全谷物膳食中阿魏酰低聚糖调控抗氧化酶表达的分子机制研究

The whole grain diets can help to improve human's health, which is own to the phenolic acids existing in them. Ferulic acid is the richest phytochemicals in the whole grain, which is bound to plant cell wall polysaccharides. The bound ferulic acid can be hydrolyzed by acid or enzymes to feruloyl oligosaccharides, which has been reported to show higher antioxidant activity than the free ferulic acid. However, the data that concerning the effects of feruloyl oligosaccharides on the expression of antioxidant enzymes is limited. The objective of the project is to investigate the effects of feruloyl oligosaccharides prepared from cereal bran on the promotion of antioxidant enzymes expression. The efficiency of elevation of the ARE-regulated antioxidant enzymes activity in cells against oxidative stress by 2,2'-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride (AAPH) by feruloyl oligosaccharides will be studied. The molecular mechanisms of feruloyl oligosaccharides mediating the antioxidant enzymes expression will be explored. The activation mechanism of Nrf2 transcription factor, and the transcriptional regulation mechanism of Nrf2-ARE binding activities will be researched. Furthermore, the downstream genes of Nrf2/ARE pathway by feruloyl oligosaccharides will be studied in this project. The overall plan expects to clarify whether feruloyl oligosaccharides could promote the activity of antioxidant enzymes and what mechanisms they follow. The results of this study will be useful for dietary health.

全谷物膳食消费能够促进人体健康，主要归功于其中的酚酸类等植物化学物质。阿魏酸是谷物中含量最丰富的植物化学物质，以结合态形式与植物细胞壁多糖相连，后者经酸或多糖水解酶处理可以释放阿魏酰低聚糖。与游离阿魏酸相比，阿魏酰低聚糖具有更强的抗氧化活性，是一种潜在的营养素，但目前尚缺乏其提升抗氧化酶表达的直接证据。本课题以自行酶解谷物麸皮不溶性膳食纤维制备的阿魏酰低聚糖为对象，从细胞、组织和整体水平上研究其抵抗自由基引发剂2, 2'-偶氮二(2-脒基丙烷)二盐酸盐 (AAPH)诱导氧化损伤的能力，以及调控抗氧化酶表达的效力，进一步研究其活化Nrf2的机制、增加Nrf2与抗氧化转录元件(ARE)结合的转录调控机制以及提升抗氧化酶基因表达的信号路径，深刻阐明阿魏酰低聚糖通过Nrf2/ARE信号通路调控抗氧化酶表达的分子机制，为全谷物膳食消费促进人体健康提供理论依据。

全谷物膳食消费能够促进人体健康，主要归功于其中的酚酸类等植物化学物质。阿魏酸是谷物中含量最丰富的植物化学物质，以结合态形式与植物细胞壁多糖相连，后者经酸或多糖水解酶处理可以释放阿魏酰低聚糖(FOs)。本项目通过内切木聚糖酶酶解小麦麸皮不溶性膳食纤维可制得FOs，采用纸层析、紫外光谱和高效液相色谱法和红外光谱法对FOs进行定性分析。在体外抗氧化作用研究中FOs显示出较好的抗氧化活力。FOs对细胞抗氧化系统的影响研究表明，FOs可以显著增加细胞内SOD、CAT、GPx的酶活力，提高谷胱甘肽的含量，且呈浓度依赖性。二相酶及Nrf2的mRNA表达呈浓度依赖性增强，但是Keap1的基因表达呈显著性降低。FOs可以增加细胞内SOD、CAT、GPx和Nrf2的蛋白表达，且呈浓度依赖性。FOs对AAPH氧化损伤的HepG2细胞的保护作用研究结果显示，FOs可以显著提高细胞存活率，降低活性氧水平，且呈浓度依赖性，上调SOD、CAT、GPx酶活，基因和蛋白表达水平均显著提高，促进Nrf2的蛋白表达。体内活性研究结果显示FOs能够降低血清中丙二醛、血清总胆红素、血清铁含量，增加肝脏、心脏和肾脏组织中过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活力，增加还原型谷胱甘肽含量，降低氧化型谷胱甘肽含量。CAT、SOD和GPx的mRNA基因相对表达量和蛋白表达量显著增加。在FOs抗氧化作用机制研究结果中，FOs能够显著增加NF-E2相关因子2（Nrf2）、胞质接头蛋白（Keap1）、P38促分裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）、磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）、蛋白激酶C（PKC）和Maf蛋白K（MafK）基因相对表达量和蛋白相对表达量。FOs具有较好的体内抗氧化性，并能激活p38MAPK/PI3K-Nrf2/Keap1-MafK抗氧化信号通路，在磷酸激酶p38MAPK、PI3K等作用后使Nrf2和Keap1发生解离，促使Nrf2核转录因子转移进入细胞核，在细胞核中Nrf2与MafK蛋白形成异二聚体之后再与抗氧化反应元件ARE结合，最终介导下游的抗氧化酶的表达。研究结果阐明了阿魏酰低聚糖通过Nrf2/ARE信号通路调控抗氧化酶表达的分子机制，为全谷物膳食消费促进人体健康提供理论依据。