微天平助力磷脂酰膽堿增強腸道黏液屏障功能的作用機制研究
楊曉泉教授團隊Langmuir封面論文｜磷脂酰膽堿增強腸道黏液屏障功能的作用機制
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)的細胞損傷和炎癥因子有著出幾乎相同的抑制作用。部分的機制可能涉及分布在黏液中的DPPC囊泡和DOPC囊泡充當外泌體的角色對PTG進行捕獲，從而限制了PTG與黏液覆蓋的上皮細胞直接接觸。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)方面的作用機制。
研究亮點
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)機制解析，聚焦于植物蛋白與黏液層、細胞膜及細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)的細胞損傷和炎癥因子有著出幾乎相同的抑制作用。部分的機制可能涉及分布在黏液中的DPPC囊泡和DOPC囊泡充當外泌體的角色對PTG進行捕獲，從而限制了PTG與黏液覆蓋的上皮細胞直接接觸。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)方面的作用機制。
研究亮點
- 研究了飽和度差異的磷脂酰膽堿囊泡的機械特性和表面水合作用強度，發(fā)現(xiàn)DPPC囊泡比DOPC囊泡有更強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囊泡的機械特性和表面水合作用更強。
- DPPC囊泡比DOPC囊泡的黏蛋白層的表面吸附作用更強。
- 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)機制解析，聚焦于植物蛋白與黏液層、細胞膜及細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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