《食品科學》：浙江大學趙敏潔副研究員等：月桂酸單甘油酯對生長期大鼠的骨生長促進作用及機制

骨骼是負責運動、支持和保護身體的重要器官，在生命周期中不斷發(fā)生變化，其正常生長發(fā)育依賴于骨代謝的穩(wěn)態(tài)。骨代謝異常所導致最常見的疾病為骨質(zhì)疏松癥。近年來研究發(fā)現(xiàn)，多種維生素類、蛋白質(zhì)類、碳水化合物類等功能性食品原料可作為膳食補充劑在促進成骨、預防骨質(zhì)疏松方面發(fā)揮良好作用。月桂酸單甘油酯（GML）可以顯著提高水產(chǎn)品和畜禽等的生長性能和免疫力，還可以改善小鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)，提高腸道有益菌的相對豐度。近年來，骨微生物學相關研究表明，腸道菌群發(fā)酵碳水化合物生成的短鏈脂肪酸可以改善炎癥微環(huán)境、減少骨量流失；還可以通過影響內(nèi)分泌環(huán)境（包括性激素、生長因子等水平及活性）參與骨代謝調(diào)節(jié)。

浙江大學生物系統(tǒng)工程與食品科學學院的顏恒、陳嫣、趙敏潔*等以生長期大鼠為研究模型（對應于人類青少年時期），通過分析其脛骨長度、指數(shù)及骨組織形態(tài)、股骨生物力學指標，評價膳食補充750 mg/kg GML對大鼠骨生長的影響；隨后通過測定鈣磷代謝指標、血清中骨代謝相關生化指標，分析腸道菌群組成及短鏈脂肪酸含量，探究GML促進大鼠骨生長的作用機制，以期為GML作為膳食補充劑應用于改善骨骼生長的食品開發(fā)提供理論基礎。

1 GML對大鼠生長指標及脛骨長度、脛骨指數(shù)的影響

大鼠生長指標可以反映機體的生長發(fā)育狀況。由圖1可知，與NC組相比，GL組大鼠的體質(zhì)量、平均攝食量和臟器系數(shù)均無顯著差異；NC組大鼠脛骨長度和脛骨指數(shù)分別為（36.96±0.59）cm和（0.15±0.01）%，GL組脛骨長度和脛骨指數(shù)分別為（38.03±0.85）cm和（0.18±0.01）%，均顯著高于NC組（P＜0.05）。這說明膳食補充750 mg/kg GML不會顯著改變大鼠的基本生長性能，但能夠顯著促進脛骨的生長發(fā)育。

2 GML對大鼠脛骨組織形態(tài)的影響

在觀察到GL組大鼠脛骨顯著生長的基礎上，進一步觀察脛骨組織形態(tài)，分別利用TRAP染色和HE染色對大鼠松質(zhì)骨（骨小梁）和皮質(zhì)骨形態(tài)進行比較，發(fā)現(xiàn)NC組與GL組之間沒有顯著差異（圖2A、B）。隨后對骨小梁和皮質(zhì)骨結(jié)構(gòu)參數(shù)進行分析，結(jié)果如圖2C～F所示。盡管與NC組相比，GL組大鼠的骨小梁厚度顯著減小（

P

＜0.05），但其骨小梁數(shù)量高于NC組。NC組與GL組大鼠的骨小梁面積百分數(shù)和骨小梁分離度沒有顯著差異；皮質(zhì)骨結(jié)構(gòu)參數(shù)也未出現(xiàn)顯著差異 。

骨結(jié)構(gòu)參數(shù)中，骨小梁面積百分數(shù)可以直接反映骨量，骨小梁厚度、骨小梁數(shù)量和骨小梁分離度可以反映骨小梁形態(tài)結(jié)構(gòu)，骨小梁厚度越大、數(shù)量越多，則骨量越多，而骨小梁分離度越大，骨越疏松；骨髓腔面積、皮質(zhì)骨面積、皮質(zhì)骨周長和皮質(zhì)骨厚度可以反映皮質(zhì)骨骨量及其形態(tài)結(jié)構(gòu)，骨髓腔面積增大，皮質(zhì)骨面積、周長及厚度減少，則說明皮質(zhì)骨骨量減少，可能發(fā)生結(jié)構(gòu)退變。本實驗的結(jié)果表明，膳食補充GML在促進骨骼伸長、增加骨指數(shù)的同時，不會導致脛骨骨量和結(jié)構(gòu)發(fā)生退變。

