蛋壳膜（ESM）在肠道健康中的作用：加工依赖性氧化还原、屏障、免疫及微生物组效应

《Foods》：Eggshell Membrane in Gut Health: Processing-Dependent Redox, Barrier, Immune, and Microbiome Effects

　　

摘要专业翻译 肠道健康通过肠道屏障完整性、微生物稳态、宿主免疫功能与氧化还原平衡之间的相互作用得以维持。蛋壳膜（ESM）作为一种富含蛋白质的家禽副产品，含有在实验系统中具有抗氧化和抗炎活性的结构组分及衍生肽。越来越多的证据表明，ESM制剂也能影响上皮屏障反应、肠道炎症、微生物群落组成及微生物代谢产物。由于天然、微粉化、水解、分级分离及配方化的ESM在物理和化学性质上存在差异，加工过程很可能影响其胃肠道命运及生物活性。本综述整合了化学、细胞、动物及人体研究证据，将制剂依赖性特性与胃肠道暴露及肠道氧化还原、屏障、免疫和微生物组反应联系起来。本综述还考虑了口服递送、剂量、安全性及解决机制和转化所需的实验方法。现有证据支持ESM在肠道健康方面具有生物学上连贯的框架，但仍需开展受控人体研究以确立具有临床意义的肠道健康效应及有效肠道剂量。

论文主体内容专业总结

1. 引言

1.1 肠道健康与氧化还原稳态的概念框架

肠道健康通过肠道屏障、微生物群、免疫系统、宿主代谢及氧化还原平衡的协调调控来维持。微生物群通过塑造黏液产生、代谢活性、免疫信号传导及对病原体定植的抵抗来促进这种稳态。活性氧（ROS）在受控浓度下参与上皮及免疫信号传导、抗菌防御、增殖和组织修复；然而，当ROS产生超过内源性抗氧化能力时，氧化应激会损害上皮完整性并促进炎症。因此，肠道健康应被视为一种动态平衡，其中生理性氧化还原信号得以保留，而过度的氧化应激受到控制。菌群失调（Dysbiosis）指肠道微生物群落组成或功能的改变，其既促成氧化应激，又受上皮代谢和氧可用性变化的影响。这一相互关联的框架有助于解释人们对ESM的兴趣，ESM是一种与抗氧化、抗炎、上皮屏障及微生物组相关效应相关联的食源性生物材料。

1.2 ESM的理论依据、综述范围及IBD作为机制模型

ESM是家禽业副产品，其纤维基质含有蛋白质、胶原蛋白、糖胺聚糖（GAGs）及其他潜在生物活性组分。机械粉碎改变粒径，而水解及随后的分级分离改变所回收的蛋白质和肽谱。不同制剂在溶解性、消化敏感性及测得的生物活性方面可能存在差异，这些性质需要单独表征而非仅依据加工标签推断。大多数与肠道健康相关的证据仍处于临床前阶段，活性成分、胃肠道命运及有效肠道剂量尚不清楚。本综述的具体贡献在于将制剂依赖性材料特性和胃肠道命运与肠道氧化还原、屏障、免疫及微生物组反应的证据强度联系起来。选择炎症性肠病（IBD）作为机制模型，是因为所报道的ESM效应涉及与肠道炎症期间相互作用的相同过程，包括线粒体ROS促成细菌跨上皮转运增加、微生物群依赖性上皮PPAR-γ信号传导限制肠杆菌科扩张等发现。

1.3 综述方法

本叙述性综述通过主要在PubMed、Scopus、Google Scholar和ScienceDirect中进行的迭代文献检索制定。检索于2026年6月10日启动，并持续至稿件准备期间，最终检索更新于2026年9月8日。检索依据本综述涵盖的主要主题进行，包括ESM组成与加工、抗氧化活性、肠道屏障功能、炎症反应、肠道微生物群及微生物代谢产物、实验性肠道疾病模型、人体证据及转化考量。检索词组合包括“eggshell membrane”与肠道、微生物群、氧化应激、Nrf2、NF-κB、短链脂肪酸、消化、水解、加工及口服递送等相关术语。体外、动物及人体研究被视为ESM证据的不同层级。近10年的ESM特异性文献被优先考虑，同时保留具有基础性或直接相关性的较早研究。

