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國家納米科學中心查瑞濤、南方科技大學蔣興宇 ACS Nano：納米微晶纖維素通過調控腸道屏障治療潰瘍性結腸炎

2023-09-26 來源：高分子科技

潰瘍性結腸炎（UC）是一種反復發作的慢性結腸炎癥。在過去的幾十年里，UC的患病率和發病率急劇上升且呈現年輕化的趨勢。UC會嚴重影響患者的生活質量，增加結直腸癌的發病風險。目前UC的治療方法均存在不同程度的副作用，因此迫切需要開發副作用低且效果好的替代藥物來治療UC。飲食中缺乏膳食纖維會導致腸道通透性增加和黏液層變薄（即腸道機械和化學屏障受損），容易引起UC，這說明基于植物纖維的材料有可能用于預防和治療UC。納米微晶纖維素（NCC）可以調控腸道菌群及代謝，探究其對腸道屏障的調控可能會為UC的治療提供新的方法。

國家納米科學中心查瑞濤和南方科技大學蔣興宇等合作研究了NCC在小鼠潰瘍性結腸炎治療中的應用及治療機制（圖1）。通過結腸疾病活動指數（DAI）的評分、結腸長度、組織病理學觀察、結腸損傷評分和血清中炎癥因子的水平來評估了NCC對UC的治療效果，并通過對腸道緊密連接蛋白、黏液層和腸道菌群的分析探索了NCC對UC的治療機制。

圖1 NCC通過調控腸道屏障治療UC

高劑量NCC（200 mg·kg^-1·d^-1）的干預可以顯著降低UC小鼠的DAI值，提高小鼠體重和結腸長度，并顯著提高小鼠的抗炎反應和降低機體炎癥。NCC可以非常有效地治療小鼠的潰瘍性結腸炎（圖2）。

圖2 NCC可以顯著治療UC并降低炎癥

UC小鼠模型的腸道機械屏障和化學屏障嚴重受損，高劑量NCC的干預可以有效恢復并增強腸道機械屏障和化學屏障（圖3）。

圖3 NCC恢復UC小鼠機械和化學屏障

腸道菌群研究結果表明，UC小鼠腸道菌群與正常小鼠存在顯著差異，總豐度和均勻性顯著下降，高劑量NCC可以顯著調控紊亂的腸道菌群，提高總豐度和均勻性，提高阿克曼氏菌屬、臭氣桿菌屬和其他益生菌的相對豐度，使腸道菌群基本恢復至正常狀態（圖4）。

圖4 NCC恢復UC小鼠腸道菌群紊亂

NCC可以通過提高MUC2的表達以及阿克曼氏菌和臭氣桿菌的相對豐度來治療UC（圖5）。一方面，NCC通過激活MAPK信號通路促進MUC2的分泌來治療UC。MAPK信號通路可以調節MUC2的表達，MUC2與UC的嚴重程度呈負相關，即小鼠MUC2基因的敲除可導致結腸炎，而MUC2的上調可促進UC的治療。另一方面，NCC也可以通過增加腸道阿克曼氏菌和臭氣桿菌的相對豐度來治療UC。阿克曼氏菌可以增加杯狀細胞的數量和黏液層的厚度，同時可以促進MUC2的表達；而臭氣桿菌可以誘導輔助性T細胞17的分化以減輕結腸的炎癥。

圖5 NCC調控MUC2和腸道菌群治療UC的機制示意圖

以上研究工作近期以“Nanocrystalline Cellulose Modulates Dysregulated Intestinal Barriers in Ulcerative Colitis”為題發表在ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.3c04569）。本論文的第一作者為國家納米科學中心和中國地質大學（北京）聯合培養博士王明政，通訊作者為國家納米科學中心查瑞濤和南方科技大學蔣興宇。本工作得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金（32171397、21875050、32071390和22234004）等的支持。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c04569

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（責任編輯：xu）

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