微天平助力磷脂酰胆碱增强肠道黏液屏障功能的作用机制研究
杨晓泉教授团队Langmuir封面论文｜磷脂酰胆碱增强肠道黏液屏障功能的作用机制
2024年8月，华南理工大学杨晓泉教授课题组在国际期刊Langmuir发表题为“Phosphatidylcholine Surface Hydration-Dependent Adsorption to Mucin Enhances Intestinal Mucus Barrier Function”的研究性论文，并被选为该期的封面论文，这是杨晓泉教授课题组关于Food-Mucus相互作用相关研究的第4篇封面论文。该研究获得广东省重点研发计划（2019B020213001）和广东省特支计划（2019BT02N112）资助。
兼性的磷脂酰胆碱（PC）对于维持肠道黏液屏障功能稳态至关重要，然而其背后的机制仍不清晰。本研究探究了饱和的1,2-二棕榈酰-sn-甘油-3-磷酰胆碱（DPPC，16:0）和不饱和的1,2-二油酰-sn-甘油-3磷酰胆碱（DOPC，18:1）在肠道黏蛋白层表面的动态界面吸附行为及它们对肠道黏液屏障功能的影响。耗散型石英晶体微天平（QCM-D）结果表明，表面高度水合的DPPC囊泡相比表面轻微水合的DOPC囊泡展现出更快、更多的肠道黏蛋白层吸附。利用分泌黏液的肠道Caco-2/HT29-MTX共培养模型，观察到DPPC囊泡比DOPC囊泡更多地吸附到肠道黏液层上。此外，DPPC囊泡吸附到黏液层表现出更强的界面润湿性，而DOPC囊泡则相反。有趣的是，DPPC囊泡和DOPC囊泡对胃蛋白酶-胰蛋白酶消化的小麦醇溶蛋白（PTG）诱导的细胞损伤和炎症因子有着出几乎相同的抑制作用。部分的机制可能涉及分布在黏液中的DPPC囊泡和DOPC囊泡充当外泌体的角色对PTG进行捕获，从而限制了PTG与黏液覆盖的上皮细胞直接接触。这些发现揭示了兼性的PC在黏蛋白层表面吸附过程中的复杂界面动力学，并阐明了PC在维持肠道黏液屏障稳态方面的作用机制。
研究亮点
研究结论
图文赏析
图1 DPPC和DOPC囊泡的形貌及QCM-D测定其界面特性
图2 利用QCM-D评价DPPC和DOPC囊泡与黏蛋白的界面相互作用
图3 利用分泌黏液的细胞模型评价DPPC和DOPC囊泡与黏蛋白的界面相互作用
图4 DPPC和DOPC囊泡吸附对肠道黏液屏障特性的增强作用
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.4c01666
通讯作者简介：
杨晓泉，二级教授、博士生导师、国务院政府特殊津贴专家。自1995年8月起在华南理工大学食品科学与工程学院工作至今，任食品营养与健康研究所主任，主要研究方向为植物蛋白和食品胶体科学，聚焦于植物蛋白的功能性修饰及其健康效应、植物蛋白基食品胶体构建等领域。主持和承担了多项国家自然科学基金、科技部863计划及广东省科技计划等国家级/省部级科研项目；于2011年和2015年两次荣获国家科技进步二等奖，2019年入选“泰山产业领军人才”。学术兼职主要包括中国粮油学会食品分会常务理事，中国食品科技学会功能食品分会及大豆食品分会常务理事，广东省营养学会常务理事，《中国粮油学报》编委，以及ACS Appl. Mater. Interfaces, J. Agric. Food Chem., Food Hydrocolloids, JAOCS等国际期刊的审稿人。在相关研究领域发表SCI收录论文310余篇、参编“Fat Mimetics For Food Applications”等英文专著3部，并连续入选2020~2023年度爱思唯尔（Elsevier）“中国高被引学者”，2022、2023年度科睿唯安（Clarivate）全球“高被引科学家”。
作者简介：
冯广鑫，2016年毕业于吉林大学，获工学学士学位，2019年毕业于中国海洋大学，获工学硕士学位，2023年毕业于华南理工大学，获工学博士学位，并于2023年7月起开始在中国海洋大学食品科学与工程学院博士后科研流动站从事专职科研工作。主要研究方向为植物蛋白的口感调控与健康效应机制解析，聚焦于植物蛋白与黏液层、细胞膜及细菌外膜等生物界面的相互作用。在Langmuir, Journal of Agricultural and Food Chemistry, Food Hydrocolloids, Food & Function, Bioresource Technology等知名刊物上发表SCI论文20余篇，授权国家发明专利3项。主持国家自然科学基金青年项目、山东省博士后创新人才支持计划项目、青岛市博士后资助项目，获得国家资助博士后研究人员计划C档资助。
2024年8月，华南理工大学杨晓泉教授课题组在国际期刊Langmuir发表题为“Phosphatidylcholine Surface Hydration-Dependent Adsorption to Mucin Enhances Intestinal Mucus Barrier Function”的研究性论文，并被选为该期的封面论文，这是杨晓泉教授课题组关于Food-Mucus相互作用相关研究的第4篇封面论文。该研究获得广东省重点研发计划（2019B020213001）和广东省特支计划（2019BT02N112）资助。
