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國家納米科學(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。UC會嚴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。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導(dǎo)致腸道通透性增加和黏液層變。茨c道機械和化學(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，探究其對腸道屏障的調(diào)控可能會為UC的治療提供新的方法。


  國家納米科學(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)用及治療機制（圖1）。通過結(jié)腸疾病活動指數(shù)（DAI）的評分、結(jié)腸長度、組織病理學(xué)觀察、結(jié)腸損傷評分和血清中炎癥因子的水平來評估了NCC對UC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NCC對UC的治療機制。 


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)腸長度，并顯著提高小鼠的抗炎反應(yīng)和降低機體炎癥。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小鼠模型的腸道機械屏障和化學(xué)屏障嚴重受損，高劑量NCC的干預(yù)可以有效恢復(fù)并增強腸道機械屏障和化學(xué)屏障（圖3）。 


圖3 NCC恢復(fù)UC小鼠機械和化學(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(diào)節(jié)MUC2的表達，MUC2與UC的嚴重程度呈負相關(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(shù)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(dǎo)輔助性T細胞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家納米科學(xué)中心和中國地質(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。本工作得到了國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(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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