在Caco-2/ATDC5共培养模型中，对动物源和植物源肽的跨上皮转运、转运后肽谱以及与软骨相关的生物活性进行体外评估

《Food Bioscience》：In vitro assessment of transepithelial transport, post-transport peptide profiles, and cartilage-related bioactivity of animal- and plant-derived peptides in a Caco-2/ATDC5 co-culture model

　　

摘要

膝关节软骨退化是骨关节炎的主要特征。食物来源的肽类可能具有与软骨相关的生物活性，但关于肠道转运导致的成分变化与其功能之间关系的证据仍然有限。我们构建了一个整合系统，结合INFOGEST模拟的胃肠道消化过程、Caco-2单层转运模型、脂多糖诱导的ATDC5炎症模型以及液相色谱-串联质谱技术，用于比较大豆肽、小麦肽、海洋胶原蛋白肽和牛胶原蛋白肽的特性。

经过模拟消化和跨上皮转运后得到的肽段在LPS诱导的ATDC5模型中表现出可测量的生物活性，并且部分提升了与软骨表型相关基因的mRNA表达水平，这些基因包括SRY-box转录因子9（SOX9）、聚集蛋白聚糖基因（ACAN）以及II型胶原蛋白α1链（COL2A1）。尤其是海洋胶原蛋白肽和牛胶原蛋白肽，由于含有易于转运的胶原相关序列，如Gly-Pro-Hyp、Gly和Pro，因此其跨上皮转运效率更高。然而，在这种体外模型中，这种转运优势并不一定意味着更强的与软骨相关的生物活性。相反，不同来源的肽段在转运后的组成存在差异，其中小麦肽富含疏水性或小残基成分，其在恢复软骨相关mRNA表达方面的效果最为显著。

总体而言，肽段在肠道转运过程中的重组成分变化可能导致不同来源的肽类在体外表现出与软骨相关的生物活性差异，因此在评估用于关节健康的肽类来源时，除了考虑转运效率外，还需将这一因素纳入考量。

引言

骨关节炎是一种极为常见的慢性退行性关节疾病，也是全球老年人出现疼痛和活动受限的主要原因之一（Katz等人，2021年）。近年来，人们逐渐认识到骨关节炎是一种涉及整个关节的多因素疾病，其发病和发展与持续的低度炎症、异常的机械应力以及细胞代谢失衡密切相关（Katz等人，2021年；Loeser等人，2012年）。在这些病理过程中，关节软骨的退化被认为是推动疾病进展的主要因素（Chen等人，2025年）。炎症因子会加速细胞外基质的降解，同时抑制其合成；而成熟的软骨则具有有限的再生能力。因此，维持软骨细胞的稳态并减轻炎症损伤被视为延缓骨关节炎进展的关键干预策略（Katz等人，2021年；Liu等人，2024年；Robinson等人，2016年）。

在此背景下，营养干预越来越被视为维护关节健康的重要辅助手段，因为它们具有较好的安全性以及长期应用的潜力（Robinson等人，2016年）。在各类营养干预手段中，食物来源的肽类因其多种生物活性而受到关节健康研究领域的广泛关注，这些生物活性包括抗炎、抗氧化以及保护组织等功能（Hou等人，2025年；Liu等人，2022年；Xiong等人，2022年）。目前，植物来源的肽类和胶原蛋白肽已被开发为用于维护关节健康的功能性成分或产品。不过，关于不同食物来源的肽类在功能上的差异以及选择最佳肽类的标准，目前仍缺乏系统的研究证据（Honvo等人，2020年）。

研究表明，不同来源的食物来源肽类在氨基酸组成、序列以及物理化学性质方面存在显著差异，这些差异可能导致它们在胃肠道中的稳定性、肠道吸收程度以及生物活性有所不同。一般来说，胶原蛋白肽的消化稳定性和口服生物利用度较高，而植物来源的肽类则往往具有更高的序列多样性以及更强的功能潜力（Cui等人，2024年；Liu等人，2022年；Wijanarti等人，2024年）。正因如此，胶原蛋白肽通常被认为更容易被吸收，因此被广泛用于关节健康产品中。然而，目前尚无足够证据表明更高的肠道吸收率必然意味着在体外具有更强的与软骨相关的生物活性。

