甘蔗作为一种重要的经济作物,在世界范围内都有广泛种植(巴西、印度、中国等),是全球食用蔗糖的主要来源(约70%)[1]。甘蔗制糖工艺中的关键副产物——甘蔗糖蜜,含有30%～40%的残余糖分及多酚、氨基酸等生物活性物质。糖蜜在制糖过程中未经历高温碳化或深度精炼,其天然活性成分得以完整保留,因此甘蔗糖蜜不仅可作为糖业生产的循环资源,更在功能性食品开发、微生物发酵等领域具有一定的应用潜力[2-4]。固体甘蔗多酚(sugarcane polyphenol,SCP)是甘蔗糖蜜的主要功能成分[5]。已有研究对SCP进行了质谱分析,鉴定其多酚组成。结果显示,SCP主要由绿原酸、棕矢车菊素、对香豆酸、原花青素B1、芦丁等多酚单体组成,其中绿原酸是其特征成分,含量为4.62 mg/g[6]。绿原酸是由咖啡酸与奎尼酸生成的缩酚酸,已被证实具有抗氧化、抗炎、神经保护等生物活性,具有广泛的应用前景和健康益处[7-8]。

高尿酸血症是一种慢性的、全身性的疾病,可导致多个靶器官损伤。高尿酸还是痛风、高血压、糖尿病、冠心病等多种代谢性疾病的潜在诱因[9-10]。高尿酸血症在世界范围内的发病率呈逐年上升趋势,已成为一种常见的代谢性疾病,如何有效预防和控制高尿酸血症已成为全球健康领域的一个重要课题[11-12]。临床上常采用抑制尿酸生成药物(别嘌呤醇、非布司他等)或促进尿酸排泄药物(苯溴马隆等)来控制血清尿酸水平[13],但长期服用药物伴随着肝肾损伤、超敏反应等风险[14]。因此,增加饮食中降尿酸活性物质的摄入,通过营养干预手段预防或缓解高尿酸血症,寻找安全有效的降尿酸天然产物是当前的研究热点。

研究证实,绿原酸在降尿酸方面有较大潜力。绿原酸单体在大鼠、小鼠模型中都表现出降尿酸活性[15-16]。也有研究证实,绿原酸可缓解尿酸钠晶体刺激产生的炎症症状[17]。含绿原酸及绿原酸异构体的菊苣提取物在小鼠模型中也表现出良好的降尿酸活性,可见,绿原酸是提取物发挥活性的物质基础[18]。因此,以绿原酸为特征成分的SCP可能也具有较好的降尿酸活性。当前,SCP的降尿酸活性及作用靶点未见研究。

本研究拟运用氧嗪酸钾联合次黄嘌呤诱导的高尿酸血症大鼠模型,对SCP的降尿酸活性进行探究。通过检测血尿酸代谢谱、肝肾转运蛋白表达、炎症因子水平及组织病理学改变等多维度指标,重点解析SCP的降尿酸效果及作用靶点。研究旨在为开发基于SCP的降尿酸功能食品提供理论参考,为提升制糖工业副产物的附加值提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甘蔗糖蜜,上海普若味可生物科技有限公司。次黄嘌呤(纯度≥99%)、放射免疫沉淀(RIPA)裂解缓冲液、苯甲基磺酰氟(PMSF)、Tris-HCl缓冲液-吐温20(TBST)、化学发光试剂盒,上海碧云天生物技术有限公司;氧嗪酸钾(纯度98%),上海源叶生物科技有限公司;羟甲基纤维素钠、绿原酸(纯度≥98%)、磷酸盐缓冲液(PBS)、BCA蛋白浓度测定试剂、蛋白Marker、5倍蛋白上样缓冲液,北京索莱宝科技有限公司。聚偏二氟乙烯(PVDF)膜,美国密理博公司。尿酸转运蛋白1(Urate transporter 1,URAT1)、葡萄糖转运蛋白9(Glucose transporter 9, GLUT9)、ATP结合盒转运蛋白亚家族G成员2(ATP-binding cassette subfamily G member 2,ABCG2)多克隆抗体,武汉三鹰技术有限公司。尿酸、尿素氮、肌酐、谷丙转氨酶(Alanine aminotransferase,ALT)、谷草转氨酶(Aspartate aminotransferase, AST)、黄嘌呤氧化酶(Xanthine oxidoreductase, XOR)试剂盒,南京建成生物工程研究所有限公司。白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)、白细胞介素- 1β(Interleukin-1 beta, IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor alpha, TNF-α)试剂盒,杭州联科生物技术股份有限公司。

