三种唾液酸形式对高脂饮食肥胖小鼠肠道健康的潜在影响

《Food Frontiers》：Potential Effects of Three Forms of Sialic Acid on Intestinal Health in Obese Mice Fed With a High-Fat Diet

肠道屏障受损与肥胖相关的炎症和代谢紊乱中，结合型Sialic acid（3?-SL和EBN）通过增强肠道粘液屏障、调节菌群及抑制炎症通路，较游离型Neu5Ac更具保护效果。EBN还通过其富含的蛋白质成分改善菌群结构，有效调节糖脂代谢平衡。

　　肠道是人体抵御外界威胁的重要屏障，但在高脂饮食（HFD）的影响下，这一屏障容易受到破坏。HFD不仅会干扰肠道的多层结构，还会增加其通透性，引发炎症反应，并提高代谢性疾病的患病风险。本研究关注的是肠道与免疫轴在肥胖发展过程中的作用，特别是唾液酸在其中的潜在影响。通过建立HFD诱导的肥胖小鼠模型，我们对三种形式的唾液酸（N-乙酰神经氨酸 [Neu5Ac]、3?-唾液酸乳糖 [3?-SL] 以及新鲜炖煮的食用燕窝 [EBN]）在对抗HFD对小鼠肠道造成的损伤方面进行了探讨和比较。研究结果表明，唾液酸干预能够改善HFD诱导肥胖小鼠的慢性炎症和代谢失衡，这与它对肠道黏液屏障的保护作用以及对肠道菌群及其代谢产物的调节密切相关。值得注意的是，在相同的干预时间和等剂量唾液酸的情况下，结合型唾液酸（3?-SL和EBN）在提升血清唾液酸水平、改善结肠免疫信号通路和降低血清炎症因子水平方面表现得更为有效。这些发现表明，结合型唾液酸具有更高的利用效率，并能更有效地对抗HFD引起的慢性炎症对肠道的损害。此外，EBN还含有大量蛋白质，这可能是其与Neu5Ac和3?-SL相比，在改善糖脂代谢平衡方面具有独特优势的原因之一。未来的研究应进一步验证食用燕窝蛋白质在肠道菌群结构中的具体贡献。

肠道作为人体与外界环境之间的主要屏障，具有复杂的结构，包括外层的黏液层、肠道菌群以及防御蛋白如抗菌肽（AMPs）和分泌型免疫球蛋白A（sIgA）。中层则由肠道上皮细胞（IECs）组成，而内层则含有先天性和适应性免疫细胞。这些结构共同构成了强大的屏障系统，能够保护机体免受外界毒素、饮食抗原、细菌等潜在有害物质的侵害，同时维持正常的生理功能。然而，这种屏障系统对来自外界的刺激，尤其是饮食成分，非常敏感。当饮食中的某些物质（尤其是脂肪）破坏了屏障时，会增强肠道内容物向黏膜和黏膜下层的渗透，从而直接暴露驻留的免疫细胞于这些抗原，引发炎症反应，破坏肠道结构，影响肠道屏障的完整性，并显著改变肠道生理功能。研究还发现，在健康人群中，内脏脂肪含量与肠道通透性呈正相关，并使机体更容易罹患多种代谢性疾病，如炎症性肠病（IBD）、肠易激综合征（IBS）以及肥胖。

肥胖是一种慢性、复发性、进行性的疾病状态。一项1990至2022年的研究显示，全球范围内儿童、青少年和成人的肥胖人数已超过10亿，表明肥胖已成为全球重要的公共卫生问题。高脂饮食是导致肥胖的主要风险因素之一，HFD诱导的肥胖小鼠模型是研究肥胖的常用方法。机制上，HFD通过两条相互依赖的途径破坏肠道屏障完整性。首先，HFD可能直接或间接改变肠道紧密连接（TJs）和粘附连接（AJs）的表达和分布，从而调节肠道通透性。这种结构的破坏导致肠道通透性增加，即所谓的“漏肠”，使得肠道内的内毒素进入全身循环，从而引发代谢性炎症。其次，HFD会改变肠道菌群的组成，例如，拟杆菌门与厚壁菌门的比例显著降低，而具有破坏TJs能力的硫酸还原菌（如脱硫弧菌）则变得更为丰富。这种菌群失调进一步削弱了屏障功能，因为微生物来源的短链脂肪酸（SCFAs）通常能够增强TJ蛋白表达和黏液生成，但其含量下降会进一步加剧屏障功能的损害。TJ的降解与菌群失调的协同作用形成恶性循环：通透性的增加促进了系统性炎症代谢物的流入，而炎症又进一步损害TJs并改变微生物生态。最终，这种源于肠道的病理生理学变化推动了低度慢性炎症和早期代谢紊乱的发生。

