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國家納米科學中心查瑞濤、南方科技大學蔣興宇 ACS Nano:納米微晶纖維素通過調控腸道屏障治療潰瘍性結腸炎
2023-09-26  來源:高分子科技

  潰瘍性結腸炎(UC)是一種反復發作的慢性結腸炎癥。在過去的幾十年里,UC的患病率和發病率急劇上升且呈現年輕化的趨勢。UC會嚴重影響患者的生活質量,增加結直腸癌的發病風險。目前UC的治療方法均存在不同程度的副作用,因此迫切需要開發副作用低且效果好的替代藥物來治療UC。飲食中缺乏膳食纖維會導致腸道通透性增加和黏液層變。茨c道機械和化學屏障受損),容易引起UC,這說明基于植物纖維的材料有可能用于預防和治療UC。納米微晶纖維素(NCC)可以調控腸道菌群及代謝,探究其對腸道屏障的調控可能會為UC的治療提供新的方法。


  國家納米科學中心查瑞濤和南方科技大學蔣興宇等合作研究了NCC在小鼠潰瘍性結腸炎治療中的應用及治療機制(圖1)。通過結腸疾病活動指數(DAI)的評分、結腸長度、組織病理學觀察、結腸損傷評分和血清中炎癥因子的水平來評估了NCCUC的治療效果,并通過對腸道緊密連接蛋白、黏液層和腸道菌群的分析探索了NCCUC的治療機制。 


1 NCC通過調控腸道屏障治療UC


  高劑量NCC200 mg·kg-1·d-1)的干預可以顯著降低UC小鼠的DAI值,提高小鼠體重和結腸長度,并顯著提高小鼠的抗炎反應和降低機體炎癥。NCC可以非常有效地治療小鼠的潰瘍性結腸(圖2)。 


2 NCC可以顯著治療UC降低炎癥


  UC小鼠模型的腸道機械屏障和化學屏障嚴重受損,高劑量NCC的干預可以有效恢復并增強腸道機械屏障和化學屏障(圖3)。 


3 NCC恢復UC小鼠機械和化學屏障


  腸道菌群研究結果表明,UC小鼠腸道菌群與正常小鼠存在顯著差異,總豐度和均勻性顯著下降,高劑量NCC可以顯著調控紊亂的腸道菌群,提高總豐度和均勻性,提高阿克曼氏菌屬、臭氣桿菌屬和其他益生菌的相對豐度,使腸道菌群基本恢復至正常狀態(圖4)。 


4 NCC恢復UC小鼠腸道菌群紊亂


  NCC可以通過提高MUC2的表達以及阿克曼氏菌和臭氣桿菌的相對豐度來治療UC(圖5)。一方面,NCC通過激活MAPK信號通路促進MUC2的分泌來治療UC。MAPK信號通路可以調節MUC2的表達,MUC2UC的嚴重程度呈負相關,即小鼠MUC2基因的敲除可導致結腸炎,而MUC2的上調可促進UC的治療。另一方面,NCC也可以通過增加腸道阿克曼氏菌和臭氣桿菌的相對豐度來治療UC。阿克曼氏菌可以增加杯狀細胞的數量和黏液層的厚度,同時可以促進MUC2的表達;而臭氣桿菌可以誘導輔助性T細胞17的分化以減輕結腸的炎癥。 


5 NCC調控MUC2和腸道菌群治療UC的機制示意圖


  以上研究工作近期以“Nanocrystalline Cellulose Modulates Dysregulated Intestinal Barriers in Ulcerative Colitis為題發表在ACS NanoDOI: 10.1021/acsnano.3c04569。本論文的第一作者為國家納米科學中心和中國地質大學(北京)聯合培養博士王明政,通訊作者為國家納米科學中心查瑞濤和南方科技大學蔣興宇。本工作得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金(32171397、21875050、3207139022234004)等的支持。


  原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c04569

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(責任編輯:xu)
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