2. 蛋壳膜：组成、加工与胃肠道命运

2.1 ESM的结构与生化组成

ESM是一种纤维状生物材料，含有胶原样蛋白、GAGs及其他具有潜在生物活性的蛋白质。结构上，ESM主要由位于矿化蛋壳下方的内、外纤维膜层组成，外层厚度约50–70 μm，内层15–26 μm。ESM以蛋白质为主，蛋白质组学研究已鉴定出数百种组成蛋白。胶原蛋白约占膜的10%，包括I、V和X型。ESM还含有透明质酸、硫酸化GAGs、卵转铁蛋白、溶菌酶及卵清蛋白-36。内、外纤维层共享主要成分但化学性质并非完全相同，内层唾液酸浓度较高，而氮和糖醛酸浓度在两层间相似。目前证据无法将加工依赖性的抗氧化、上皮或微生物效应归因于特定膜层，需对层组成、加工产率和生物活性进行直接比较。

2.2 加工、消化率与胃肠道生物可及性

溶解性描述材料在特定条件下进入溶液的量或比例，消化性描述其对胃肠道分解的敏感性。天然ESM具有高度交联的纤维结构，二硫键和赖氨酸衍生交联导致其溶解性差。在大鼠氮平衡研究中，ESM蛋白的基于粪便氮的消化率为87.0%，而其酶解产物为94.8%，酪蛋白为98.5%。水解可增加可溶性组分的回收并释放肽，但其效果取决于方法和制剂。角质酶处理ESM可产生胶原肽和可测量的GAGs。酶解ESM水解产物在Caco-2细胞中可降低ROS和IL-8分泌并增加细胞内谷胱甘肽。不同研究中的水解ESM制剂存在差异，包括酶系统、化学预处理、pH、反应时间和肽分级分离的不同。微粉化ESM通过机械粒径减小产生，增加暴露表面积而不一定裂解基质中的蛋白质。Jet-O-mized ESM（JEM）通过喷射研磨专门生产，平均粒径5.7 μm，随后经KOH介导水解产生全水解物和可溶性水解物级分。生物可及性指消化过程中从基质释放并可被吸收或接触肠道靶标的部分，系统生物利用度还需吸收和随后递送至循环，不能从模拟消化后的溶解性或抗氧化活性推断。

2.3 胃肠道稳定性与口服递送原理

口服生物活性物质会遭遇pH变化、消化酶、胆汁盐及与食物基质的相互作用。递送系统的目标是保留并在预期肠道部位释放相关活性物质，而非最大化溶解性或系统吸收。ESM无需设计载体即可产生局部生物效应，释放的肽或其他组分可与肠道上皮相互作用，而逃逸上消化道消化的物质可能仍可用于微生物代谢。合适的载体可减少胃条件和消化酶的过早暴露，延迟释放至肠道pH或微生物酶触发点并维持局部暴露。ESM特异性研究提供了初步支持：羧甲基壳聚糖纳米颗粒负载ESM肽显示出pH响应性释放，且在模拟胃肠道消化中比游离肽更好地保留抗氧化活性；壳聚糖/岩藻多糖纳米颗粒在模拟胃pH下保持稳定并在肠道条件下释放蛋白。

2.4 ESM加工、配方与胃肠道可用性

加工和配方可改变ESM的物理形态、肽谱、稳定性及胃肠道可用性，这些差异为制剂依赖性肠道反应提供了合理基础。直接比较研究仍是主要需求：应使用相同起始材料和匹配剂量比较天然、微粉化、水解、分级分离及配方化制剂，并测量粒径、可溶性蛋白回收、肽谱、消化、区域肠道暴露及生物反应。

2.5 安全性、标准化与法规

现有研究表明ESM总体安全，但安全性可能因具体制剂和加工方法而异。大鼠重复口服NEM剂量高达2000 mg/kg/天未产生治疗相关毒性效应。欧洲食品安全局（EFSA）结论认为，特定酶解蛋膜制剂在成人（排除孕妇和哺乳期女性）每日摄入量高达500 mg时是安全的。标准化很重要，因为ESM组成和性质可随来源和加工方法变化。研究应报告膜来源、分离纯化方法、粒径、水解条件、蛋白含量、分子量分布及相关组分。法规要求取决于产品、预期用途及所做出的声明。

