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國(guó)家納米科學(xué)中心查瑞濤、南方科技大學(xué)蔣興宇 ACS Nano：納米微晶纖維素通過調(diào)控腸道屏障治療潰瘍性結(jié)腸炎
2023-09-26  來源：高分子科技

  潰瘍性結(jié)腸炎（UC）是一種反復(fù)發(fā)作的慢性結(jié)腸炎癥。在過去的幾十年里，UC的患病率和發(fā)病率急劇上升且呈現(xiàn)年輕化的趨勢(shì)。UC會(huì)嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，增加結(jié)直腸癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。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(fā)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(huì)導(dǎo)致腸道通透性增加和黏液層變。茨c道機(jī)械和化學(xué)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(yù)防和治療UC。納米微晶纖維素（NCC）可以調(diào)控腸道菌群及代謝，探究其對(duì)腸道屏障的調(diào)控可能會(huì)為UC的治療提供新的方法。


  國(guó)家納米科學(xué)中心查瑞濤和南方科技大學(xué)蔣興宇等合作研究了NCC在小鼠潰瘍性結(jié)腸炎治療中的應(yīng)用及治療機(jī)制（圖1）。通過結(jié)腸疾病活動(dòng)指數(shù)（DAI）的評(píng)分、結(jié)腸長(zhǎng)度、組織病理學(xué)觀察、結(jié)腸損傷評(píng)分和血清中炎癥因子的水平來評(píng)估了NCC對(duì)UC的治療效果，并通過對(duì)腸道緊密連接蛋白、黏液層和腸道菌群的分析探索了NCC對(duì)UC的治療機(jī)制。 


圖1 NCC通過調(diào)控腸道屏障治療UC


  高劑量NCC（200 mg·kg-1·d-1）的干預(yù)可以顯著降低UC小鼠的DAI值，提高小鼠體重和結(jié)腸長(zhǎng)度，并顯著提高小鼠的抗炎反應(yīng)和降低機(jī)體炎癥。NCC可以非常有效地治療小鼠的潰瘍性結(jié)腸炎（圖2）。 


圖2 NCC可以顯著治療UC并降低炎癥


  UC小鼠模型的腸道機(jī)械屏障和化學(xué)屏障嚴(yán)重受損，高劑量NCC的干預(yù)可以有效恢復(fù)并增強(qiáng)腸道機(jī)械屏障和化學(xué)屏障（圖3）。 


圖3 NCC恢復(fù)UC小鼠機(jī)械和化學(xué)屏障


  腸道菌群研究結(jié)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(diào)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(duì)豐度，使腸道菌群基本恢復(fù)至正常狀態(tài)（圖4）。 


圖4 NCC恢復(fù)UC小鼠腸道菌群紊亂


  NCC可以通過提高MUC2的表達(dá)以及阿克曼氏菌和臭氣桿菌的相對(duì)豐度來治療UC（圖5）。一方面，NCC通過激活MAPK信號(hào)通路促進(jìn)MUC2的分泌來治療UC。MAPK信號(hào)通路可以調(diào)節(jié)MUC2的表達(dá)，MUC2與UC的嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)，即小鼠MUC2基因的敲除可導(dǎo)致結(jié)腸炎，而MUC2的上調(diào)可促進(jìn)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(duì)豐度來治療UC。阿克曼氏菌可以增加杯狀細(xì)胞的數(shù)量和黏液層的厚度，同時(shí)可以促進(jìn)MUC2的表達(dá)；而臭氣桿菌可以誘導(dǎo)輔助性T細(xì)胞17的分化以減輕結(jié)腸的炎癥。 


圖5 NCC調(diào)控MUC2和腸道菌群治療UC的機(jī)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(fā)表在ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.3c04569）。本論文的第一作者為國(guó)家納米科學(xué)中心和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）聯(lián)合培養(yǎng)博士王明政，通訊作者為國(guó)家納米科學(xué)中心查瑞濤和南方科技大學(xué)蔣興宇。本工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金（32171397、21875050、32071390和22234004）等的支持。


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

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