乳铁蛋白 - 骨桥蛋白复合物的肠道类器官生物利用度及肠道菌群调节研究

乳铁蛋白(LF)和骨桥蛋白(OPN)是牛奶中关键的生物活性蛋白，具有免疫调节、肠道发育及全身健康益处。两者可形成可溶性复合物(SC)和复合凝聚物(CC)，可能增强结构稳定性和生物利用度，在婴儿配方奶粉和治疗干预中具有潜在应用价值。然而，这些复合物在肠道中的吸收动态、生物利用度，以及对肠道菌群的调节机制尚未明确。现有研究多关注单一蛋白的功能，对复合物在生理相关模型中的作用(如肠道上皮吸收和菌群互作)了解有限。本研究通过 apical-out 肠道类器官模型和离体结肠发酵模型，探究 LF-OPN 复合物的生物利用度及对肠道菌群的调节作用，为优化婴儿营养配方提供依据。

来自瑞士雀巢研究中心的团队在《Communications Biology》(2025 年 7 月，Vol. 8)发表了题为Lactoferrin-osteopontin complexes: insights into intestinal organoid bioavailability and gut microbiota modulation的研究。

核心内容如下：

研究方法：

类器官模型：构建高通量 3D apical-out 人肠道类器官平台(模拟肠道上皮吸收方向)，评估 LF、OPN 及其复合物(SC、CC)的细胞摄取、生物利用度及对类器官活力的影响;

复合物表征：通过 zeta 电位分析 pH 对复合物形成的影响，扫描电镜观察 SC(片状结构)和 CC(多孔结构)的形态差异;

离体发酵模型：利用婴儿粪便菌群的 SIFR® 生物反应器，分析复合物对菌群代谢(短链脂肪酸 SCFAs)和组成的影响。

关键结果：

生物利用度：SC 和 CC 均能被类器官摄取，且不影响细胞活力;CC 在 24 小时时的 LF 摄取量略高于 SC，可能与其多孔结构增强上皮相互作用有关;

菌群调节：复合物显著促进 SCFAs 生成，尤其是丁酸盐(维持肠道健康的关键代谢物);显著改变菌群组成，富集有益菌如脆弱拟杆菌、多雷拟杆菌、副拟杆菌及共生梭菌;

复合物特性：pH 5-5.8 时 SC 向 CC 转化，CC 的结构稳定性可能延迟消化，提高肠道到达率。

实验结果

图 1：高通量 3D 肠道类器官平台的建立与复合物表征

该图展示类器官模型构建及 LF-OPN 复合物的理化特性。(A)示意图显示类器官培养平台：通过调节基底膜提取物(BME)浓度获得 apical-out(0-0.5% BME)和 basolateral-out(1.5% BME)类器官，apical-out 因暴露顶端膜更适合吸收研究;(B-C)zeta 电位分析显示，LF 在酸性 pH 带正电，OPN 整体带负电，两者电荷差异为复合物形成提供基础;(D)pH 5-5.8 时复合物从 SC 转为 CC，证实 pH 对聚合状态的调控;(E-G)形态学显示 SC 为片状、CC 为多孔结构，可能影响与肠道细胞的相互作用;(H-K)类器官表征证实 apical-out 和 basolateral-out 的极性差异，apical-out 具有功能屏障特性，适合评估生物利用度。

图 2：LF、OPN 及其复合物对类器官活力和摄取的影响

该图评估复合物的安全性和细胞吸收动态。(A)荧光染色显示，经 LF、OPN、SC、CC 处理的类器官(无论是否消化)均保持高活力(Calcein-AM 阳性)，与未处理组接近，阳性对照(Triton X)则出现大量死亡细胞;(B)定量分析证实各组活力无显著差异，验证复合物的生物相容性;(C)蛋白质组学 workflow 显示类器官对复合物的摄取和鉴定过程;(D-E)肽段光谱计数表明，LF 和 OPN 的摄取随时间增加(24 小时达高峰)，CC 的 LF 摄取量略高于 SC，而 OPN 在复合物中的摄取因比例(4:1)较低而检测值较低，提示 CC 可能通过结构优势促进吸收。

图 3：复合物对婴儿肠道菌群代谢和组成的影响

该图展示离体发酵模型的菌群调节效应。(A)实验流程：婴儿粪便菌群与复合物在 SIFR® 生物反应器中共培养 24 小时，分析代谢物和菌群组成;(B-E)理化参数显示，复合物处理组的 pH 下降、气体和 SCFAs 总量增加，BCFAs 水平变化显著;(F-H)SCFAs 分析证实，CC 和 SC 显著提高乙酸、丙酸和丁酸盐水平，丁酸盐增幅与有益菌增殖相关;(I-K)菌群分析显示，复合物促进细菌增殖，显著富集拟杆菌科、毛螺菌科等，PCA 证实处理组菌群结构与对照组分离;(L)热图显示脆弱拟杆菌、多雷拟杆菌等有益菌丰度上调，提示复合物的益生元样作用。

全文总结

本研究通过 apical-out 肠道类器官和离体发酵模型，揭示 LF-OPN 复合物的生物利用度和菌群调节机制：复合物(尤其是 CC)能被肠道上皮高效摄取且无毒性，其多孔结构可能增强吸收;在菌群层面，复合物显著促进 SCFAs(尤其是丁酸盐)生成，富集脆弱拟杆菌等有益菌，通过代谢和菌群结构双重调控维持肠道健康。研究证实 LF-OPN 复合物在婴儿营养中的潜力，可通过优化配方提升生物活性和菌群调节功能。局限性包括缺乏体内验证和长期效应评估，未来需结合动物模型探索其在免疫发育和肠道成熟中的作用。