3 GML對大鼠股骨生物力學參數(shù)的影響

在下肢活動中，股骨具有重要的生物力學作用，最大載荷、抗彎強度、斷裂撓度和彈性模量能夠反映股骨生物力學性能情況。由圖3可知，與NC組相比，GL組大鼠的股骨最大載荷顯著增加（

P

＜0.05），股骨彈性模量高度顯著增加（

P

＜0.001）；GL組與NC組的股骨抗彎強度無顯著差異，但GL組有增加的趨勢。結(jié)果表明，膳食補充750 mg/kg的GML能夠使大鼠的股骨力學性能增強、負載能力增強。脛骨和股骨是大鼠后肢骨結(jié)構(gòu)中重要的兩段骨骼，脛骨長度、脛骨指數(shù)的增加和股骨生物力學性能的增強共同表明，膳食補充GML能夠在不顯著改變脛骨骨量和結(jié)構(gòu)退變的基礎上促進大鼠后肢骨骼的生長和生物力學性能的增強。基于此發(fā)現(xiàn)，對膳食補充GML促進骨生長的作用進行機制探究 。

4 GML對大鼠鈣磷代謝的影響

由表1可知，與NC組相比，GL組血清中PTH水平顯著升高（

P

＜0.05），股骨中磷含量顯著降低（

P

＜0.05），但血清中鈣磷水平及股骨中鈣含量未出現(xiàn)顯著變化 。

鈣磷代謝與骨代謝息息相關。鈣和磷是體內(nèi)最豐富的兩種礦物質(zhì)，是構(gòu)成骨骼的主要成分，在體內(nèi)主要存在于骨礦鹽結(jié)晶中，其余主要分布在體液中。PTH則是調(diào)控血液和骨骼中鈣、磷含量的激素，如血液中鈣離子濃度降低，可刺激PTH的分泌，維持正常的血鈣狀態(tài)。因此，推測是由于股骨中磷含量的顯著降低及其他指標水平的降低，引起PTH水平顯著升高，即PTH正常發(fā)揮調(diào)控作用，維持機體鈣磷代謝平衡，未對骨生長發(fā)育產(chǎn)生顯著影響。

5 GML對大鼠骨代謝相關血清生化指標的影響

由表2可知，相較于NC組，GL組血清中CTX-I和PINP的質(zhì)量濃度無顯著變化，但GH、IGF-1和TGF-β1的質(zhì)量濃度均極顯著增加（

P

＜0.01、

P

＜0.001） 。

骨是具有新陳代謝的活組織，骨代謝相關生化指標包括骨形成、骨吸收標志物、激素與細胞因子等，血液或尿液中骨轉(zhuǎn)化指標的變化在一定程度上能夠反映全身骨骼代謝動態(tài)情況。PINP是骨形成標志物，當骨骼、軟組織或皮膚合成I型膠原時，I型前膠原羧基端原肽和PINP被剪切從而進入血液，其水平能夠反映骨轉(zhuǎn)換情況以及I型膠原的合成速率；CTX-I是骨吸收標志物，是使用最廣泛的膠原降解標志物，其表達量升高代表破骨細胞的骨質(zhì)吸收活性增強，骨質(zhì)轉(zhuǎn)換率提高；GH可以通過刺激軟骨細胞等分泌IGF-1，進而促使早期軟骨細胞增殖、成熟，通過軟骨內(nèi)成骨的方式促進長骨生長，而IGF-1是一種廣譜生長因子，可以促進骨形成、骨骼肌發(fā)育等；TGF-β1是一種多功能細胞因子，可以促進成骨細胞增殖與分化，減少骨質(zhì)流失。結(jié)果表明，膳食攝入GML可以通過刺激GH、IGF-1和TGF-β1這些激素與細胞因子的產(chǎn)生，促進軟骨內(nèi)成骨、成骨細胞分化等過程，從而促進骨生長。

