基于Caco-2细胞模型的类胡萝卜素顺式异构体的跨膜运输机制研究

Carotenoids are widely-found natural pigments with various physiological activities. Certain cis- (Z-) carotenoids are selectively absorbed in human body and exhibit higher antioxidant activity than their all-E-isomers. Except for simple passive diffusion process, certain lipid transporters of the epithelial layer have been reported to facilitate the transport of some all-E-carotenoids. However, the facilitated diffusion mechanism of Z-carotenoid is yet to be studied. In this project, the digestive stability and transmembrane transport mechanism of carotenoid geometric isomers will be systematically investigated to clarify the phases where the Z-carotenoids are formed after the oral administration of meals rich in all-E-carotenoids and explain the selective absorption of Z-carotenoids. Two vehicles including solvent and emulsion are coupled with in vitro digestion model and partition factors diffusion model to study the digestive stability and bioaccessibility of carotenoid geometric isomers and decide the potential phases where the Z-carotenoids are formed. Besides, the Caco-2 cellular transport data of digesta will be combined with molecular docking results to further illuminate the potential facilitated transport mechanism of Z-carotenoids. This project will provide the theoretical basis for the study of improving the bioavailability of carotenoids and other lipophilic phytochemicals, and will also promote the industrial production of lycopene with high bioavailability.

类胡萝卜素是自然界中广泛存在的天然色素，在人体内发挥重要的生理功能。部分顺式类胡萝卜素的抗氧化活性优于全反式构型，并可被人体选择性吸收。除通过简单被动扩散方式，全反式类胡萝卜素还可通过脂质转运蛋白协助扩散方式进入肠上皮细胞。然而顺式类胡萝卜素跨膜运输机制尚不明确。本项目将研究类胡萝卜素异构体的消化稳定性和跨膜运输机制，明确顺式类胡萝卜素在体内的形成阶段及选择性吸收原因。通过溶剂载体和乳液体系搭配体外模拟消化模型和分配系数扩散模型，系统研究类胡萝卜素几何异构体在消化过程中的结构稳定性和生物可给率，明确顺式类胡萝卜素在体内的形成阶段；采用体外模拟消化液进行肠上皮细胞吸收实验，结合分子模拟对接技术，阐明顺式类胡萝卜素跨膜运输机制。本项目的开展，将为提高类胡萝卜素等脂溶性植物化合物的生物利用率提供理论依据，推动高生物利用率类胡萝卜素的产业化发展，具有重要的理论和实践意义。

类胡萝卜素是自然界中广泛存在的天然色素，在人体内发挥重要的生理功能。部分顺式类胡萝卜素的抗氧化活性优于全反式构型，并可被人体选择性吸收。除通过简单被动扩散方式，全反式类胡萝卜素还可通过脂质转运蛋白协助扩散方式进入肠上皮细胞，然而顺式类胡萝卜素跨膜运输机制尚不明确。针对上述问题，开展本项目的主要内容及重要结果有：. 首先，以番茄红素、叶黄素为主要研究对象，研究含硫化物催化异构化的作用。结果表明，二甲基三硫（DMTS）能够催化全反式番茄红素、叶黄素和叶黄素酯的顺式异构化。DMTS催化叶黄素酯生产顺式叶黄素酯得率可达30%，高于顺式叶黄素的得率（17%）。其次，研究发现顺式番茄红素和β-胡萝卜素的热稳定性低于全反式番茄红素和β-胡萝卜素。而多氢番茄红素（含顺式）在食物介质中的热稳定性普遍高于番茄红素和β-胡萝卜素的多种异构体。另外，通过细胞氧化应激模型试验发现，顺式叶黄素，尤其是9顺-叶黄素，比全反式叶黄素具有更好的抗氧化作用。顺式叶黄素可能在预防氧化应激诱发的肠道问题方面发挥更重要的作用。最后，结合肠上皮细胞模型和分子模拟对接模型研究发现，SR-BI能够促进肠上皮细胞对全反式虾青素和13顺-虾青素的吸收。经计算原子接触能（ACE），发现13-顺虾青素和SR-BI之间的相互作用（ACE: −420.31）显著高于其他两种异构体。由此，揭示了13顺-虾青素在体内高生物利用率的原因。同时，项目发现除简单的被动扩散机制外，SR-BI转运蛋白也参与顺式虾青素的跨膜运输，探明了不同虾青素异构体的跨膜运输机制。. 本项目的开展不仅在类胡萝卜素等脂溶性植物化合物的生物利用率提高方面有重要的学术价值，而且对高生物利用率类胡萝卜素的实际开发有显著的指导意义。