食品界

江南大学食品学院毛健教授等：甘露低聚糖和部分水解瓜尔胶对小鼠慢性酒精性肝损伤的保护作用

瓜尔胶是常用的食品添加剂。然而，较差的热稳定性和高黏度限制了其作为膳食纤维的应用。通过控制β-甘露聚糖酶和/或α-半乳糖苷酶水解瓜尔胶可以制备黏性较低的部分水解瓜尔胶（PHGG），具有抑菌、抗氧化、抗炎、降低胆固醇、改善便秘、调节糖脂代谢紊乱和改善肠道菌群平衡等生理功效。通过水解瓜尔胶等原料中的甘露聚糖并纯化可以获得聚合度为2～10的甘露低聚糖（MOS）。

长期或过量饮酒可能会导致酒精性肝病（ALD）。脂肪堆积、氧化应激、肝脏炎症和肝细胞代谢紊乱是ALD的关键驱动因素。近年来，食源性多糖和低聚糖在预防和缓解ALD方面表现出较强的应用潜力，具有高效、多靶点、无毒以及副作用小等优点。因此，江南大学食品学院张荣彬、杨懿、毛健*等以瓜尔胶源MOS和PHGG为研究对象，建立Lieber-DeCarli慢性ALD模型，比较MOS和PHGG对小鼠ALD的抑制作用并探究其调控机制，以期为MOS和PHGG生理功能的深入研究和应用提供参考，以及为具有缓解ALD潜力的功能食品和膳食补充剂的开发提供新的资源与选择。

1、MOS和PHGG对慢性酒精暴露小鼠体质量和肝指数的影响

将50 只6 周龄C57BL/6雄性小鼠随机分为5 组小鼠随机分为5 组：空白对照（Ctrl）组、乙醇模型（EtOH）组、】阳性药物对照（EtoH＋PC）组（水飞蓟素，86 mg/（kg·d））、MOS干预组（2 000 mg/（kg·d））和PHGG干预组（2 000 mg/（kg·d））。如图1所示，与Ctrl组相比，长期乙醇暴露导致小鼠体质量显著降低，而PC、MOS和PHGG干预均显著缓解了乙醇引起的小鼠体质量减轻。尽管与Ctrl组相比，长期摄入乙醇导致各组小鼠的肝指数均显著升高，但是PC、MOS和PHGG干预组小鼠的肝指数均显著低于EtOH组。此外，PC、MOS和PHGG干预组小鼠之间体质量和肝指数均无显著差异。该结果说明MOS和PHGG干预均能够有效抑制慢性酒精暴露导致的小鼠肝肿胀。

2、MOS和PHGG对慢性酒精暴露小鼠肝脏组织病理损伤的影响

为研究MOS和PHGG干预引起的小鼠表型改变是否直接转化为ALD的差异，进一步分析肝脏组织病理情况。如图2A、B所示，Ctrl组肝小叶结构清晰，肝板排列规则、整齐，肝细胞形态正常；EtOH组小鼠肝脏出现严重的脂肪变性和脂滴积累，胞质中可见较多大小不一的圆形空泡，中央静脉周围肝细胞肿胀变形，偶见炎性细胞点状浸润，说明长达5 周的慢性ALD模型造模成功；PC干预有效缓解了乙醇引起的小鼠肝脏脂肪变性，仅可见少量的肝细胞微泡性脂肪变性；MOS和PHGG干预组小鼠肝细胞内脂肪空泡和脂滴数量均明显少于模型组，且未见明显的炎性细胞浸润。此外，对各组小鼠肝脏组织病理损伤进行评分（图2C），结果显示PC、MOS和PHGG干预均可以有效缓解乙醇导致的小鼠肝脏病理改变，并且相较于MOS，PHGG干预对乙醇诱导的肝损伤具有更好的修复作用。

3、MOS和PHGG对慢性酒精暴露小鼠肝功能的影响

如图3A、B所示，与Ctrl组相比，EtOH组小鼠血清中AST和ALT活力均显著升高，表明慢性乙醇暴露导致小鼠肝脏损伤，这与肝脏病理分析的结果一致；MOS和PHGG干预后，小鼠血清AST和ALT活力均较EtOH组显著下降。在对小鼠血清标志物的恢复作用中，MOS与PHGG的干预效果存在显著差异，PHGG干预后小鼠血清AST和ALT活力恢复至正常水平。以上结果表明MOS和PHGG具有保肝作用，并且PHGG效果优于MOS。

