微天平助力磷脂酰膽堿增強(qiáng)腸道黏液屏障功能的作用機(jī)制研究
楊曉泉教授團(tuán)隊Langmuir封面論文｜磷脂酰膽堿增強(qiáng)腸道黏液屏障功能的作用機(jī)制
2024年8月，華南理工大學(xué)楊曉泉教授課題組在國際期刊Langmuir發(fā)表題為“Phosphatidylcholine Surface Hydration-Dependent Adsorption to Mucin Enhances Intestinal Mucus Barrier Function”的研究性論文，并被選為該期的封面論文，這是楊曉泉教授課題組關(guān)于Food-Mucus相互作用相關(guān)研究的第4篇封面論文。該研究獲得廣東省重點(diǎn)研發(fā)計劃（2019B020213001）和廣東省特支計劃（2019BT02N112）資助。
兼性的磷脂酰膽堿（PC）對于維持腸道黏液屏障功能穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要，然而其背后的機(jī)制仍不清晰。本研究探究了飽和的1,2-二棕櫚酰-sn-甘油-3-磷酰膽堿（DPPC，16:0）和不飽和的1,2-二油酰-sn-甘油-3磷酰膽堿（DOPC，18:1）在腸道黏蛋白層表面的動態(tài)界面吸附行為及它們對腸道黏液屏障功能的影響。耗散型石英晶體微天平（QCM-D）結(jié)果表明，表面高度水合的DPPC囊泡相比表面輕微水合的DOPC囊泡展現(xiàn)出更快、更多的腸道黏蛋白層吸附。利用分泌黏液的腸道Caco-2/HT29-MTX共培養(yǎng)模型，觀察到DPPC囊泡比DOPC囊泡更多地吸附到腸道黏液層上。此外，DPPC囊泡吸附到黏液層表現(xiàn)出更強(qiáng)的界面潤濕性，而DOPC囊泡則相反。有趣的是，DPPC囊泡和DOPC囊泡對胃蛋白酶-胰蛋白酶消化的小麥醇溶蛋白（PTG）誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷和炎癥因子有著出幾乎相同的抑制作用。部分的機(jī)制可能涉及分布在黏液中的DPPC囊泡和DOPC囊泡充當(dāng)外泌體的角色對PTG進(jìn)行捕獲，從而限制了PTG與黏液覆蓋的上皮細(xì)胞直接接觸。這些發(fā)現(xiàn)揭示了兼性的PC在黏蛋白層表面吸附過程中的復(fù)雜界面動力學(xué)，并闡明了PC在維持腸道黏液屏障穩(wěn)態(tài)方面的作用機(jī)制。
研究亮點(diǎn)
研究結(jié)論
圖文賞析
圖1 DPPC和DOPC囊泡的形貌及QCM-D測定其界面特性
圖2 利用QCM-D評價DPPC和DOPC囊泡與黏蛋白的界面相互作用
圖3 利用分泌黏液的細(xì)胞模型評價DPPC和DOPC囊泡與黏蛋白的界面相互作用
圖4 DPPC和DOPC囊泡吸附對腸道黏液屏障特性的增強(qiáng)作用
原文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.4c01666
通訊作者簡介：
楊曉泉，二級教授、博士生導(dǎo)師、國務(wù)院政府特殊津貼專家。自1995年8月起在華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院工作至今，任食品營養(yǎng)與健康研究所主任，主要研究方向為植物蛋白和食品膠體科學(xué)，聚焦于植物蛋白的功能性修飾及其健康效應(yīng)、植物蛋白基食品膠體構(gòu)建等領(lǐng)域。主持和承擔(dān)了多項國家自然科學(xué)基金、科技部863計劃及廣東省科技計劃等國家級/省部級科研項目；于2011年和2015年兩次榮獲國家科技進(jìn)步二等獎，2019年入選“泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才”。學(xué)術(shù)兼職主要包括中國糧油學(xué)會食品分會常務(wù)理事，中國食品科技學(xué)會功能食品分會及大豆食品分會常務(wù)理事，廣東省營養(yǎng)學(xué)會常務(wù)理事，《中國糧油學(xué)報》編委，以及ACS Appl. Mater. Interfaces, J. Agric. Food Chem., Food Hydrocolloids, JAOCS等國際期刊的審稿人。在相關(guān)研究領(lǐng)域發(fā)表SCI收錄論文310余篇、參編“Fat Mimetics For Food Applications”等英文專著3部，并連續(xù)入選2020~2023年度愛思唯爾（Elsevier）“中國高被引學(xué)者”，2022、2023年度科睿唯安（Clarivate）全球“高被引科學(xué)家”。
