芝麻素酚（Sesaminol）通过调控AhR-Nrf2轴减轻中年小鼠酒精诱导的结肠衰老

《GeroScience》：Sesaminol attenuates alcohol-induced colonic senescence in middle-aged mice: potential involvement of the AhR–Nrf2 axis

　　

随着年龄增长，老年人对过量饮酒相关的健康衰退越来越敏感，饮酒可通过细胞应激、衰老相关反应和炎症老化加速生物学衰老。尽管芝麻中的木脂素——芝麻素酚（sesaminol）能够保护年轻动物免受酒精诱导的结肠炎，但其对中年动物酒精相关肠功能障碍和衰老相关变化的影响尚不清楚。在本研究中，中年小鼠（干预开始时50周龄）被给予含2.5%（v/v）乙醇的自由采食液体饲料持续10周，同时每天灌胃1.2 mg芝麻素酚或溶剂，并以年轻小鼠（干预开始时10周龄）作为对照。研究人员评估了结肠衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype, SASP）、衰老标志物表达、肠道微生物群、粪便短链脂肪酸浓度、肠道屏障完整性以及芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor, AhR）/核因子E2相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2, Nrf2）相关信号通路。慢性酒精摄入与菌群失调、更显著的结肠衰老和炎症特征、AhR/Nrf2信号受损以及紧密连接蛋白耗竭相关。补充芝麻素酚可减轻这些改变，并与乳杆菌科（Lactobacillaceae）、理研菌科（Rikenellaceae）和鼠杆菌科（Muribaculaceae）丰度增加以及粪便丁酸盐含量升高有关。这些效应伴随着肠道屏障完整性的改善以及AhR和Nrf2相关信号的改变。综上所述，这些发现表明，芝麻素酚可能改善微生物、代谢、上皮和氧化还原方面对慢性酒精暴露的相互关联的反应，从而减轻中年小鼠酒精相关的肠功能障碍和衰老相关变化。

研究背景

全球多个队列的数据显示，酒精消费在老年人群中日益普遍，而年轻一代的饮酒量却在下降。这一趋势使年龄相关健康管理面临新的挑战。慢性酒精摄入已被证实是加速生物衰老的强力驱动因素，不仅被列为1类致癌物，还被描述为系统性“促衰老剂”（gerontogen），可通过表观遗传加速衰老并在血液、肝脏、大脑和胃肠道等组织中诱导特异性衰老。在前期针对年轻小鼠的研究中，研究人员已证实慢性酒精摄入会引发肠道氧化应激和炎症，导致慢性结肠炎、肠漏和菌群失调，这些病理生理变化符合酒精相关性结直肠癌（ARCRC）发病的“多重打击”机制。然而，这些酒精诱导的肠道改变在中年动物中是否同样发生，以及芝麻素酚（sesaminol，一种芝麻来源的木脂素抗氧化剂）能否发挥保护作用，尚不清楚。考虑到酒精相关性结直肠癌和病理生理恶化是中年及老年人慢性饮酒的临床标志，研究人员从衰老科学（geroscience）视角出发，研究了芝麻素酚对酒精诱导的肠功能障碍和衰老相关变化的影响。

研究内容和主要结论

本研究以50周龄开始干预的中年雄性C57BL/6NCr小鼠为主要研究对象，以10周龄开始的年轻小鼠作为对照，通过为期10周的慢性酒精喂养（2.5% v/v乙醇液体饲料）和每日1.2 mg芝麻素酚灌胃干预，系统评估了酒精暴露对中年小鼠结肠衰老的影响以及芝麻素酚的保护作用。研究发现：慢性酒精摄入显著诱导了中年小鼠的肝毒性（肝体比升高、血浆ALT/AST活性及甘油三酯升高、肝脏脂肪变性）；在结肠层面，酒精暴露导致氧化应激加剧（4-HNE升高）、Nrf2转录活性和下游抗氧化酶（GPx2、HO-1、NQO1、TrxR1）水平降低；炎症因子TNF-α、IL-6、MCP-1及NF-κB p65活性升高；黏液屏障受损（PAS阳性杯状细胞减少、MUC2免疫反应性降低）；紧密连接蛋白（ZO-1、occludin、claudin-1）和抗菌肽β-defensin 1水平下降，伴随血浆内毒素（LPS）升高。在衰老指标方面，酒精暴露组结肠组织SA-β-gal活性增强、p21蛋白水平和p16^Ink4a mRNA表达显著上调。肠道菌群分析显示，酒精导致了菌群失调（β多样性显著偏移），表现为Muribaculaceae减少、Bacteroidaceae等富集，而粪便丁酸盐含量降低。芝麻素酚补充（无论单独使用还是与酒精联用）能够显著逆转上述大部分改变：恢复Nrf2活性及其下游抗氧化酶水平，抑制NF-κB活性和促炎因子产生，修复黏液和紧密连接屏障，降低血浆内毒素，同时提高粪便乳酸和短链脂肪酸（尤其是丁酸）含量，并增加乳杆菌科、理研菌科和鼠杆菌科的丰度。重要的是，芝麻素酚还显著降低了酒精诱导的SA-β-gal活性、p21蛋白和p16^Ink4a mRNA水平。这些结果表明，芝麻素酚可能通过调节肠道微生物-代谢环境与宿主AhR-Nrf2信号之间的交互作用，改善酒精引起的肠功能障碍和衰老相关变化。