3. ESM在肠道健康中的机制背景

3.1 肠道稳态与疾病中的氧化还原–屏障–免疫–微生物组轴

肠道上皮将管腔内容物与下层组织分开并对饮食和微生物产物作出反应。上皮更新、黏液和细胞间连接维持肠道屏障。生理性ROS信号支持上皮更新和宿主防御，而过度的氧化应激可损害肠道屏障功能。NOX1依赖性ROS产生参与上皮增殖和伤口修复，特定肠道细菌可诱导Nrf2依赖性细胞保护反应。超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和谷胱甘肽构成细胞抗氧化防御。ESM衍生肽级分在应激Caco-2细胞中增加了谷胱甘肽和谷胱甘肽相关酶活性。生理性Toll样受体和MyD88信号有助于上皮稳态和抗菌防御，而IL-22产生的固有淋巴样群体支持上皮修复和抗菌反应。丁酸将微生物活性与结肠细胞代谢、屏障调节和免疫反应联系起来。氧化应激、上皮损伤、微生物暴露和炎症信号在肠道疾病中形成相互关联的网络。

3.2 IBD作为肠道稳态破坏的模型

IBD包括克罗恩病和溃疡性结肠炎，涉及遗传、环境、上皮、免疫和微生物因素的相互作用。大多数ESM肠道疾病研究使用小鼠结肠炎模型，这些模型可测试对黏膜损伤或炎症的反应，但不能代表人类IBD的全部复杂性或在患者中确立疗效。微生物感知、细胞因子信号和上皮防御参与IBD，TNF-α、IL-1β、IL-6等介质参与黏膜损伤。氧化损伤和抗氧化状态改变已在IBD中报道，线粒体功能障碍可将能量代谢改变与ROS产生和上皮损伤联系起来。已确立的IBD治疗针对炎症和疾病活动，其他抗氧化干预的经验表明制剂和剂量可影响生物学和临床反应。

3.3 肠道氧化还原稳态的营养调节

饮食底物影响微生物活性和宿主反应。纤维缺乏可促进微生物利用黏液聚糖，而富含纤维或发酵食品干预的反应因人而异。食物来源的生物活性物质可通过直接化学抗氧化活性、细胞信号传导或微生物代谢发挥作用。逃逸小肠消化的蛋白质和肽可能经历微生物代谢，产生短链脂肪酸（SCFAs）、支链脂肪酸、氨和含硫代谢物。个别氨基酸和微量营养素也可影响上皮、免疫和抗氧化途径。

4. ESM在肠道健康中的实验证据

4.1 化学抗氧化测定与细胞氧化还原证据

化学测定证明抗氧化潜力，但细胞测定对于确定抗氧化效应是否转化为生物系统变化是必要的。DPPH和ABTS/TEAC主要评估自由基清除能力，FRAP测量还原能力，金属螯合测定评估结合促氧化金属离子的能力。天然ESM和ESM水解产物在自由基清除、还原和金属螯合测定中显示抗氧化活性，ESM衍生肽保护Caco-2肠上皮细胞免受过氧化氢诱导的氧化应激。在Alcalase-Protease S水解产物中，<5 kDa级分显示最强的DPPH和羟基自由基清除活性，IC₅₀值分别为0.60和0.34 mg/mL，而>10 kDa级分显示最强的Fe²⁺螯合活性，IC₅₀为1.80 mg/mL。水解影响这些反应，Jet-O-mized ESM研究中水解级分比未水解材料显示更大抗氧化能力。ESM衍生肽也影响过氧化氢应激Caco-2细胞中的谷胱甘肽抗氧化系统，<5 kDa肽级分增加细胞内谷胱甘肽及过氧化物酶、还原酶、转移酶和γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的活性。