作者簡介：
馮廣鑫，2016年畢業(yè)于吉林大學(xué)，獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位，2019年畢業(yè)于中國海洋大學(xué)，獲工學(xué)碩士學(xué)位，2023年畢業(yè)于華南理工大學(xué)，獲工學(xué)博士學(xué)位，并于2023年7月起開始在中國海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院博士后科研流動站從事專職科研工作。主要研究方向為植物蛋白的口感調(diào)控與健康效應(yīng)機(jī)制解析，聚焦于植物蛋白與黏液層、細(xì)胞膜及細(xì)菌外膜等生物界面的相互作用。在Langmuir, Journal of Agricultural and Food Chemistry, Food Hydrocolloids, Food & Function, Bioresource Technology等知名刊物上發(fā)表SCI論文20余篇，授權(quán)國家發(fā)明專利3項。主持國家自然科學(xué)基金青年項目、山東省博士后創(chuàng)新人才支持計劃項目、青島市博士后資助項目，獲得國家資助博士后研究人員計劃C檔資助。
2024年8月，華南理工大學(xué)楊曉泉教授課題組在國際期刊Langmuir發(fā)表題為“Phosphatidylcholine Surface Hydration-Dependent Adsorption to Mucin Enhances Intestinal Mucus Barrier Function”的研究性論文，并被選為該期的封面論文，這是楊曉泉教授課題組關(guān)于Food-Mucus相互作用相關(guān)研究的第4篇封面論文。該研究獲得廣東省重點(diǎn)研發(fā)計劃（2019B020213001）和廣東省特支計劃（2019BT02N112）資助。
兼性的磷脂酰膽堿（PC）對于維持腸道黏液屏障功能穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要，然而其背后的機(jī)制仍不清晰。本研究探究了飽和的1,2-二棕櫚酰-sn-甘油-3-磷酰膽堿（DPPC，16:0）和不飽和的1,2-二油酰-sn-甘油-3磷酰膽堿（DOPC，18:1）在腸道黏蛋白層表面的動態(tài)界面吸附行為及它們對腸道黏液屏障功能的影響。耗散型石英晶體微天平（QCM-D）結(jié)果表明，表面高度水合的DPPC囊泡相比表面輕微水合的DOPC囊泡展現(xiàn)出更快、更多的腸道黏蛋白層吸附。利用分泌黏液的腸道Caco-2/HT29-MTX共培養(yǎng)模型，觀察到DPPC囊泡比DOPC囊泡更多地吸附到腸道黏液層上。此外，DPPC囊泡吸附到黏液層表現(xiàn)出更強(qiáng)的界面潤濕性，而DOPC囊泡則相反。有趣的是，DPPC囊泡和DOPC囊泡對胃蛋白酶-胰蛋白酶消化的小麥醇溶蛋白（PTG）誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷和炎癥因子有著出幾乎相同的抑制作用。部分的機(jī)制可能涉及分布在黏液中的DPPC囊泡和DOPC囊泡充當(dāng)外泌體的角色對PTG進(jìn)行捕獲，從而限制了PTG與黏液覆蓋的上皮細(xì)胞直接接觸。這些發(fā)現(xiàn)揭示了兼性的PC在黏蛋白層表面吸附過程中的復(fù)雜界面動力學(xué)，并闡明了PC在維持腸道黏液屏障穩(wěn)態(tài)方面的作用機(jī)制。
研究亮點(diǎn)
- 研究了飽和度差異的磷脂酰膽堿囊泡的機(jī)械特性和表面水合作用強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)DPPC囊泡比DOPC囊泡有更強(qiáng)的硬度和表面水合作用。
- 研究了DPPC囊泡和DOPC囊泡在體外構(gòu)建的腸道黏蛋白層表面的動態(tài)界面吸附行為，發(fā)現(xiàn)DPPC囊泡能更快更多的吸附到黏蛋白層。