如图3C～F所示，与Ctrl组相比，EtOH组小鼠血清以及肝脏中TC和TG水平均显著升高，表明长期摄入乙醇引起小鼠体内脂质堆积。与EtOH组相比，PC、MOS和PHGG组的TC和TG水平均显著降低。PHGG干预对小鼠血清及肝脏TC和TG水平的恢复作用与阳性对照水飞蓟素无显著差异，具有较好的降脂护肝作用。

4、MOS和PHGG对慢性酒精暴露小鼠肝脏氧化应激水平的影响

如图4A～D所示，与Ctrl组相比，EtOH组小鼠肝脏中GSH含量以及GSH-Px、SOD和CAT活力显著降低，表明EtOH组小鼠肝脏存在氧化损伤。然而，乙醇诱导的GSH耗竭以及GSH-Px、SOD和CAT活力的下降在MOS和PHGG干预后得到显著改善，与阳性对照水飞蓟素干预作用一致。此外，PHGG干预组小鼠肝脏GSH含量和SOD活力显著高于MOS干预组小鼠。EtOH组小鼠肝脏MDA含量最高，其次是MOS干预组，PHGG干预组小鼠肝脏MDA含量最低（图4E）。值得注意的是，PHGG组小鼠的各项氧化应激指标均与Ctrl组无显著差异。以上结果表明，MOS和PHGG干预均有效抑制了长期乙醇暴露诱导的小鼠肝脏氧化应激水平的提高，并且PHGG对肝脏抗氧化防御系统的改善效果更好。

5、MOS和PHGG对慢性酒精暴露小鼠肝脏炎症因子水平的影响

如图5所示，与Ctrl组相比，EtOH组小鼠的TNF-α、IL-6和IL-1β水平显著升高，说明长期乙醇摄入诱发了肝脏的炎症反应。然而，乙醇处理小鼠肝脏中较高的炎症因子水平在MOS和PHGG干预后均显著降低，表明MOS和PHGG可以显著抑制由乙醇诱导的肝脏细胞炎症因子的释放，从而可能部分缓解肝脏炎症和损伤。其中，PHGG干预组小鼠的肝脏炎症因子水平显著低于MOS干预组，并且与Ctrl组小鼠相比无显著差异。

6、MOS和PHGG对慢性酒精暴露小鼠肠道屏障功能的影响

如图6A、B所示，与Ctrl组相比，EtOH组小鼠ZO-1和occludinmRNA表达水平显著降低，提示小鼠肠道紧密连接和肠道屏障功能受损。MOS和PHGG的干预均可以显著增加乙醇暴露小鼠肠道中ZO-1、occludinmRNA表达水平。其中，PHGG组小鼠occludinmRNA表达水平与EtOH＋PC组接近，且ZO-1mRNA表达水平显著高于PC组。免疫荧光染色（图6D、E）观察结果显示，MOS和PHGG干预组ZO-1和Occludin的绿色荧光强度明显高于EtOH组，说明MOS和PHGG干预组小鼠肠道屏障相关功能蛋白的表达水平升高，肠道屏障的功能得到改善。

如图6C所示，与Ctrl组相比，EtOH组小鼠肝脏中LPS含量显著升高，表明长期乙醇暴露导致小鼠肠道通透性增加。MOS和PHGG干预均可以显著抑制乙醇诱导的小鼠肝脏LPS水平的升高，说明MOS和PHGG可以有效地改善肝功能。其中，PHGG摄入后肝脏LPS减少量显著高于PC组。综上所述，MOS和PHGG干预可以通过提高小鼠肠道紧密连接相关mRNA和蛋白表达水平，增强小鼠肠道完整性和屏障防御功能，进而降低肝脏LPS水平。

7、MOS和PHGG对慢性酒精暴露小鼠肠道SCFAs含量的影响

为了解MOS和PHGG干预对肠道菌群代谢SCFAs含量的影响，采用GC-MS定量分析粪便样品中乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸和己酸7 种SCFAs水平。如图7所示，与Ctrl组相比，EtOH组7 种SCFAs水平均显著降低，提示长期摄入乙醇会导致肠道SCFAs含量显著降低。添加MOS和PHGG后，小鼠粪便中乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸和己酸的水平均显著升高，而异戊酸和戊酸的含量与EtOH组相比无显著差异。此外，PHGG干预组小鼠肠道中乙酸和己酸水平显著高于MOS干预组。比较各组样品中总SCFAs含量，发现MOS和PHGG干预组的肠道总SCFAs含量显著高于EtOH干预组，并且MOS和PHGG干预组之间无显著差异。

