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本研究探究菊粉（INU）和甲壳素寡糖（AOS）对DEX诱导小鼠骨质疏松的影响机制。结果显示，单独或联合使用INU和AOS可减轻炎症反应，促进有益菌群（如Akkermansia）增殖及短链脂肪酸（SCFAs）水平提升，从而改善骨代谢。联合使用效果优于单一成分。

　　

李阳|廖冉|胡新杰|胡亮|李珊珊|刘云涛|曾珍|李冉|方正峰|陈红

四川农业大学食品科学学院，中国四川省雅安，625014

摘要

本研究旨在探讨菊粉（INU）和海藻酸盐寡糖（AOS）对地塞米松（DEX）诱导的小鼠骨质疏松症（OP）的影响及其相关机制。60只3周大的雌性ICR小鼠被随机分为五组：对照组、DEX组（DEX诱导组）、DEX + INU组（DEX诱导加5% INU干预组）、DEX + AOS组（DEX诱导加4% AOS干预组）以及DEX + INU + AOS组（DEX诱导加2.5% INU + 2% AOS干预组）。与单独使用DEX相比，INU和/或AOS减少了炎症反应，促进了有益肠道细菌（如Akkermansia）的生长，并增加了短链脂肪酸（SCFAs）的含量，从而缓解了OP。INU和AOS的组合在增加骨转换率、下调炎症因子基因和提高SCFAs水平方面表现出更显著的效果。总之，INU和/或AOS主要通过调节肠道微生物群和SCFAs水平以及逆转小鼠骨骼和结肠的炎症来改善OP。当INU和AOS联合使用时，效果更为明显。

引言

骨质疏松症（OP）是一种全身性代谢疾病，其特征是骨量减少、骨微结构破坏、骨脆性增加和骨折（Clynes等人，2020年）。随着人口老龄化加速，OP已成为全球常见疾病。OP是继心血管疾病和糖尿病之后第三大常见慢性疾病（L. Wang, Feng等人，2021年）。近年来，基于肠道微生物群的疗法越来越受到关注。与长期传统治疗方法相比，基于肠道微生物群的疗法具有较低的不良反应风险。

免疫系统在OP的发病机制中起着关键作用。Srivasta等人提出了“免疫性骨质疏松症”这一术语，以强调免疫细胞在OP发病机制中的重要性（Srivastava & Sapra，2022年）。炎症可能是OP的致病因素之一，因为某些慢性炎症疾病可以通过免疫系统影响骨代谢，并常与OP相关。骨丢失受免疫系统的多种介质调节，如促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-6（IL-6）或干扰素-γ（Tilg等人，2008年）。这些细胞因子是破骨细胞分化和骨吸收活性的重要决定因素，与OP的发病机制有关。

肠道菌群是一类定植于宿主肠道的大型多样微生物，与宿主形成复杂的共生关系（P. D'Amelio & Sassi，2018年），通常位于宿主黏膜表面，被称为人体的“第二基因库”（李珊珊、黄等人，2019年）。新兴研究表明，肠道菌群与骨代谢密切相关，肠道微生物可能是骨生理的关键调节因子（Ibá?ez等人，2018年）。Wen等人发现，茶多酚干预通过增加Firmicutes和Lactobacillus的数量而减少Bacteroidetes和Bacteroides的数量，从而缓解了小鼠的OP（Wen等人，2024年）。肠道菌群通过转化和代谢饮食和宿主来源的分子产生各种代谢物（Ahmed等人，2022年）。作为这些代谢物之一，短链脂肪酸（SCFAs）可以调节肠道微生物群的组成，刺激抗炎反应，降低肠道pH值，改变矿物质溶解度，并促进细胞内钙离子转运，从而改善骨代谢和增加骨矿物质密度。Lucas（Sébastien Lucas等人，2018年）进一步证实，丁酸盐和丙酸盐处理后，OP小鼠的破骨细胞数量显著减少，骨吸收标志物（如骨钙素和血清钙水平）也有所下降。益生元是一类微生物生态调节剂，许多研究表明，益生元通过与肠道微生物群相互作用来调节钙吸收和免疫系统，从而对骨骼健康产生积极影响。典型的益生元包括寡果糖、寡半乳糖和菊粉（Whisner & Weaver，2017年，第201-224页）。