- 研究了DPPC囊泡和DOPC囊泡與細(xì)胞表面的黏液層的界面相互作用及對表面潤濕性的影響，發(fā)現(xiàn)DPPC囊泡和DOPC囊泡均能穿透黏液層且吸附在黏液層中，而且DPPC囊泡增加了細(xì)胞表面的潤濕性，而DPPC囊泡則相反。
- 研究了DPPC囊泡和DOPC囊泡對未消化的小麥醇溶蛋白顆粒（PTG）誘導(dǎo)上皮損傷的改善效果，發(fā)現(xiàn)兩者能阻止PTG誘導(dǎo)的上皮損傷和炎癥反應(yīng)。
研究結(jié)論
- DPPC囊泡比DOPC囊泡的機(jī)械特性和表面水合作用更強(qiáng)。
- DPPC囊泡比DOPC囊泡的黏蛋白層的表面吸附作用更強(qiáng)。
- DPPC囊泡和DOPC囊泡均能增加腸道黏液屏障特性。
圖文賞析
圖1 DPPC和DOPC囊泡的形貌及QCM-D測定其界面特性
圖2 利用QCM-D評價DPPC和DOPC囊泡與黏蛋白的界面相互作用
圖3 利用分泌黏液的細(xì)胞模型評價DPPC和DOPC囊泡與黏蛋白的界面相互作用
圖4 DPPC和DOPC囊泡吸附對腸道黏液屏障特性的增強(qiáng)作用
原文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.4c01666
通訊作者簡介：
楊曉泉，二級教授、博士生導(dǎo)師、國務(wù)院政府特殊津貼專家。自1995年8月起在華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院工作至今，任食品營養(yǎng)與健康研究所主任，主要研究方向為植物蛋白和食品膠體科學(xué)，聚焦于植物蛋白的功能性修飾及其健康效應(yīng)、植物蛋白基食品膠體構(gòu)建等領(lǐng)域。主持和承擔(dān)了多項國家自然科學(xué)基金、科技部863計劃及廣東省科技計劃等國家級/省部級科研項目；于2011年和2015年兩次榮獲國家科技進(jìn)步二等獎，2019年入選“泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才”。學(xué)術(shù)兼職主要包括中國糧油學(xué)會食品分會常務(wù)理事，中國食品科技學(xué)會功能食品分會及大豆食品分會常務(wù)理事，廣東省營養(yǎng)學(xué)會常務(wù)理事，《中國糧油學(xué)報》編委，以及ACS Appl. Mater. Interfaces, J. Agric. Food Chem., Food Hydrocolloids, JAOCS等國際期刊的審稿人。在相關(guān)研究領(lǐng)域發(fā)表SCI收錄論文310余篇、參編“Fat Mimetics For Food Applications”等英文專著3部，并連續(xù)入選2020~2023年度愛思唯爾（Elsevier）“中國高被引學(xué)者”，2022、2023年度科睿唯安（Clarivate）全球“高被引科學(xué)家”。
作者簡介：
馮廣鑫，2016年畢業(yè)于吉林大學(xué)，獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位，2019年畢業(yè)于中國海洋大學(xué)，獲工學(xué)碩士學(xué)位，2023年畢業(yè)于華南理工大學(xué)，獲工學(xué)博士學(xué)位，并于2023年7月起開始在中國海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院博士后科研流動站從事專職科研工作。主要研究方向為植物蛋白的口感調(diào)控與健康效應(yīng)機(jī)制解析，聚焦于植物蛋白與黏液層、細(xì)胞膜及細(xì)菌外膜等生物界面的相互作用。在Langmuir, Journal of Agricultural and Food Chemistry, Food Hydrocolloids, Food & Function, Bioresource Technology等知名刊物上發(fā)表SCI論文20余篇，授權(quán)國家發(fā)明專利3項。主持國家自然科學(xué)基金青年項目、山東省博士后創(chuàng)新人才支持計劃項目、青島市博士后資助項目，獲得國家資助博士后研究人員計劃C檔資助。
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