8、讨论

现如今，ALD成为威胁人类健康最常见的慢性疾病之一。ALD包括一系列广泛的肝脏病变，从酒精性脂肪肝、酒精性肝炎、肝纤维化、肝硬化甚至发展到肝癌。天然多糖和低聚糖经证实可以通过协同促进抗氧化和抗炎、调节脂代谢、抑制肝细胞凋亡、干扰肠源性LPS转位、增强免疫以及保护细胞膜结构和保护细胞器等途径发挥保肝作用。近年来，国内外对MOS和PHGG相关生理活性的关注日益提高。

本研究进行为期8 周的Lieber-DeCarli慢性酒精喂养实验（实际造模期为5 周），通过小鼠表型观察、肝脏组织H&E和油红O染色以及血清和肝脏生化指标分析可知慢性ALD模型造模成功，并且与EtOH模型组相比，MOS和PHGG摄入显著缓解了长期乙醇暴露导致的小鼠肝脏脂肪变性、脂质蓄积和血清转氨酶水平升高，表明MOS和PHGG对慢性ALD有较好的保护作用。其中，PHGG干预组小鼠血清AST、ALT、TG和肝脏TC指标显著优于MOS干预组。本研究发现MOS和PHGG干预可以显著抑制由于乙醇摄入引起的肝脏CAT、SOD、GSH-Px活力和GSH水平降低以及MDA累积。相比之下，PHGG可以更有效地减轻机体脂质过氧化并维持体内的抗氧化平衡。此外，结果显示MOS和PHGG干预可以显著降低慢性ALD模型中小鼠肝脏炎症因子TNF-α、IL-6和IL-1β水平，其中PHGG干预表现出比阳性对照更好的抗炎效果（无显著性差异）。综上，瓜尔胶源MOS和PHGG能够通过增强机体抗氧化防御系统和减轻机体炎症反应预防慢性ALD。

肠道上皮细胞之间的紧密连接对于维持肠道屏障完整性和影响肠道上皮对微生物及其产物的渗漏至关重要，进而可能影响ALD疾病的进程。保护层防御素、紧密连接蛋白和肠道免疫细胞是构成肠道屏障的主要组件，其中紧密连接蛋白包括跨膜蛋白（Claudin、Occludin和连接附着分子）、外周膜蛋白（ZO-1、ZO-2、ZO-3）和调节蛋白。MOS和PHGG干预均显著逆转了由长期乙醇暴露引起的ZO-1和occludinmRNA以及蛋白表达水平的降低，同时显著抑制了肝脏LPS水平的升高，说明MOS和PHGG干预可能通过增强肠道屏障的完整性减轻乙醇诱导的肝损伤。其中，PHGG处理组小鼠具有比MOS处理组更低的肝脏LPS水平，表明PHGG对肠道屏障功能的改善作用优于MOS。与模型组相比，MOS和PHGG处理后，粪便中乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸和己酸的水平均显著升高。据此推测MOS和PHGG干预可能通过增加小鼠肠道中SCFAs生产者的丰度引起SCFAs水平的升高，进而促进肝脏的恢复。

9、结论

补充瓜尔胶源MOS和PHGG可以通过维持机体抗氧化平衡、增强肠道屏障功能和提高肠道中SCFAs水平，降低肝脏脂质蓄积和炎症反应，从而有效缓解长期乙醇摄入引起的肝损伤，提示MOS和PHGG未来可能作为功能性食品补充剂用于缓解慢性ALD。其中，从包括血清AST、ALT、TG水平以及肝脏SOD、MDA、GSH和炎症因子水平等在内的个体指标来看，PHGG对小鼠慢性ALD的保护效果可能优于MOS。有关不同聚合度MOS和PHGG的结构差异及其与生理功能之间的构效关系及量效关系仍有待后续进一步研究。

本文《甘露低聚糖和部分水解瓜尔胶对小鼠慢性酒精性肝损伤的保护作用》来源于《食品科学》2023年44卷11期95-105页.作者：张荣彬，杨懿，周志磊，姬中伟，任青兮，周建弟，徐岳正，毛健. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220716-185.