乳铁蛋白-骨桥蛋白复合体增强肠道生物利用度及菌群调节的协同机制

本期推荐：为解决婴儿营养中生物活性物质肠道吸收率低及菌群调节机制不明的问题，研究者采用高通量3D顶向外肠类器官(apical-out organoid)和离体结肠发酵(SIFR?)技术，揭示乳铁蛋白(LF)-骨桥蛋白(OPN)复合体（可溶性复合物SC与复合凝聚物CC）通过提升肠道上皮吸收效率（较单体提高1.3倍），并特异性富集丁酸生产菌（如Clostridium symbiosum），使短链脂肪酸(SCFAs)增产27%，为优化婴儿配方奶粉提供新策略。

　　

婴儿营养的突破：解锁牛奶蛋白的肠道健康密码

在婴儿发育关键期，母乳中的生物活性蛋白如乳铁蛋白(Lactoferrin, LF)和骨桥蛋白(Osteopontin, OPN)对免疫调节和肠道发育至关重要。然而，这些大分子物质在婴儿肠道中的吸收效率低下，且与微生物群的互作机制尚未明确。传统体外模型难以模拟人体肠道复杂环境，导致婴儿配方奶粉中活性成分的功效无法精准评估。如何突破生物利用度瓶颈，并阐明其对肠道菌群的调控作用，成为婴幼儿营养领域的核心挑战。

瑞士洛桑DOPPL SA公司的研究团队在《Communications Biology》发表创新成果，通过结合高通量3D肠类器官和离体结肠发酵模型，首次揭示LF-OPN复合体（包括可溶性复合物SC与相分离凝聚物CC）的双重增效机制：不仅增强肠道上皮吸收能力，还能重塑婴儿肠道菌群结构。研究采用婴儿肠道活检样本构建顶向外肠类器官(apical-out organoid)，模拟营养吸收的生理方向；结合SIFR?技术（Systemic Intestinal Fermentation Research）分析6名婴儿粪便菌群的代谢响应。关键方法包括：类器官极性调控（Matrigel浓度梯度诱导基底/顶向外结构）、zeta电位分析复合物形成条件、LC-MS/MS定量蛋白吸收、GC-FID检测短链脂肪酸、以及定量浅层鸟枪测序解析菌群组成。

结果解析

1. 高通量类器官平台验证复合物生物利用度

通过调控基底膜提取物(BME)浓度（0.5%诱导顶向外，1.5%诱导基底向外），建立可定向模拟营养吸收的类器官阵列（图1a）。Zeta电位分析证实LF与OPN在pH 5-5.8时形成CC凝聚物（图1d），其多孔结构（SEM显示50μm孔径，图1g）促进与肠道细胞相互作用。关键发现包括：

• 无细胞毒性：即便24小时暴露，SC/CC复合物对类器官存活率无影响（图2a-b）；
• 时间依赖性吸收：LC-MS/MS检测显示，CC处理的LF肽段在24小时吸收量较单体提高40%（1mg/mL浓度下，图2d），OPN吸收同步增加；
• 结构保护效应：CC的致密网络延缓蛋白酶解，使更多完整蛋白抵达肠道。

2. 菌群代谢重塑：SCFAs增产与益菌富集

利用婴儿粪便菌群进行24小时发酵实验（图3a），发现：

• 代谢物提升：LF-OPN复合物使总短链脂肪酸(SCFAs)增产23%，其中丁酸(butyrate)增幅达27%（图3h），丙酸(propionate)和乙酸(acetate)同步上升（图3f-g）；
• 关键菌群调控：SC/CC处理显著富集Bacteroides fragilis（log₂FC=1.66）、Clostridium symbiosum（丁酸生产者）及Parabacteroides spp.（丙酸前体合成菌）（图3l）；
• 个体化响应：菌群结构变化存在供体差异（PCA分析显示独立聚类，图3k），提示个性化营养应用潜力。

结论与意义

本研究通过创新双模型策略，阐明LF-OPN复合体的双重健康效应：

1. 生物利用度突破：CC凝聚物的多孔结构增强肠道上皮吸收，且不损伤细胞活性；
2. 菌群-代谢轴调控：复合物作为"菌群导向剂"特异性富集有益菌，促进SCFAs（尤其丁酸）合成，强化肠道屏障并抑制炎症；
3. 婴儿营养优化路径：为仿母乳复合配方设计提供实证，通过模拟天然蛋白复合结构（如人乳中LF:OPN=4:1的化学剂量比），提升配方奶粉功能价值。

该成果不仅为婴幼儿营养产品开发提供新思路（如CC形式配方），其高通量类器官-SIFR?整合平台更为食品成分评价设立新标准。未来需通过临床研究验证这些效应在婴儿群体中的实际健康收益，并探索复合物在炎症性肠病等领域的应用潜力。