食物基质保护的玉米miR482a通过调节肠道微生物改善葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠结肠炎

《Food Bioscience》：csi-miR482a protected by food matrix ameliorates dextran sulfate sodium-induced colitis in mice via modulating gut microbes

　　

摘要

植物miRNA已成为一种有前景的饮食生物活性分子。然而，它们易受胃肠道降解的敏感性严重限制了其口服生物利用度和生理功效。在此，我们开发了一种基于食物基质的递送系统以保护柑橘来源的miR482a（FP-miR482a），并研究了其在硫酸葡聚糖（DSS）诱导的结肠炎中的作用及潜在机制。该食物基质显著提高了miR482a在模拟口腔、胃消化过程中的稳定性，使其在小肠中得以长时间滞留。小鼠口服FP-miR482a耐受性良好，未引发炎症反应或肠道菌群失调，并选择性富集了乳杆菌、嗜黏蛋白阿克曼菌、默里巴库尔门和双歧杆菌等有益菌属。在DSS处理的小鼠中，FP-miR482a通过减少炎症因子产生并促进紧密连接蛋白和黏液层的再生，显著减轻了结肠炎。值得注意的是，在伪无菌（PGF）小鼠中FP-miR482a未能缓解结肠炎，这表明功能性肠道微生物群是miR482a发挥抗结肠炎作用所不可或缺的。观察到的效应与响应性肠道微生物中miR482a的存在以及预测细菌靶基因表达的改变有关，提示miR482a可能在菌群调节中发挥作用。综上所述，这些发现确立了基于食物基质的封装作为一种新型的miRNA递送策略，并鉴定出微生物介导的调节是miR482a改善实验性结肠炎的关键机制。本研究为开发基于miRNA的功能性食品和靶向微生物相关肠道疾病的精准营养策略提供了概念框架。

引言

炎症性肠病（IBDs），主要包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD），是一种累及胃肠道的慢性复发性炎症性疾病，其特征为持续性黏膜炎症、上皮屏障破坏和进行性肠道损伤（Neurath, 2019）。近期流行病学研究显示，全球有超过680万人患有IBD，特别是在经历快速社会经济转型的新工业化国家（Kaplan, 2025）。在中国，IBD病例数从约2.9万增至超过5.1万，过去二十年间增长率达75.4%（Wang et al., 2023）。由于IBD的病因涉及宿主遗传、先天免疫、环境因素和肠道微生物之间的多因素相互作用，目前几乎不可能完全治愈，且若管理不当，疾病容易发展为结肠癌（Ko & Auyeung, 2014）。目前，水杨酸偶氮磺胺吡啶、泼尼松和英夫利西单抗等抗炎和免疫调节药物可用于IBD治疗（Rubin et al., 2025）。尽管它们可以通过调节免疫反应和减少促炎因子来缓解IBD症状，但这些药物临床上被报道有严重的副作用，包括心力衰竭、过敏性休克、肝毒性和血液系统紊乱（Cleynen et al., 2016）。此外，长期给药往往因继发无应答而受限，使大量患者面临临床复发和治疗失败的风险（Cai et al., 2021）。这些局限性强调了开发IBD管理新方法的必要性，而非依赖广谱、非特异性的免疫抑制治疗。

肠道微生物是宿主生理和免疫功能的关键调节因子，参与营养代谢、上皮屏障完整性和黏膜免疫稳态维持（Rooks & Garrett, 2016; Lynch & Pedersen, 2016）。相反，微生物失调——其特征为有益共生菌的丧失和机会性病原体的扩增——与IBD的发生和发展密切相关（Iliev et al., 2025; Zheng et al., 2020）。在有益菌中，乳杆菌、双歧杆菌和阿克曼菌已被证明对肠道炎症具有保护作用。乳杆菌可以增强上皮屏障功能、产生抗菌化合物，并通过抑制NF-κB和诱导Treg调节免疫反应（Li et al., 2023）。双歧杆菌通过产生短链脂肪酸和调节免疫细胞功能来促进肠道稳态（Yao et al., 2021）。类似地，黏液相关共生菌嗜黏蛋白阿克曼菌在IBD中常明显减少，它可以通过促进黏液更新、杯状细胞分化和免疫调节代谢物产生来减轻结肠炎（Zheng et al., 2022; Qu et al., 2021）。这些发现提示，选择性富集有益肠道细菌可能是恢复肠道稳态和减轻IBD慢性炎症的有前景策略。

