索化夷教授课题组：青稞β-葡聚糖与β-葡聚糖利用乳酸菌株协同缓解辣椒素诱导的小鼠胃肠道损伤
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近日，西南大学食品科学学院索化夷教授团队在国际期刊《InternationalJournalofBiologicalMacromolecules》在线发表题为“Qingkeβ-glucansynergizeswithaβ-glucan-utilizingLactobacillusstraintorelievecapsaicin-inducedgastrointestinalinjuryinmice”的研究论文。唐甜，宋佳佳副教授为共同一作，索化夷教授为通讯作者，西南大学食品科学学院为第一完成单位。
●研究背景
辣椒素是辣椒果实中主要的刺激性成分,是最广泛使用的调味品之一，其具有许多生理效果，包括抗肿瘤，镇痛，抗炎和抗肥胖等。虽然有报道称局部辣椒素有助于乙醇诱导的大鼠胃黏膜损伤的恢复，但给健康人注射大剂量辣椒素会导致腹部绞痛、疼痛和其他不良反应。此前，青稞β-葡聚糖联合β-葡聚糖利用植物乳杆菌S58(LP.S58)改善了高脂饮食诱导的肥胖，但其对辣椒素诱导的胃肠道损伤的影响尚未被研究。
多糖可以改善胃肠道粘膜的免疫功能，并保持肠道微生态学和宿主健康的平衡。此外，将多糖和益生菌相结合的微生态制剂，称为合生元，单独具有比多糖或益生菌更有效的生物活性。
青稞是一种生长在高海拔地区的藏族重要的粮食作物。在所有的谷物品种中，它含有高含量的β-葡聚糖。青稞β-葡聚糖能够降低脂多糖刺激的RAW.7巨噬细胞中一氧化氮的产生，并抑制人肺癌、结肠癌和乳腺癌细胞的生长。
在本研究中，我们假设青稞β-葡聚糖联合β-葡聚糖利用LP.S58可减轻辣椒素诱导的小鼠胃肠损伤。通过评估小鼠的体重和胃肠组织重量以及胃肠病理学来评估青稞β-葡聚糖，LP.S58和合生元对辣椒素诱导的胃肠损伤的影响。此外，评估了全身和局部组织炎症，胃肠粘膜屏障和肠道微生物，以探讨机制。
1.β-葡聚糖及其合生元对辣椒素处理小鼠体重和胃肠道组织重量的影响。
图1(A)体重；(B)胃重量；(C)小肠重量。
体重和胃肠道组织重量直观地反映了小鼠的健康状况。虽然辣椒素能减轻小鼠体重，但合生元能显著改善辣椒素处理的小鼠体重减轻。长期食用辣椒会导致胃肠道组织水肿和溃疡，从而导致胃和肠道组织重量增加。辣椒素增加了小鼠胃和小肠的重量，而合生元明显减轻了这些器官的重量。相反，β-葡聚糖或LP.S58单独使用对辣椒素处理的小鼠这些器官的重量没有影响。这些结果表明，合生元增加了辣椒素处理的小鼠体重，降低了胃肠道组织重量。
2.β-葡聚糖及其合生元对辣椒素处理小鼠胃肠道组织形态和病理的影响。
图2(A)胃形态;(B)胃组织H＆E染色;(C)十二指肠组织的H＆E染色。红色箭头表明胃肠组织的损伤。
病理胃肠道组织的形态和切片直接反映损伤程度。用辣椒素处理小鼠胃黏膜糜烂严重，出现多发溃疡，甚至胃穿孔。虽然β-葡聚糖或LP.S58治疗部分逆转了辣椒素引起的胃形态学改变，但是合生元更明显地减轻了辣椒素引起的不良症状。
NC组小鼠胃壁结构完整连续，腺体排列有序，而辣椒素组胃黏膜结构严重受损，腺体结构紊乱。合生元可减轻辣椒素诱导的胃黏膜结构损伤。
NC组肠绒毛排列完整、整齐、连续，十二指肠无炎症、水肿。相反，辣椒素处理的小鼠肠绒毛被发现受到损伤，肠腔内出现炎症和浸润，肠壁明显变薄，水肿严重。而合生元处理明显减轻了十二指肠的损伤，大多数绒毛保持完整，炎症和水肿明显减少。上述结果表明，该合生元促进了辣椒素诱导的胃肠道黏膜损伤的修复。
3.β-葡聚糖及其合生元对辣椒素处理小鼠炎症反应的影响。
图3(A)脂多糖(LPS)水平;(B)髓过氧化物酶(MPO)水平;(C)细胞间粘附分子-1(ICAM-1)水平;(D)白细胞介素-6(IL-6)水平;(E)白细胞介素-1β(IL-1β)水平;(F)肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平;(G)干扰素-γ(IFN-γ)水平。
