鳀鱼“肉因子”机制之纳米铁氧化物在胃肠道的形成和生物可利用性研究

The exact mechanism of the meat factor, which is responsible for the enhancing effect of muscle tissue on human nonheme iron absorption, is still not well understood at present. As a large and cheap source of muscle tissue, anchovy is an attractive resource to produce iron supplements or fortificants. We previously found that peptides in the anchovy muscle protein hydrolysate could keep an extraordinary amount of ferric iron soluble at pH>3.0 due to peptide-mediated formation of ferric oxyhydroxide nanoparticles (FeONPs), so we speculate that formation of FeONPs during gastrointestinal digestion of muscle tissue might explain the mechanism of the meat factor. This program plans to verify our speculation that FeONPs are the major form of soluble nonheme iron formed in the gastrointestinal digestion of a semisynthetic diet containing anchovy meat. We will also investigate how major constitutes of anchovy meat, such as protein, carbohydrate and lipid, take part in the formation of FeONPs in the gastrointestinal tract. Cellular uptake and in vitro bioavailability of FeONPs will be studied in the Caco-2 cell monolayer. Iron-deficient anemic rats will be used to investigate the in vivo bioavailability of FeONPs.

畜禽鱼等肌肉组织可以促进人体对非血红素铁的吸收，其中的功能因子被称为"肉因子"。鳀鱼是一种生物量巨大的、经济性较高的肌肉资源，对其"肉因子"机制的研究有利于解决铁缺乏这一全球性公共营养卫生问题。本课题组的前期研究发现，鳀鱼肌肉蛋白酶解产物与三价铁在pH>3.0时形成了粒径20-40 nm的肽-铁氧化物微粒，由此我们推测，纳米铁氧化物可能是鳀鱼"肉因子"与非血红素铁在胃肠道中形成的可溶性复合物的主要形态。本项目拟通过动物模型得到鳀鱼"肉因子"与非血红素铁在胃肠道中结合后形成的可溶性复合物，分析纳米铁氧化物是否为该复合物的主要化学形态。在此基础上，提取鳀鱼肌肉组织中的各主要组分（肌浆蛋白、肌纤维蛋白、肌基质蛋白、磷脂和多糖），研究鳀鱼"肉因子"介导纳米铁氧化物形成的机制，利用Caco-2细胞单层模型和缺铁性贫血大鼠模型，阐明鳀鱼"肉因子"介导形成的纳米铁氧化物的生物利用率和生物利用途径。

项目背景/主要研究内容:为更好地阐明“肉因子”的化学本质，揭示其促进非血红素铁吸收方式、效果和可能机理，本项目对鳀鱼肉各主要组分（包括蛋白质、脂质、糖原、粘多糖等）进行了提取分离和体外模拟消化，测定了各组分消化产物的非血红素铁负载能力；在缺铁性贫血大鼠模型中，考察了鳀鱼肉各组分对非血红素铁生物可利用性的影响，分析了肠道内容物中可溶性铁的含量和化学形态，并对各组分消化产物介导形成的铁氢氧化物纳米复合微粒（FeONPs）进行了表征；采用了单层分化人结肠腺癌细胞（Caco-2）模型，探究了各组分消化产物介导形成的FeONPs在肠道上皮细胞中的铁吸收机制。另外，本项目同时还考察了一些其它常见食物组分对非血红素铁生物利用率和肠道化学形态的影响，从侧面印证“肉因子”的作用方式和机制。.主要结论及科学意义：蛋白质和脂质是鳀鱼肉的主要组成部分，分别约占干重的71%和21%；鳀鱼蛋白的三价铁负载能力为20.16 mg/g，主要活性成分是其消化产物中的酸性多肽，特别是来源于肌浆蛋白的多肽的负载能力可达67.52mg/g；鳀鱼脂的三价铁负载能力为33.60mg/g,其中的主要活性成分是磷脂和溶血磷脂，二者的铁负载能力分别为58.6 mg/g和104.53 mg/g；碳水化合物约占鳀鱼肉的1%，其中的糖原不利于三价铁的负载，但粘多糖具有非常高的三价铁负载能力（541.33mg/g）；在缺铁性贫血大鼠中,相比于卵清蛋白，鳀鱼蛋白能够显著促进非血红素铁的吸收；相比于大豆油（甘油三酯），鳀鱼脂能够显著促进非血红素铁的吸收，PC促进铁吸收的效果还要显著高于鳀鱼脂；相比于淀粉，硫酸软骨素能够显著促进非血红素铁的吸收；各组分促铁吸收与纳米铁在大鼠近端小肠内的形成有关。在体外肠道上皮细胞模型中,多肽和磷脂介导形成的FeONPs以内吞和还原解离两种途径被吸收，而溶血磷脂和粘多糖介导形成的FeONPs以还原解离途径为主被吸收。本项目不仅丰富和完善了“肉因子”理论，而且为开发以磷脂、肌浆蛋白和粘多糖等粮油和水产加工副产物为原料的新型纳米铁营养强化剂打下了良好的理论和技术基础。