6 GML對大鼠腸道菌群多樣性的影響

在多種動物模型中GML能夠通過調(diào)節(jié)腸道微生物改善宿主健康。同時，在骨質(zhì)疏松模型動物與健康動物之間腸道菌群分布存在差異，幾種腸道微生物也被證實與骨生長相關。因此，推測GML促進大鼠骨生長可能與腸道菌群相關。由圖4A可知，NC組與GL組共有787 個ASV重合，NC組特有ASV 819 個，GL組特有ASV 1 034 個，多于NC組。這說明膳食補充GML可以明顯改變腸道菌群組成。

多樣性和

多樣性是分析腸道菌群多樣性的主要指標。如圖4B所示，除了Sobs指數(shù)在GL組有顯著增加的趨勢（

P

＝0.094），其余指數(shù)在組間沒有顯著變化。說明GML能夠增加大鼠腸道菌群群落豐富度，可以使其

多樣性發(fā)生變化。隨后基于非加權(quán)UniFrac距離、通過主坐標分析（PCoA）分析

多樣性，結(jié)果如圖4C所示。NC組與GL組出現(xiàn)了組間離散的現(xiàn)象。綜上，膳食補充GML可以使腸道菌群組成發(fā)生明顯變化 。

7 GML對大鼠腸道菌群組成的影響

腸道菌群失調(diào)與腸道通透性和骨骼健康有較高的相關性，有研究報道，腸道菌群失調(diào)可能會引起成骨細胞活性降低、破骨細胞活性增加，造成骨質(zhì)流失。經(jīng)抗生素處理的無腸道菌群小鼠比正常小鼠骨骼機械負載能力弱。

本研究進一步從門水平和屬水平分析GML對大鼠腸道菌群的影響。由圖5A可知，在門水平，大鼠腸道菌群主要為擬桿菌門（Bacteroidita）和厚壁菌門（Firmicutes），兩組的擬桿菌門和厚壁菌門總相對豐度超過90%（NC組：（51.28±10.59）%、（44.95±7.89）%；GL組：（54.95±15.79）%、（41.25±14.93）%），是大鼠腸道的優(yōu)勢定植菌；厚壁菌門與擬桿菌門相對豐度的比值（F/B值）與腸道菌群失調(diào)、肥胖等疾病有關，GL組的F/B值為0.60±0.21，低于NC組（0.74±0.18），可見GML具有改善腸道菌群穩(wěn)定性的潛力。

圖5B和圖6為大鼠腸道菌群在屬水平的分布和組間差異變化的菌群相對豐度。GL組中Prevotellaceae_UCG-001、糞桿菌屬（

Faecalibaculum

）、unclassified_o_Oscillospirales的菌群豐度顯著增加（

P

＜0.05），其中Prevotellaceae_UCG-001在NC組和GL組大鼠腸道菌群中的相對豐度分別為（1.71±1.58）%和（14.54±7.99）%，是豐度差異最大的菌屬。與NC組相比，GL組中顫螺菌屬（

Oscillospira

）、瘤胃球菌科UBA1819菌屬（UBA1819）和巴恩斯氏菌屬（

Barnesiella

）相對豐度有增加的趨勢（

P

＝0.072、

P

＝0.057、

P

＝0.071）；而密螺旋體屬（

Treponema

）、腸桿菌屬（

Enterorhabdus

）、GCA-900066575和瘤胃梭菌屬（

Ruminiclostridium

）相對豐度有減少的趨勢（

P

＝0.075、

P

＝0.059、

P

＝0.095、

P

＝0.072）。結(jié)果表明，膳食攝入GML可以顯著增加大鼠腸道中部分有益菌的相對豐度，降低有致病風險的密螺旋體屬、瘤胃梭菌屬等的相對豐度。在這些有益菌中，糞桿菌屬具有抑制體內(nèi)炎癥、緩解代謝類疾病、抗腫瘤等作用，unclassified_o_Oscillospirales能夠有效降低膽固醇的生物標志物。還有一類有益菌能夠分解食物中的纖維產(chǎn)生短鏈脂肪酸，包括Prevotellaceae_UCG-001、顫螺菌屬、UBA1819和巴恩斯氏菌屬。有研究表明，短鏈脂肪酸可能與骨生長、骨代謝有相關性。因此，進一步測定了大鼠糞便中短鏈脂肪酸的含量。