菊粉（INU）是一种天然的水溶性纤维，可在结肠中被有益微生物（Bifidobacterium和Lactobacillus）吸收、利用并转化为SCFAs（乙酸、丙酸和丁酸）以及其他一些有机酸（乳酸）。提高肠道pH值有助于吸收矿物质，特别是Ca²⁺和Mg²⁺（Wan等人，2020年），从而缓解OP。在卵巢切除的大鼠中，INU补充剂增加了有益细菌（如Bifidobacteria和Lactobacilli）的数量，这些细菌可以抑制由类固醇缺乏引起的骨丢失。海藻酸盐寡糖（AOS）是海洋酸性寡糖，在胃肠道中通常不会被消化。它们可以通过调节肠道微生物群和产生SCFAs来发挥益生元的作用（Yao等人，2023年）。研究表明，AOS可以改善D-半乳糖诱导的OP小鼠的骨矿物质密度和骨微结构，并增加老年OP小鼠的骨保护蛋白（OPG）表达（S. Wang, Feng等人，2021年），表明AOS具有抗骨质疏松作用。

研究发现，将INU与Lycium barbarum多糖结合使用可以增加有益细菌的数量和SCFAs水平，改善2型糖尿病大鼠的肠道菌群失调，并增强肠道黏膜屏障功能（S. Wang, Feng等人，2021年）。此外，研究表明，补充半乳寡糖和果寡糖混合物（INU）有助于钙、磷和镁的吸收，从而增加骨密度和支持骨骼发育（Bryk等人，2015年）。Hollaway等人的临床试验表明，绝经后妇女在6周内服用寡果糖和长链INU混合物后，钙吸收和血清骨钙素水平显著增加（Holloway等人，2007年）。这些研究表明，联合使用可能比单独使用更有效地促进骨骼健康。

INU和AOS具有抗OP活性。然而，这两种物质联合调节OP的机制仍有待研究。本研究探讨了INU和AOS联合使用对地塞米松（DEX）诱导的OP小鼠模型的影响，并探索了相关机制。这些发现可能为INU和AOS通过与肠道微生物群的相互作用缓解OP症状的能力提供新的见解。

材料与试剂

INU从Benoo-Orafti（比利时）购买。AOS从青岛博志惠利生物技术有限公司获得。地塞米松磷酸钠注射液从陈新药业有限公司（四川农业大学附属医院）购买。动物饲料按照AIN-93G纯化饲料配方制备（表S1）。所有饲料均由北京博泰宏达生物技术有限公司配制。

分子量

高效液相色谱（HPLC）结合多角度检测器

INU和AOS的分子量分析

通过HPLC结合多角度激光散射和折射率检测器测量了INU和AOS的分子量（表S4）。

复合益生元对DEX诱导的OP的缓解作用

使用DEX诱导的OP小鼠模型研究INU和/或AOS在体内的作用。8周后，DEX组的体重、骨长度和骨重量均低于CON组。INU组和复合组部分缓解了DEX诱导的体重下降。INU组的左股骨状况有所改善

讨论

OP是一种不可避免的慢性代谢性骨密度疾病，影响全球2亿人。研究表明，益生元在肠道健康、免疫系统、矿物质吸收和体重管理方面起着重要作用，而矿物质摄入在一定程度上可以促进骨骼生长和发育。因此，INU和AOS益生元可能是缓解OP的良好选择。

DEX是一种促进破骨细胞形成并增加骨吸收的药物，已被广泛用于在动物中诱导OP

结论

结果表明，添加INU和/或AOS可以改善骨微结构，增加骨转换率，并调节炎症基因和SCFAs的含量。INU和AOS的联合使用在调节肠道和骨骼的炎症反应方面比单独使用INU或AOS更有效，因为它可以增加有益微生物群（Akkermansia和Bacteroides）并减少有害微生物群（Desulfobacterota）。这种调节作用提高了骨转换率，从而

作者贡献声明

李阳：撰写——初稿。廖冉：撰写——初稿。胡新杰：方法学。胡亮：监督。李珊珊：正式分析。刘云涛：项目管理。曾珍：数据管理。李冉：软件。方正峰：方法学。陈红：撰写——审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了四川省科技计划（编号2024NSFSC0368）、国家自然科学基金（32402787）和四川省自然科学基金（2024NSFSC1169）的支持。