唾液酸是一类具有九个碳原子和吡喃结构的单糖衍生物，广泛存在于生物体和自然环境中，目前已鉴定出超过90种不同的类型。主要的唾液酸异构体包括N-乙酰神经氨酸（Neu5Ac）、N-羟乙基神经氨酸（Neu5Gc）和酮基二氨基庚糖酸（KDN），其中Neu5Ac在人体中分布最为广泛。唾液酸可分为游离型和结合型，研究发现，外源性唾液酸干预对肠道菌群发育、肠道成熟以及抗炎作用具有一定效果，这可能与其在黏蛋白中的组成、促进上皮屏障防御、防止感染、影响肠道菌群及其代谢产物，以及抑制炎症通路有关。游离型和结合型唾液酸在肠道中的消化、吸收和利用方式不同。约99%的口服放射性Neu5Ac在6小时内被肠道吸收并经尿液排出，只有小部分出现在血液、肝脏、脾脏、肾脏和大脑中。而结合型唾液酸则通过酸水解或唾液酸酶（NEU）作用转化为游离型，之后进入循环系统进行进一步的糖基化。结合型唾液酸在食物中通常以寡糖结合型、蛋白质结合型或脂质结合型存在，例如母乳和食用燕窝是其中两种唾液酸含量较高的食物。母乳中的寡糖结合型唾液酸（67.6%–76.0%）是主要形式，根据糖苷键的不同，可分为3?-唾液酸乳糖（3?-SL）和6?-唾液酸乳糖（6?-SL）。而在食用燕窝中，唾液酸主要以糖蛋白结合形式存在，约占燕窝质量的10%，是唾液酸含量最高的天然食物之一。Neu5Ac、3?-SL和EBN作为三种形态和结构不同的唾液酸形式，其在摄入后对肠道功能的影响可能也存在差异。已有研究表明，Neu5Ac具有生物利用性，可在肠道中迅速被吸收，以满足即时代谢需求或直接与肠道菌群相互作用。3?-SL则由于其结构复杂性，增强了对酶解的抵抗力，并可选择性促进表达唾液酸酶的微生物生长，从而具有益生元的作用。在肠道中，糖蛋白结合的唾液酸可能会影响细菌对肠道黏膜的附着，进而影响共生菌与致病菌之间的平衡。

肠道免疫轴在维持体内稳态和调节代谢过程中起着至关重要的作用，尤其是在肥胖的发展过程中。本研究聚焦于唾液酸在肠道免疫轴中的作用，探讨其在维持肠道屏障完整性、调节肠道菌群及其代谢产物以及抑制炎症反应方面的潜在效果。同时，我们还分析了三种不同形式的唾液酸（Neu5Ac、3?-SL和EBN）在摄入后可能发挥的不同的生理作用。研究的目标是评估唾液酸干预是否能够影响肠道免疫轴功能，从而延缓肥胖的发展和预防其进展，同时比较不同形式唾液酸在这些过程中的影响差异。

为了实现这一目标，我们采用了HFD诱导的肥胖小鼠模型，该模型是研究肥胖及其相关代谢紊乱的常用工具。在实验中，我们选择了48只雄性C57BL/6J小鼠，并将其随机分为四个组：HFD组、Neu5Ac组、3?-SL组和EBN组。每组的干预剂量均基于人体推荐摄入量进行计算，其中Neu5Ac组的剂量为50 mg/kg/天，3?-SL组为102 mg/kg/天，EBN组为5555 mg/kg/天。这些剂量的设定旨在模拟人体摄入唾液酸后的效果，并与已有的研究保持一致。ND组和HFD组则分别给予0.9%的生理盐水，作为对照。

