文獻簡介

益生元發酵產物對腸道屏障及免疫功能的影響

The effects of fermentation products of prebioticfibres on gut barrier and immune functions in vitro

期刊名稱：PEERJ時間：2018     影響因子：2.353

01 背景 

人類飲食中最常用的益生元是低聚果糖、低聚半乳糖（GOS）、乳果糖和菊粉。其他可能調節腸道微生物群的不易消化的復合碳水化合物包括抗性淀粉、纖維素、木聚糖、甘露聚糖、木聚糖、β-葡聚糖和果膠。最近對這種益生元對腸道微生物群調節的影響進行了綜述。雖然有幾項研究已經證實益生菌有能力通過增強構成緊密連接的蛋白質的生產來逆轉腸道滲漏，但益生元對腸道上皮屏障的影響尚未進行詳細研究。短鏈脂肪酸（Short-chain fatty acid，SCFAs）是腸道菌群發酵益生元的主要產物，在體內外對上皮屏障的完整性都有良好的影響，已有研究認為這些SCFAs對腸屏障功能有保護作用。因此，本文旨在進一步闡明這些益生元的發酵產物對腸道和免疫健康的有益影響。

02 研究結果 

健康腸道模型中纖維對腸屏障完整性的影響

為了研究燕麥β-葡聚糖28%、燕麥β-葡聚糖94%、菊粉90%、含有75%菊粉的菊苣干根、低聚木糖（XOS）70%和麥芽糊精對上皮屏障功能的影響，在吸收性腸細胞（Caco-2細胞）和分泌粘液杯狀細胞（HT29-MTX-E12細胞）的共培養中測量了TEER（圖2A–2F）。與發酵前收集的上清液（發酵0小時）相比，燕麥β-葡聚糖發酵24小時的上清液處理細胞的TEER顯著增加（P<0.001）。含75%菊粉、90%菊粉、94%燕麥-葡聚糖和麥芽糊精的菊苣干根發酵24h上清液處理較發酵前收集的上清液(0 h發酵)顯著提高TEER。

圖2 .(A-F)纖維素發酵上清對健康腸道模型腸道屏障完整性的影響。數據以TEER值變化百分比±SEM表示，n = 18(6次技術重復，3次生物重復)。*P < 0.05 ，**P< 0.01，***P < 0.001.0h:發酵前收集上清;24小時:各纖維發酵24小時后收集上清。

纖維對腸屏障完整性的影響

圖3。(A-F)百分率改變的積分值±SEM, n = 9(3個技術重復，3個生物學重復)。洗脫前用基底外側應激源處理為100%。(G-L)熒光黃透過率，數據以相對熒光單位±SEM表示。*P < 0.05 ，**P<0.01，***P < 0.001.基底外側應激源:5%乙醇。對照組:無基底外側應激源。0h:發酵前收集上清;24小時:各纖維發酵24小時后收集上清。

纖維對根尖誘導漏腸模型腸屏障完整性的影響

采用鼠李糖脂根尖誘導小鼠腸道滲漏的方法,進一步研究了燕麥β-葡聚糖28%、燕麥β-葡聚糖94%、菊粉90%、XOS 70%、含有75%菊粉的菊苣干根和麥芽糊精對Caco-2和HT29-MTX-E12共培養物緊密結合發育的影響（圖4）。與基底外側應激源處理相似，選擇根尖應激源的濃度，使共培養處理的TEER較未處理組減少約50%。與發酵前（發酵0小時）和頂端應激對照處理的培養物相比，所有被測纖維24小時發酵處理的培養物的TEER值沒有顯著影響（圖4A–4F）。

可以觀察到，與未發酵上清液（發酵0小時）處理的細胞相比，用燕麥β-葡聚糖發酵24小時的上清液和含有75%菊粉的菊苣干根處理的培養物的相對熒光素黃色熒光顯著降低28%（圖4G–4L）。在24小時發酵樣品(24小時發酵)中，90%的菊粉和含75%菊粉的菊苣干根處理后，與對照相比，熒光黃通透性顯著降低（圖4G–4L）。