4.2 肠道上皮和免疫细胞证据

在DSS诱导的结肠炎模型中，膳食ESM促进上皮增殖、修复和损伤区域再上皮化，并与上皮增殖和组织重塑相关基因变化相关。水解Jet-O-mized ESM在较低浓度下增加Caco-2单层TEER，而FITC-葡聚糖通透性保持不变。ESM还改变肠上皮细胞的炎症反应，ESM水解产物减少受刺激Caco-2细胞中IL-8分泌。可溶性ESM在LPS刺激的Caco-2细胞中减少TNF-α、IL-1α和IL-1β基因表达，但效应不一致。水解Jet-O-mized ESM以浓度依赖性方式减少RAW 264.7巨噬细胞中LPS诱导的一氧化氮产生。在Caco-2/RAW 264.7共培养模型中，通过壳聚糖/岩藻多糖纳米颗粒递送的可溶性ESM蛋白减少LPS诱导的NO、TNF-α和IL-6产生并帮助维持上皮屏障功能。

4.3 动物肠道疾病模型

水解ESM已在肠道炎症动物模型中测试。DSS处理小鼠中，口服ESM水解产物200 mg/kg体重/天持续14天减少体重减轻、结肠炎临床症状和IL-6水平。未水解或细ESM在DSS和IL-10敲除模型中显示有益效应，包括降低疾病活动度和结肠缩短、改善上皮修复和减少炎症。在AOM/DSS慢性结肠炎症模型中，8% ESM饮食从AOM/DSS治疗前一个月开始并持续整个研究，超过50%的对照小鼠在第10周死亡，而ESM组存活率为90%，ESM还减少体重减轻、改善粪便一致性、减少直肠出血并降低疾病活动评分。

4.4 微生物组和代谢物证据

膳食ESM补充后已报道肠道微生物群变化。IL-10敲除小鼠喂食8% ESM饮食增加了微生物多样性并改变多个细菌群的丰度，包括增加瘤胃球菌属（Ruminococcus）和拟杆菌目S24-7、减少肠杆菌科以及Firmicutes/Bacteroidetes比率向对照小鼠转变。ESM补充还增加总盲肠有机酸，丁酸增加约2.3倍。老年小鼠中，8% ESM饮食24周增加丁酸和戊酸产生菌的丰度，盲肠异丁酸、异戊酸和戊酸分别增加约97%、85%和98%。DSS结肠炎研究也报道了改善的微生物多样性和减少的肠杆菌科及大肠杆菌（E. coli）。AOM/DSS相关结肠炎症研究中，ESM未显著改变α多样性，但β多样性分析显示ESM喂养的AOM/DSS小鼠微生物群落更接近对照小鼠，ESM还减少埃希菌-志贺菌属（Escherichia–Shigella）、增加厚壁菌门（Firmicutes）和Muribaculaceae。

4.5 人体证据

人体ESM研究主要检查肌肉骨骼结局，随机试验和证据综合报道了选定ESM制剂在疼痛、僵硬、力量或活动性方面的改善，口服剂量通常约为300–500 mg/天。与肠道健康特异性相关的人体证据仍有限。2025年一项研究包括小鼠药代动力学和DSS结肠炎实验以及20名健康成人的双盲随机试验，接受ESM或对照8周。ESM组在第1周和第8周Shannon-Wiener α多样性相对于基线增加，对照组无显著变化。ESM组在第4周和第8周显示较低的拟杆菌属（Bacteroides）相对丰度和较高的双歧杆菌属（Bifidobacterium）及乳杆菌目（Lactobacillales）比例。该研究存在样本量小、改良T-RFLP方法检查细菌群范围有限及最终微生物分析参与者减少等局限性。

4.6 解读ESM证据强度

ESM文献包括化学抗氧化测定、细胞实验、动物模型和有限的人体研究。水解ESM在肽释放、抗氧化活性和直接细胞反应方面被特别研究，而天然或微粉化ESM更常用于肠道炎症和微生物群的动物研究。这种分布突出了不同的实验优势，但未确立固定的制剂特异性机制。头对头比较仍然有限。近期研究对胃肠道转化尤其相关，包括2025年人体微生物群研究和2026年Jet-O-mized ESM加工、AOM/DSS相关结肠炎症及ESM肽纳米颗粒稳定性研究。

