小肠双向营养供给环境与机体稳态调节的关系研究
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小肠在人体中发挥着至关重要的作用,作为“代谢-免疫-微生态菌群”相互作用的核心器官,其稳态维持对于正常生理功能至关重要。小肠独特的双向营养供给环境,即肠腔内吸收的食物营养和来自血液循环的营养代谢物,展示了其在支持机体代谢与免疫防御中的重要性。然而,关于这种双向供给如何影响小肠生理的具体机制,尤其是宿主防御和系统代谢平衡方面的差异性调控,仍需进一步研究。
2024年10月19日,浙江大学医学院的王迪教授团队与多家机构合作,在《Cell》杂志上发表了题为《A two-front nutrient supply environment fuels small intestinal physiology through differential regulation of nutrient absorption and host defense》的研究论文。该研究系统性探讨了小肠双向营养供给环境的特征与动态规律,揭示了不同营养路径对机体防御机制(如黏膜免疫和屏障功能)以及营养吸收(如脂质吸收和整体代谢)的调控作用,并提出了肠内营养失衡可能加重心血管疾病发展的机制。
为明确不同营养供应的调控作用,研究者设计了三种实验组:对照组小鼠自由进食,并静脉注射生理盐水;肠外营养组小鼠则剥夺饲料并接受静脉肠外营养液;禁食组则剥夺饲料并接受生理盐水。结果表明,肠腔内的营养能够显著提高脂质和胆汁酸的代谢物以及相关肠道菌群的丰度,而血供营养则更多地富集碳水化合物和有机酸。在生理功能层面,肠腔营养有助于脂质吸收和维持上皮屏障的完整性,而血供营养则支持DNA合成和免疫调节等重要功能。
研究者进一步分析了小肠内高度组织化的绒毛-隐窝结构单元,探讨了不同营养供给对小肠吸收特征和功能的影响。通过荧光标记和MALDI-MSI技术,发现肠腔供给的营养在小肠内吸收存在空间分布差异和细胞类型偏好性,尤其是脂质在绒毛顶端吸收,而谷氨酰胺则更易被杯状细胞摄取。谷氨酰胺是体内含量最高的游离氨基酸,研究发现其在维持杯状细胞氧化还原平衡中发挥着关键作用。缺失谷氨酰胺会显著抑制杯状细胞的粘液生成,导致肠道免疫屏障的破坏。
研究还关注全肠外营养(TPN)对肠道屏障的影响。TPN是严重肠道功能损伤患者的重要营养支持手段,但会引发一系列并发症,如肠道屏障受损。研究发现,在仅依靠肠外营养供给时,特定真菌及其代谢产物细胞松弛素H的显著增加会导致上皮细胞间紧密连接受损。通过抗真菌药物的处理,研究者成功挽救了因肠外营养导致的肠道屏障损伤,为临床治疗提供了新的思路。
健康饮食对维持正常肠道生理功能及系统代谢稳态至关重要,而不规律的饮食习惯,如不吃早餐,可能显著增加心血管疾病的风险。研究者通过不同时间段的单一肠外营养供给后再口服进食,发现当肠外营养供给16小时后,再次进食的脂质吸收效率显著提高。这一现象与不吃早餐后的空腹时间相似,提示可能与早餐进食窗口期的缺失有关。
为更好地模拟人群中的不吃早餐行为,研究者开发了一套自动化的饲养装置,以精准控制小鼠的饮食窗口期。结果表明,缺失早餐进食窗口的喂养方式会导致肠细胞中脂质吸收基因的表达重编程,从而介导胆固醇的过度吸收,进而加剧动脉粥样硬化的发展,与心脑血管疾病密切相关。
王迪课题组的研究通过多维度的可视化技术,系统性描绘了小肠双向营养供给环境的高分辨图谱,揭示了免疫代谢学在营养吸收、宿主防御和代谢稳态之间的相互关系,为临床上治疗TPN副作用和饮食紊乱引起的肠道免疫屏障受损及代谢紊乱提供了新的思路和潜在的治疗策略。这项研究为理解小肠在维持机体健康中的作用提供了重要的理论基础和实践指导。
2024-11-01
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