圖4。纖維發酵上清液對漏腸模型根尖誘導的影響(A-F)。百分比變化值±SEM,n=9(3次技術重復，3次生物重復). TEER沖洗前和根尖應激處理前均設為100%。(G-L)熒光黃通透性，數據用相對熒光單位±SEM表示。*P < 0.05.根尖的壓力源:鼠李糖脂。對照組:無根尖應激源。0h:發酵前收集上清;24小時:各纖維發酵24小時后收集上清。

纖維對HT29-MTXE12細胞分泌粘液的影響

圖5。纖維發酵上清對HT29-MTX細胞黏液生成的影響(A-C).數據以標準Alcian Blue吸光度±SD表示，n= 3(3次技術重復)。*P < 0.05 , ***P< 0.001.控制:發酵培養基。

纖維對免疫生物標志物的影響

供體1和供體2在用測試的纖維上清液發酵24小時后，所有免疫生物標記物的水平都出現了類似的變化。作者用供體1（圖6A–6E）和供體2（圖6F–6J）的糞便樣本觀察到，在燕麥β-葡聚糖發酵24小時的廢水中28%的IFN-g、IL-10、IL-17和IL-2顯著增加，并且與時間點0相比。與其他測試纖維相比，燕麥β-葡聚糖發酵24小時樣品中所有免疫生物標記物的水平都較高，為94%。在燕麥β-葡聚糖發酵24小時樣品中，發現的IFN-γ、IL-10、IL-17、IL-2和IL-9水平94%均顯著高于兩個供體的時間點0。使用來自兩個供體的糞便樣本觀察了發酵24小時的菊粉90%的流出物，發現與時間點0相比，IFN-γ、IL-10、IL-17、IL-2和IL-9水平顯著升高。

IFN-γ、IL-17、IL-2和IL-9在24小時XOS 70%和麥芽糊精發酵樣品中的含量顯著高于供體2的0點。在含75%菊粉的菊苣干根的24小時發酵液樣品中IL-2濃度明顯高于供體2 的0時間點。

03 總結語

本文測試了五種常見膳食纖維（燕麥b-葡聚糖28%；燕麥b-葡聚糖94%；含75%菊粉的菊苣干根；低聚木糖；菊粉90%）和麥芽糊精在體外經人體腸道微生物群發酵后的效果，用Caco-2/HT29-MTX共培養法測定腸道屏障完整性，用HT29-MTX和HT29細胞模型分別測定粘液產生和免疫參數。作者的數據表明，所有纖維、發酵產物都增加了腸道屏障的緊密性，其中燕麥b-葡聚糖的作用最大，達28%。發酵上清液也在受損腸屏障（漏腸）模型中進行了測試。添加乙醇作為基底外側應激源后，只有燕麥β-葡聚糖28%、燕麥β-葡聚糖94%和麥芽糊精的發酵上清液能改善腸屏障的完整性，而添加鼠李糖脂作為頂端應激源后，燕麥β-葡聚糖28%和菊粉75%的菊苣干根顯著改善腸屏障的完整性。作者利用Luminex技術，證明了燕麥b-葡聚糖發酵產物在調節細胞因子和趨化因子產生方面的重要作用。此外，用低聚木糖發酵廢水處理杯狀細胞，可顯著提高粘液產量。總之，作者的數據強調了膳食纖維發酵上清液對腸道相關生理結果的潛在積極影響，并表明益生元可能具有誘導特定腸道健康益處的潛在潛力。

DOI：10.7717/peerj.5288/fig-2

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● 特定的菊粉果聚糖纖維通過調節腸道免疫、屏障功能和菌群穩態來預防自身免疫性糖尿病

● 不可消化的低聚糖直接調節宿主激酶活性從而影響宿主炎癥應答的過程而短期內不會改變腸道菌群結構

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