8 GML對大鼠糞便中短鏈脂肪酸含量的影響

由圖7可知，大鼠糞便中短鏈脂肪酸主要為乙酸、丙酸和正丁酸。與NC組相比，GL組糞便中總短鏈脂肪酸含量和乙酸含量極顯著增加（

P

＜0.01），異戊酸含量顯著提高（

P

＜0.05），丙酸含量變化不顯著但有增加的趨勢（

P

＝0.058），正丁酸含量有下降的趨勢（

P

＝0.052），其余短鏈脂肪酸含量未出現(xiàn)顯著變化。短鏈脂肪酸的增加可以降低腸腔內(nèi)pH值，促進鈣的吸收，從而促進骨礦化和骨骼生成。同時，短鏈脂肪酸在腸穩(wěn)態(tài)中起著重要作用，短鏈脂肪酸是結(jié)腸上皮細胞的主要營養(yǎng)來源，能維持腸上皮細胞屏障完整性。有研究報道，在多種不同生物模型中，糞便中短鏈脂肪酸的含量增加與骨流失減少相關。糞便中短鏈脂肪酸含量與其攝入的食物和腸道菌群的組成有關，本實驗結(jié)果證實了GML可以提高腸道菌群中能夠產(chǎn)生短鏈脂肪酸的有益菌相對豐度。此外，研究表明腸道菌群代謝產(chǎn)生的短鏈脂肪酸能夠誘導IGF-1分泌、增加血清中IGF-1水平，從而刺激骨骼形成。因此，膳食補充GML可能通過改善腸道菌群組成，促進產(chǎn)短鏈脂肪酸的有益菌代謝產(chǎn)生乙酸等短鏈脂肪酸，進而刺激IGF-1水平增加，間接促進大鼠骨骼生長 。

結(jié) 論

本實驗結(jié)果表明：1）膳食攝入GML不會對大鼠基本生長指標產(chǎn)生顯著影響，但可以顯著促進脛骨生長、增強股骨的生物力學性能，且不會導致脛骨骨量和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生退變；2）GML不會影響大鼠體內(nèi)鈣磷代謝，但可以顯著增加血清中GH、IGF-1和TGF-β1等骨代謝相關激素與細胞因子的水平，促進骨形成；3）GML還可以明顯改變腸道菌群組成，提高Prevotellaceae_UCG-001等產(chǎn)短鏈脂肪酸有益菌的豐度，促進短鏈脂肪酸的產(chǎn)生，進而通過誘導IGF-1分泌等途徑間接促進骨骼生長。綜上，GML展現(xiàn)出了良好促進骨生長的能力，本研究結(jié)果可以為GML作為膳食補充劑應用于改善骨骼的食品開發(fā)提供一定參考。

作者簡介

通信作者：

趙敏潔 特聘副研究員

浙江大學生物系統(tǒng)工程與食品科學學院

趙敏潔， 浙江大學生物系統(tǒng)工程與食品科學學院特聘副研究員，博士生導師。主要從事食品脂質(zhì)功能因子營養(yǎng)調(diào)節(jié)作用機制研究和開發(fā)應用，致力于中鏈脂肪酸及其甘油酯類化合物的理化特性、功能特性及其在食品工業(yè)領域和畜禽養(yǎng)殖領域的應用研究，成功將其應用于食品保鮮貯藏、食品功能營養(yǎng)以及畜禽高效養(yǎng)殖和產(chǎn)品品質(zhì)提升中。相關研究成果以通訊作者或第一作者發(fā)表在《mBio》《Food Chemistry》《Food Research International》等高水平學術期刊。主持國家自然科學基金青年和面上項目、國家重點研發(fā)計劃項目子課題、浙江省自然科學基金等科研項目10余項。擔任中國農(nóng)學會農(nóng)產(chǎn)品物流分會副秘書長，浙江省食品學會青年委員，浙江省食品添加劑和配料行業(yè)協(xié)會專家團隊成員，浙江省營養(yǎng)學會分委會委員，長期擔任本領域多本國際高水平期刊審稿人 。

本文《月桂酸單甘油酯對生長期大鼠的骨生長促進作用及機制》來源于《食品科學》2025年46卷14期，作者：顏恒，陳嫣，梅欣瑤，王旭堂，馮鳳琴，蔡海鶯，趙敏潔。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20240819-137。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關信息。

實習編輯：彤禾；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

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