5. ESM作用机制模型

现有证据支持一个整合模型，其中ESM衍生肽和其他组分可影响肠道氧化还原平衡、上皮修复、炎症信号和微生物代谢。水解释放具有抗氧化活性的较小肽，低分子量ESM肽级分显示强自由基清除活性。在Caco-2细胞中，ESM衍生肽减少氧化应激并增加谷胱甘肽和谷胱甘肽相关酶活性。ESM制剂也产生上皮和炎症反应，包括增加Caco-2单层TEER、促进DSS处理小鼠的上皮增殖和修复，以及减少上皮细胞、巨噬细胞或上皮-免疫共培养中的炎症介质。非肠道模型中已报道对NF-κB信号的直接影响，包括减少LPS刺激的人单核细胞中总体NF-κB活性及改变p65/p50信号。微生物途径得到以下证据支持：部分ESM材料抵抗胃肠道消化，膳食ESM改变微生物群组成和盲肠有机酸。丁酸和其他微生物代谢产物可影响上皮和免疫功能，为ESM补充后观察到的微生物变化和宿主结果之间提供了生物学上合理的联系。

6. 转化背景、差距与研究路线图

6.1 ESM与其他营养保健品方法的比较

多种饮食和营养保健方法已被研究用于肠道健康，包括发酵食品、膳食纤维、多酚、omega-3脂肪酸及生物活性多糖和低聚糖。ESM的显著特征在于研磨、水解、分级分离和配方化引入的明显制剂依赖性。

6.2 ESM反应的多组学和因果评估

宏基因组学识别微生物组成和功能潜力，宏转录组学显示哪些微生物基因被活跃表达，代谢组学测量源自饮食或宿主和微生物群产生的化合物。整合这些测量比单独改变细菌丰度提供更多信息。多组学还允许将微生物变化与宿主反应一起检查。

6.3 ESM在IBD中的转化定位

在缺乏IBD患者临床疗效研究的情况下，ESM最好定位为作为支持性营养方法进一步研究的候选物。可用的人体肌肉骨骼研究提供剂量示例：300或500 mg/天ESM制剂、450 mg/天水溶性ESM水解产物和500 mg/天NEM。选定小鼠肠道研究使用8% ESM饮食或200 mg/kg/天水解产物。早期人体研究应关注显示ESM在何处产生效应的结局，包括肠道通透性、粪便钙卫蛋白和CRP。

6.4 研究路线图

未来ESM研究应从更好地表征测试材料开始，报告ESM来源、加工方法、水解程度、分子量分布、肽和蛋白组成、GAG含量、污染物和批次变异性。确定制剂后，应更仔细检查其胃肠道命运。机制研究应关注当前ESM研究已提示的途径和结局，包括谷胱甘肽代谢、Nrf2、NF-κB、上皮修复、紧密连接调节、微生物代谢和SCFA谱。微生物群的作用需要更直接测试，使用无菌或抗生素处理动物、粪便微生物群移植、限定微生物群落、类器官和上皮-免疫共培养模型。

6.5 个性化反应作为后期转化优先事项

肠道微生物组和其他宿主因素的变异可能导致个体对ESM反应的差异。基线微生物组和代谢物谱可作为影响反应的潜在因素进行检查，但需更大规模研究才能用于识别可能的应答者。

6.6 初步知识产权考虑

选定专利出版物说明了ESM加工及拟议口服或肠道应用的商业兴趣，作为示例而非系统性专利布局呈现。

7. 局限性

三个局限性尤为重要：第一，ESM制剂在来源、纯化、粒径、水解方法、分子量分布、肽组成和剂量方面存在差异，这些差异可改变溶解性、消化性、生物活性和微生物可及性，而直接头对头比较仍然稀缺。第二，大多数肠道证据是临床前的。第三，人体肠道证据仍然有限。

8. 结论

临床前研究表明ESM制剂可增强细胞抗氧化防御、促进上皮修复、调节炎症反应并改变微生物组成和代谢产物。本综述的核心贡献在于将这些效应与制剂依赖性材料特性和胃肠道命运联系起来，为ESM研究提供整合的氧化还原-屏障-免疫-微生物组框架。下一步优先事项是直接比较表征良好的制剂、识别活性成分和区域暴露、因果测试宿主-微生物组机制以及人类制剂特异性剂量范围研究。