微小RNA（miRNAs）是一类非编码小RNA（长度19-24 nt），能够通过与靶mRNA序列特异性结合，在转录后水平调节基因表达。Zhang等人2012年的开创性研究表明，口服给予富含于水稻中的植物miRNA——miR168a，可通过与低密度脂蛋白受体结合蛋白1（LDLRAP1）的mRNA结合来调节小鼠脂质代谢（Zhang et al., 2012），提示了饮食miRNA在哺乳动物体内的调节潜力。然而，也有质疑跨物种效应的阴性研究报道。一些研究未能检测到外源性miRNA在哺乳动物循环中的存在，另一些则显示调节效应不显著，认为饮食miRNA的调节效应可能与特定实验条件有关，而非一种普遍的生物学现象（Dickinson et al., 2013; Snow et al., 2013; Witwer et al., 2013）。尽管争议仍在持续，越来越多的证据表明饮食miRNA，尤其是来自植物食品的miRNA，可以在哺乳动物和微生物中发挥生物学效应（Del Pozo-Acebo et al., 2021; Zhu et al., 2021）。由Wang等领导的团队发现，另一种富含于西兰花中的植物特异性miRNA——miR159，可以显著降低定期食用该蔬菜的人群的乳腺癌发病率（Chin et al., 2016）。Liu等人2016年报道，肠上皮细胞（IECs）分泌的宿主miRNAs能够通过改变细菌基因表达来塑造小鼠肠道微生物群的组成（Liu et al., 2016）。最近，我们实验室连续发表的两项研究发现，植物miRNAs可通过口服给予重塑小鼠肠道微生物，为外源性miRNAs与肠道微生物之间的对话提供了新证据（Xu et al., 2023; Xu, Wang, et al., 2024）。这些发现提出了一个有趣的可能性，即日常饮食中的植物miRNAs可作为生物活性化合物，通过塑造肠道微生物来产生营养或治疗益处。

食物来源的miRNAs要在宿主中发挥生物学功能，一个先决条件是它们能够抵抗食物消化，因为口腔和胃肠道对摄入的miRNA构成了巨大的生理屏障（Xu, Wang, et al., 2024）。裸露的miRNAs——除非像cal-miR2911那样具有内在稳定性——极易被唾液、胃、胰腺和肠道核糖核酸酶降解，因此口服后的生物利用度极低（Luo et al., 2020）。尽管利用脂质纳米颗粒、细胞外囊泡、聚合物载体和病毒载体进行RNA递送已取得显著进展，但这些工程化或纯化的纳米载体主要是针对注射给药和哺乳动物细胞递送优化的，而非口服递送和RNA在肠腔内的保存。它们在口服递送中的应用可能受到胃肠道稳定性有限、黏液渗透性不足、重复给药后的潜在细胞毒性或安全性顾虑，以及需要额外制剂、封装或纯化步骤的限制。此外，与RNA装载效率、制造复杂性、批次一致性以及大规模可放大性相关的问题可能进一步限制其作为饮食递送系统的应用（Hou et al., 2021; Roberts et al., 2020）。重要的是，大多数现有递送平台旨在促进哺乳动物细胞的胞内摄取，而饮食中的植物miRNAs可能在肠道环境中发挥生物学效应，在那里它们可以与肠道微生物相互作用。相比之下，基于食物基质的策略旨在利用天然食物成分和结构的固有保护特性，从而避免额外的载体装载步骤，同时提供生理相关的饮食递送环境。因此，迫切需要一种安全、食品兼容且口服有效的递送策略来保护植物miRNAs在胃肠道转运过程中的完整性。