兼性的磷脂酰胆碱（PC）对于维持肠道黏液屏障功能稳态至关重要，然而其背后的机制仍不清晰。本研究探究了饱和的1,2-二棕榈酰-sn-甘油-3-磷酰胆碱（DPPC，16:0）和不饱和的1,2-二油酰-sn-甘油-3磷酰胆碱（DOPC，18:1）在肠道黏蛋白层表面的动态界面吸附行为及它们对肠道黏液屏障功能的影响。耗散型石英晶体微天平（QCM-D）结果表明，表面高度水合的DPPC囊泡相比表面轻微水合的DOPC囊泡展现出更快、更多的肠道黏蛋白层吸附。利用分泌黏液的肠道Caco-2/HT29-MTX共培养模型，观察到DPPC囊泡比DOPC囊泡更多地吸附到肠道黏液层上。此外，DPPC囊泡吸附到黏液层表现出更强的界面润湿性，而DOPC囊泡则相反。有趣的是，DPPC囊泡和DOPC囊泡对胃蛋白酶-胰蛋白酶消化的小麦醇溶蛋白（PTG）诱导的细胞损伤和炎症因子有着出几乎相同的抑制作用。部分的机制可能涉及分布在黏液中的DPPC囊泡和DOPC囊泡充当外泌体的角色对PTG进行捕获，从而限制了PTG与黏液覆盖的上皮细胞直接接触。这些发现揭示了兼性的PC在黏蛋白层表面吸附过程中的复杂界面动力学，并阐明了PC在维持肠道黏液屏障稳态方面的作用机制。
研究亮点
- 研究了饱和度差异的磷脂酰胆碱囊泡的机械特性和表面水合作用强度，发现DPPC囊泡比DOPC囊泡有更强的硬度和表面水合作用。
- 研究了DPPC囊泡和DOPC囊泡在体外构建的肠道黏蛋白层表面的动态界面吸附行为，发现DPPC囊泡能更快更多的吸附到黏蛋白层。
- 研究了DPPC囊泡和DOPC囊泡与细胞表面的黏液层的界面相互作用及对表面润湿性的影响，发现DPPC囊泡和DOPC囊泡均能穿透黏液层且吸附在黏液层中，而且DPPC囊泡增加了细胞表面的润湿性，而DPPC囊泡则相反。
- 研究了DPPC囊泡和DOPC囊泡对未消化的小麦醇溶蛋白颗粒（PTG）诱导上皮损伤的改善效果，发现两者能阻止PTG诱导的上皮损伤和炎症反应。
研究结论
- DPPC囊泡比DOPC囊泡的机械特性和表面水合作用更强。
- DPPC囊泡比DOPC囊泡的黏蛋白层的表面吸附作用更强。
- DPPC囊泡和DOPC囊泡均能增加肠道黏液屏障特性。
图文赏析
图1 DPPC和DOPC囊泡的形貌及QCM-D测定其界面特性
图2 利用QCM-D评价DPPC和DOPC囊泡与黏蛋白的界面相互作用
图3 利用分泌黏液的细胞模型评价DPPC和DOPC囊泡与黏蛋白的界面相互作用
图4 DPPC和DOPC囊泡吸附对肠道黏液屏障特性的增强作用
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.4c01666
通讯作者简介：
杨晓泉，二级教授、博士生导师、国务院政府特殊津贴专家。自1995年8月起在华南理工大学食品科学与工程学院工作至今，任食品营养与健康研究所主任，主要研究方向为植物蛋白和食品胶体科学，聚焦于植物蛋白的功能性修饰及其健康效应、植物蛋白基食品胶体构建等领域。主持和承担了多项国家自然科学基金、科技部863计划及广东省科技计划等国家级/省部级科研项目；于2011年和2015年两次荣获国家科技进步二等奖，2019年入选“泰山产业领军人才”。学术兼职主要包括中国粮油学会食品分会常务理事，中国食品科技学会功能食品分会及大豆食品分会常务理事，广东省营养学会常务理事，《中国粮油学报》编委，以及ACS Appl. Mater. Interfaces, J. Agric. Food Chem., Food Hydrocolloids, JAOCS等国际期刊的审稿人。在相关研究领域发表SCI收录论文310余篇、参编“Fat Mimetics For Food Applications”等英文专著3部，并连续入选2020~2023年度爱思唯尔（Elsevier）“中国高被引学者”，2022、2023年度科睿唯安（Clarivate）全球“高被引科学家”。
作者简介：
冯广鑫，2016年毕业于吉林大学，获工学学士学位，2019年毕业于中国海洋大学，获工学硕士学位，2023年毕业于华南理工大学，获工学博士学位，并于2023年7月起开始在中国海洋大学食品科学与工程学院博士后科研流动站从事专职科研工作。主要研究方向为植物蛋白的口感调控与健康效应机制解析，聚焦于植物蛋白与黏液层、细胞膜及细菌外膜等生物界面的相互作用。在Langmuir, Journal of Agricultural and Food Chemistry, Food Hydrocolloids, Food & Function, Bioresource Technology等知名刊物上发表SCI论文20余篇，授权国家发明专利3项。主持国家自然科学基金青年项目、山东省博士后创新人才支持计划项目、青岛市博士后资助项目，获得国家资助博士后研究人员计划C档资助。
