→ 单元构成。这种结构与先前报道的L. japonica岩藻多糖不同，例如富含→4)-β-GlcA、→6)-β-Glcp、→3,6)-α-Manp和→3)-α-Fuc的LJF，或含有
结论
本研究阐明了主要组分LJF-2的结构特征，并证明了其在缓解UC症状方面的有效性。其保护作用与肠道微生物群和代谢物的调节有关，从而增强了肠道屏障完整性、调节了巨噬细胞极化并抑制了炎症反应。与氨基酸代谢和TCA循环相关的血清代谢物的恢复进一步表明，LJF-2具有
CRediT作者贡献声明
叶行辰：撰写 – 原始草稿、验证、正式分析、数据管理、概念构思。卢春燕：数据管理。倪思瑞：正式分析。任晓萌：软件操作。宋双：方法学设计、数据管理。王武登：验证。艾春青：撰写 – 审稿与编辑、监督、实验设计。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：32372347）的支持。