关键技术方法

1. 1.
   动物模型与干预方案：采用中年（50周龄起始）和年轻（10周龄起始）雄性C57BL/6NCr小鼠，建立慢性酒精喂养模型（Lieber-DeCarli液体饲料含2.5% v/v乙醇，持续10周），同时每日灌胃1.2 mg芝麻素酚（约25 mg/kg）。
2. 2.
   组织病理学和免疫组织化学：结肠组织进行PAS染色评估杯状细胞和黏液层，Oil Red O染色评估肝脏脂肪变性；免疫组化检测MUC2、p21、γ-H2A.X和LMNB1；SPiDER-β-Gal荧光染色检测SA-β-gal活性。
3. 3.
   蛋白质分析和转录因子活性测定：Western blot检测抗氧化酶（HO-1、NQO1、GPx2、TrxR1）、紧密连接蛋白（ZO-1、occludin、claudin-1）和p21；ELISA检测TNF-α、IL-6、MCP-1、IL-22、4-HNE；核提取后ELISA检测NF-κB p65和Nrf2的DNA结合活性。
4. 4.
   肠道微生物组分析：16S rRNA基因V1-V2区扩增子测序（Illumina MiSeq平台），基于Greengenes数据库进行OTU聚类和分类学注释，利用Bray-Curtis距离进行PCoA分析β多样性。
5. 5.
   短链脂肪酸定量：气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）定量粪便中乳酸、乙酸、丙酸和丁酸含量。
6. 6.
   基因表达分析：RT-qPCR检测p16^Ink4a mRNA表达水平。

研究结果

1. 慢性酒精给药后的肝毒性和年龄依赖性体重增加

酒精暴露组（A-E）小鼠表现出明显的肝肿大（肝体比升高）、血浆ALT和AST活性升高、肝脏和血浆甘油三酯升高，Oil Red O染色显示大量肝脏脂质蓄积。芝麻素酚共处理组（A-ES）和单独芝麻素酚组（A-S）均未出现这些异常。在体重方面，A-E组呈现略高的趋势，而A-S组则呈略低的趋势，这种差异在之前年轻小鼠研究中未观察到。

2. 慢性酒精和芝麻素酚对中年小鼠肠道稳态的影响

氧化应激与抗氧化防御：A-E组结肠4-HNE显著升高，Nrf2活性降低，下游抗氧化酶GPx2、HO-1、NQO1、TrxR1蛋白水平下降。A-ES组恢复了Nrf2活性和抗氧化酶水平，A-S组Nrf2活性甚至高于所有其他组。

结肠炎症（SASP生物标志物和主转录因子）：A-E组TNF-α、IL-6、MCP-1蛋白水平和NF-κB p65活性均升高。A-ES组显著降低了这些促炎介质，A-S组与对照组相当。

黏液屏障完整性与结肠炎：A-E组PAS阳性杯状细胞减少、MUC2免疫反应性降低，表明黏液屏障耗竭。A-ES组这些病变明显减轻，MUC2水平接近A-C组。

肠漏与屏障通透性：A-E组紧密连接蛋白ZO-1、occludin、claudin-1和抗菌肽β-defensin 1显著降低，血浆LPS升高。A-ES组恢复了这些蛋白至对照水平，血浆LPS也恢复正常。

3. 粪便微生物群分析

α多样性分析显示A-E组微生物丰富度略有下降趋势。β多样性（PCoA）分析显示A-E组的微生物群落结构与其他各组明显分离，表明酒精诱导了显著的菌群失调。在科水平，A-E组Muribaculaceae耗竭，Bacteroidaceae、Lachnospiraceae、Rikenellaceae、Tannerellaceae和Streptococcaceae富集。A-ES组恢复了Muribaculaceae的丰度，而Lactobacillaceae和Rikenellaceae在A-S组和A-ES组中均富集。

4. 对粪便乳酸和短链脂肪酸含量的影响

A-E组乳酸呈下降趋势。A-S和A-ES组在第10周时乳酸、乙酸和丙酸含量均显著高于对照组和A-E组。特别值得注意的是，丁酸在A-S和A-ES组中显著高于所有其他组，表明芝麻素酚补充与粪便丁酸盐水平升高密切相关。

5. 慢性酒精和芝麻素酚对结肠衰老标志物的影响

SA-β-gal活性：Y-C、A-C和A-S组几乎无阳性信号。A-E组黏膜深层可见阳性斑点积累，而A-ES组阳性斑点数量明显少于A-E组。

细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂水平：A-E组p21阳性细胞增多，Western blot证实p21蛋白水平显著升高，p16^Ink4a mRNA表达也上调。A-ES组将p21蛋白水平降至接近A-C组水平，p16^Ink4a mRNA表达也呈现相同趋势。

总结讨论与研究结论

综合上述结果，研究人员认为芝麻素酚可能通过调节肠道微生物-代谢-宿主信号之间的复杂互作网络，缓解慢性酒精暴露引起的中年小鼠结肠功能障碍和衰老相关变化。具体而言，芝麻素酚补充增加了产短链脂肪酸（尤其是丁酸）的有益菌群丰度，提高了粪便丁酸盐水平。丁酸作为AhR配体，可通过HDAC抑制增强AhR活化，进而促进肠道屏障完整性（上调紧密连接蛋白和抗菌肽）。同时，芝麻素酚恢复了Nrf2介导的抗氧化防御体系，降低了氧化应激和炎症水平。AhR与Nrf2之间存在已知的分子串扰，这可能进一步放大了保护效应。通过这些机制，芝麻素酚最终抑制了酒精诱导的细胞衰老标志物（SA-β-gal、p21、p16^Ink4a）和SASP（TNF-α、IL-6、MCP-1）的表达。该研究首次在中年动物模型中揭示了芝麻素酚对酒精加速肠道衰老的保护作用及其潜在机制，为开发针对中老年人群酒精相关性肠道疾病的营养干预策略提供了实验依据。