在本研究中，我们研究了保守的植物miRNA——csi-miR482a-3p（miR482a）作为一种生物活性大分子来干预IBD的进展。为克服胃肠道降解的挑战，我们创新性地开发了一种基于食物基质的miRNA制剂（FP-miR482a），利用常见食品成分保护miRNA免受降解。通过体外消化实验、硫酸葡聚糖（DSS）诱导的结肠炎小鼠模型、伪无菌小鼠模型，以及计算机模拟靶点预测结合基因表达分析，我们系统地研究了FP-miR482a的稳定性、安全性、菌群调节活性和抗结肠炎能力。我们的结果表明，食物基质封装显著提高了miR482a在消化各阶段的稳定性，使完整miR482a序列能够以一定量存活于小鼠肠道中。该miRNA选择性富集肠道微生物，恢复肠道屏障功能，并通过依赖微生物群的机制保护小鼠免受DSS诱导的结肠炎。这些结果确立了食物基质保护的植物miRNAs作为靶向微生物的营养疗法平台的潜力，并为miRNA介导的饮食植物与肠道微生物之间的通讯提供了新的机制见解。

片段节选

材料与试剂

miR482a寡聚体由金斯瑞生物科技（南京，中国）在无菌条件下合成（表1），经ESI-MS测定纯度>99.9%。用于RT-qPCR定量的DNA寡聚体购自 Sangon Biotech Co. Ltd.（上海，中国）。人源RNase抑制剂购自New England Biolabs（Ipswich，美国）。分子量36 kDa至50 kDa、纯度>99%的硫酸葡聚糖（DSS）购自MP Biochemicals（Santa Ana，美国）。

食物基质保护增强了miR482a在人唾液中的稳定性

在日常饮食中，植物miRNAs与主要由水、碳水化合物、蛋白质和脂质组成的食物基质共同摄入（Ozturk & McClements, 2016）。先前的研究表明，共存的食物成分可以形成胶束或脂质体来封装miRNA寡聚体，从而提高寡聚体抵抗食物消化的稳定性（Singh et al., 2009）。在此，我们尝试通过构建具有miRNA装载能力的纳米或微米级乳状液液滴来保护miR482a。The

讨论

几十年来，植物来源的miRNAs被提出对哺乳动物具有跨物种生物学活性（Li et al., 2025; Teng et al., 2018; Xu, Li, et al., 2024; T. Xu et al., 2024）。然而，通过食物摄入的相关应用仍然有限，主要原因是它们抵抗胃肠道消化的能力不足以到达潜在靶标（如肠上皮细胞、肠道微生物），并产生可重复的生理效应。在本研究中Conclusion

本研究证明，食物基质封装为植物miRNA在食物消化过程中的保护提供了一种有效策略。递送的miR482a选择性重塑肠道微生物群，恢复肠道屏障完整性，抑制黏膜炎症，并通过依赖微生物群的机制减轻实验性结肠炎。此外，观察到有益肠道细菌对miR482a的摄取以及相关的细菌基因表达变化提供了

CRediT作者贡献声明

王星云：撰写—审阅与编辑，可视化，经费获取，概念化。王建宁：可视化，方法学，调查研究。杨兴斌：监督，资源，经费获取。白科蒙：验证，形式分析。辛一饶：软件，形式分析，数据管理。秦心树：软件，数据管理。徐沁：验证，数据管理。李英：形式分析，数据管理。张毅：撰写—审阅与编辑，资源。司小林：形式分析，

未引用参考文献

Xu et al., 2024; Xu et al., 2024.

伦理声明

本研究按照ARRIVE（动物研究：活体实验报告）指南进行。本研究经陕西师范大学实验室动物照顾和使用委员会批准。（批准编号：gzk2025-081）

伦理声明

所有动物相关实验均经陕西师范大学实验室动物照顾和使用委员会批准（批准编号：gzk2025-081）。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在可能影响本文报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

数据可用性

支持本研究结果的数据可通过合理请求向通讯作者索取。

利益冲突声明

? 作者声明，他们不存在可能影响本文报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

我们感谢国家自然科学基金（C32372340）、陕西省自然科学基础研究计划（S2024-JC-ZD-0271）、西安市科技局学科能力建设计划（23YXYJ0003）、西安市卫健委项目（NO. 2023ms12）和中央高校基本科研业务费专项资金（GK202301007）的资助。

王建宁 | 辛一饶 | 白科蒙 | 秦心树 | 李英 | 徐沁 | 司小林 | 张毅 | 侯伟坤 | 许科 | 杨兴斌 | 王星云

陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安 710062，中国