图4(A)胃组织肿瘤坏死因子(TNF-α)和白细胞介素-1β(IL-1β)mRNA表达水平；(B)十二指肠组织TNF-α和IL-1βmRNA表达水平；(C)胃组织NF-κBp65和NF-κB抑制剂(IκB-α)蛋白表达；(D)十二指肠组织NF-κBp65、IκB-α蛋白表达；(E)胃组织NF-κBp65和dIκB-α蛋白印迹定量；(F)十二指肠组织NF-κBp65和IκB-α印迹定量。
与NC组比较，辣椒素处理后血清中LPS、MPO、ICAM-1、IL-1β、TNF-α、IFN-γ水平均明显升高。β-葡聚糖的施用降低了辣椒素处理小鼠中LPS，MPO，ICAM-1，IL-1β和IFN-γ的水平，同时仅在施用LP.S58后降低了LPS水平。相比之下，合生元用药后血清LPS、MPO、ICAM-1、IL-1β、TNF-α、IFN-γ水平显著降低。各组间血清IL-6水平无显著差异。
通过测定胃和十二指肠组织中NF-κB信号通路，进一步探讨β-葡聚糖及其在辣椒素作用下的抗炎作用。与NC组相比，辣椒素组胃和十二指肠组织TNF-α和IL-1βmRNA表达水平明显升高。胃组织中，β-葡聚糖降低了IL-1β和TNF-αmRNA表达水平，LP.S58降低IL-1βmRNA表达水平;在十二指肠组织中，β-葡聚糖或LP.S58逆转了辣椒素诱导的TNF-α和IL-1βmRNA表达水平的升高。虽然β-葡聚糖或LP.S58对辣椒素处理的小鼠胃、十二指肠组织中TNF-α、IL-1βmRNA表达有抑制作用，但合生物对TNF-α、IL-1βmRNA表达有较高的抑制作用。与对照组相比，辣椒素处理后NF-κBp65显著上调，IκB-α显著下调。IκB-α表达显著升高，NF-κBp65表达显著降低。我们还发现，合生元对辣椒素处理小鼠的胃和十二指肠中NF-κB信号通路的抑制作用比β-葡聚糖或LP.S58更强。我们的结果表明，合生元抑制了辣椒素处理的小鼠中的系统和局部组织炎症。
4.β-葡聚糖及其共生物对辣椒素处理小鼠胃肠道激素分泌的影响。
图5(A)胃动素(MTL)水平；(B)P物质(SP)水平；(C)生长抑素(SS)水平；(D)血管活性肠肽(VIP)水平。
测定血清中MTL、SP、SS和VIP水平，评价β-葡聚糖及其合生元对辣椒素小鼠胃肠激素分泌的影响。辣椒素处理小鼠血清中MTL和SP水平升高，血清中SS水平降低。各组血清VIP水平差异无统计学意义。虽然β葡聚糖或LP.S58在一定程度上逆转了辣椒素诱导的血清中MTL、SP和SS水平的变化但其合生元更强。这些数据表明，合生元阻止了辣椒素诱导的胃肠道激素紊乱。
5.肠道菌群参与β-葡聚糖及其共生菌对辣椒素处理小鼠胃肠道黏膜屏障和炎症的调节作用。
图6肠道菌群参与β-葡聚糖及其共生菌对辣椒素处理小鼠胃肠道黏膜屏障和炎症的调节作用。
ACE和Shannon指数分别反映了微生物区系的丰富度和多样性。各组间肠道菌群的丰富度和多样性无显著差异。在门水平上，厚壁菌门(firmicutes)和拟杆菌门(bacteroidetes)是小鼠肠道的优势门。各组间厚壁菌门和拟杆菌门的丰度无显著差异。这些结果表明，该合生元可以减少包括蛋白菌，毛螺菌科NK4A（LachnospiraceaeNK4A)组和未分类的疣微菌科(Ruminococcaceae)在内的促炎细菌的丰度。
●结论
结果表明，青稞β-葡聚糖可减轻辣椒素诱导的小鼠胃肠损伤，可部分恢复辣椒素处理小鼠血清炎症因子和胃肠激素水平，以及胃肠组织局部炎症和EGF、EGFR、VEGF、ZO-1表达。青稞β-葡聚糖也能降低辣椒素诱导的促炎肠道菌群丰度的增加。更重要的是，研究发现青稞β-葡聚糖的这些有益作用通过β-葡聚糖利用LP.S58显著增强。本研究表明青稞β-葡聚糖偶联β-葡聚糖利用LP.S58缓解辣椒素诱导的胃肠道损伤。
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