尽管如此，目前的功能评估方法也存在一定的局限性。大多数研究是通过将食物来源的肽类直接作用于软骨细胞或炎症细胞来评估其生物活性，往往忽视了摄入后发生的胃肠道消化和肠道吸收过程。实际上，能够进入全身循环并发挥生物学作用的肽段，是经过消化和跨上皮转运后的产物，而非最初的完整肽类（Larder等人，2021年；Wijanarti等人，2024年）。此外，虽然当前的研究主要关注吸收效率，但肽类在转运过程中的组成变化却尚未得到充分研究。胃肠道消化和跨上皮转运过程中可能会发生进一步的水解、肽类稳定性变化、上皮细胞转运以及可能的修饰，从而导致转运后的肽类组成与初始样本有所不同。这表明，肠道转运过程不仅决定了肽类的吸收速率，还通过改变肽类组成来调控其生物功能（Li等人，2024年）。因此，仅以转运效率作为评价标准，不足以揭示不同来源食物来源肽类在功能上存在差异的潜在机制。

为了解决这些问题，本研究选择了大豆肽、小麦肽、海洋胶原蛋白肽和牛胶原蛋白肽作为具有代表性的食物来源肽类。通过整合INFOGEST体外胃肠道消化模型、Caco-2肠道上皮转运模型以及LPS诱导的ATDC5炎症模型，我们系统地分析了不同来源肽类在消化和跨上皮转运过程中的组成变化，并在体外评估了它们的抗炎活性以及与软骨表型相关的反应。基于此，本研究假设肠道转运不仅与肽类的吸收有关，还会影响转运后肽类组分的组成。我们认为肠道转运会改变肽类的组成，而这些结构特征可能与它们在体外的生物活性差异有关。

章节节选

实验试剂与设备

本研究使用了大豆肽（纯度：93.8%；中国江苏省江苏普瑞特生物科技有限公司）、小麦肽（纯度：98.9%；中国北京市中粮食品科技发展有限公司）、牛胶原蛋白肽（纯度：98.95%；中国江苏省江苏光瑞生物科技有限公司）以及鱼胶原蛋白肽（纯度≥90%；中国广州市汉兰图生物科技有限公司）。ATDC5细胞系则购自厦门益莫生物科技有限公司（厦门市）。

食物来源肽类跨Caco-2单层细胞的跨上皮转运特性

为了评估食物来源肽类在经过肠道吸收后的生物活性，首先需要确认它们能够在不破坏肠道上皮屏障完整性的情况下穿过该屏障。在本研究中，我们采用了成熟的Caco-2单层细胞模型来模拟肠道转运过程，并比较了不同蛋白质来源的肽类的跨上皮渗透性（Yu等人，2023年）。

如图1A所示，四种肽类中

结论

在本研究中，我们构建了一个整合了模拟胃肠道消化过程、Caco-2肠道上皮转运模型以及LPS诱导的ATDC5炎症模型的实验框架，用以评估不同来源食物来源肽类的肠道转运特性以及在体外与软骨相关的生物活性。

经过消化和跨上皮转运后，四种食物来源肽类均产生了具有可测量生物活性的肽段

CRediT作者贡献说明

刘新奇：指导工作。李赫：指导工作、资金获取。侯赛亚：方法设计、数据整理、概念构思。刘万路：文章撰写与修改、方法设计、实验研究。刘顺萌：实验研究、数据整理。于胜娟：结果验证、方法设计、实验研究

利益冲突声明

作者们声明不存在任何利益冲突。

声明

通讯作者将按照要求提供相关数据。

资助情况

本研究得到了中国国家重点研发计划的资助（项目编号：2021YFD2100402）。

利益冲突声明

作者们声明不存在任何利益冲突。

Saiya Hou|Shumeng Liu|Wanlu Liu|Shengjuan Yu|He Li|Xinqi Liu

中国北京100048，北京市工商大学老年营养与健康重点实验室，教育部