在实验过程中，我们每周测量小鼠的体重和食物摄入量，并在第0、4、6和8周评估空腹血糖（FBG）水平。实验结束后，我们使用EchoMRI-100H设备分析脂肪质量和瘦体重，并进行口服葡萄糖耐量试验（OGTT）。为了评估肠道免疫轴的功能，我们还检测了血清中的多种炎症因子和代谢指标，包括总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、高密度脂蛋白（HDL）、低密度脂蛋白（LDL）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天门冬氨酸氨基转移酶（AST）、胰高血糖素样肽-1（GLP-1）、三甲胺（TMA）、白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等。此外，我们还进行了肠道菌群的分析，包括菌群组成、α-多样性、β-多样性以及环境因子分析，以揭示不同形式唾液酸对肠道菌群结构和功能的影响。同时，我们还对结肠组织进行了转录组分析，以进一步了解唾液酸干预对肠道基因表达的影响，并通过代谢组分析评估其对肠道代谢产物的调节作用。最后，我们还对结肠组织进行了苏木精-伊红（HE）染色，以观察组织形态的变化，并通过统计分析评估各组之间的差异。

实验结果显示，Neu5Ac、3?-SL和EBN三种形式的唾液酸均能有效控制HFD诱导肥胖小鼠的体重增长，降低脂肪积累，并改善血糖耐受性。特别是3?-SL和EBN干预组在控制炎症和体重方面表现出更强的效果。此外，3?-SL和EBN在提升血清唾液酸水平方面也优于Neu5Ac。在肠道菌群分析中，我们发现三种形式的唾液酸干预均能显著改变肠道菌群的组成，其中3?-SL和EBN在促进有益菌群（如Akkermansia）生长和抑制有害菌群（如Enterobacter和Desulfovibrio）方面表现出更显著的效果。这表明，结合型唾液酸在调节肠道菌群结构方面具有更强的潜力。

在转录组分析中，我们发现Neu5Ac、3?-SL和EBN三种形式的唾液酸干预对结肠基因表达产生了不同的影响。Neu5Ac组仅表现出少量基因的上调和下调，而3?-SL组和EBN组则显示出更广泛的基因表达变化。这些变化主要集中在与免疫反应、代谢调节和肠道屏障功能相关的通路中。3?-SL干预主要促进了与免疫激活相关的基因表达，而EBN干预则更侧重于调节细胞结构和功能。此外，结合型唾液酸在提升肠道黏蛋白的糖基化水平方面也表现出更好的效果，有助于维持肠道屏障的完整性。

在代谢组分析中，我们发现3?-SL和EBN干预组的代谢产物变化更为显著，尤其是在与葡萄糖和脂质代谢相关的通路中。这些变化不仅有助于改善代谢状态，还可能通过调节肠道菌群和免疫反应，间接减轻HFD对肠道的损伤。同时，结合型唾液酸在提升血清唾液酸水平方面表现出更强的效果，这可能与其在肠道中的缓慢释放和更长时间的体内滞留有关。

综上所述，本研究揭示了不同形式的唾液酸在HFD诱导的肠道损伤中的不同作用机制。结合型唾液酸（如3?-SL和EBN）在提升血清唾液酸水平、改善肠道菌群结构、调节免疫反应以及促进肠道屏障修复方面均优于游离型唾液酸（Neu5Ac）。此外，EBN中富含的蛋白质可能在调节肠道菌群结构和改善代谢功能方面发挥重要作用。未来的研究应进一步探讨不同唾液酸来源（如细菌合成、食物来源和母乳）对肠道免疫轴和肠道糖基化的影响，以更好地利用或改造唾液酸及其相关产品，用于预防和管理与肠道健康相关的疾病。同时，由于不同来源的燕窝中唾液酸含量可能存在差异，这可能会影响实验结果的可重复性，因此在后续研究中需要考虑这一点。此外，燕窝中的蛋白质成分可能在实验过程中产生额外的影响，这也需要进一步研究以明确其作用机制。