1.2 仪器与设备

EX623ZH型千分之一天平,上海奥豪斯仪器有限公司;X-30R型台式高速冷冻离心机,美国贝克曼公司;IX73型倒置显微镜,日本奥林巴斯公司;WKB-100型微孔板恒温振荡器,上海拓赫机电科技有限公司;Infinite 200Pro Nanoquant型多功能酶标仪,瑞士帝肯公司;Mini-Protein Tetra型垂直电泳仪、Trans-Blot Turbo型蛋白转印系统、Chemi Doc MP型凝胶成像分析系统,美国伯乐公司;NMYC-60C型转移脱色摇床,泰州诺米医疗科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 SCP的制备

参考Deseo等[5]的方法从甘蔗糖蜜中制备SCP粉末。在甘蔗糖蜜中加入去离子水使糖度降至20 Brix,在1 L糖蜜稀释液中加入100 g离子交换树脂,真空过滤后收集所有树脂颗粒。使用去离子水洗涤残留糖分后,将树脂重悬于1 L的体积分数为70%的乙醇中,搅拌10 min后真空过滤,收集滤液,重复洗脱3次。将乙醇洗脱液真空干燥以去除乙醇,再将水提物冷冻干燥即得SCP粉末,其总酚质量分数为21.0%。

1.3.2 实验动物分组与处理

雄性SPF级Sprague Dawley大鼠(6～8周龄),体重(200±20)g,购自北京维通利华实验动物有限公司,质量合格证号:110011231111671941,生产许可证号:SCXK(京)2021-0006,使用许可证号:SYXK(京)2023-0038。所有大鼠在标准化环境中饲养,室温22～24 ℃,相对湿度50%～60%,昼夜循环12 h,标准饲粮和水自由供应,适应性喂养一周后随机分组并每隔3 d称重。将大鼠随机分为空白组、模型组及SCP组,每组8只。除空白组外,其他组大鼠均进行高尿酸造模,空白组和模型组大鼠灌胃超纯水,SCP组大鼠灌胃SCP,于第31天解剖大鼠并收集肝脏、肾脏、回肠组织样本。

1.3.3 大鼠高尿酸血症模型的建立

先对大鼠进行为期2周的SCP营养干预。基于新食品原料标准[19]中SCP的安全剂量,为明确SCP的降尿酸基础疗效及作用靶点,换算至大鼠灌胃量后,SCP组SCP灌胃量为每天每体重0.05 mg/g。空白组及模型组灌胃等量超纯水,每天灌胃一次。2周营养干预后开始造模,以500 mg/kg 的氧嗪酸钾、300 mg/kg的次黄嘌呤灌胃造模,造模药以质量分数为0.5%的CMC-Na助溶,每天营养干预2 h后灌胃造模药,空白组灌胃等量的0.5% CMC-Na。

实验末期,收集大鼠粪便、尿液以便后续分析。末次灌胃造模药及SCP后,禁食10 h,大鼠安乐死后腹主动脉取血,收集肝脏、肾脏、回肠。血浆室温放置1 h后,3 500 r/min离心10 min即得血清。单侧肾脏、回肠放入多聚甲醛中固定,以便制备病理切片。其余器官液氮速冻后存放至-80 ℃冰箱以便后续生化分析。本实验方案符合动物福利和伦理要求,实验方案得到谱尼测试集团股份有限公司动物伦理审查委员会批准(伦理审批编号:PONY-2023-FL-22)。

1.3.4 大鼠生理生化指标的测定

使用试剂盒检测大鼠血清中尿酸、尿素氮、肌酐、ALT、AST水平,以及尿液及粪便中尿酸的水平。取部分大鼠组织,加入9倍体积的0.01 mol/L的PBS进行匀浆处理,在4 ℃,12 000 r/min的条件下离心10 min,取上清液。测定黄嘌呤氧化酶的活性,以各样品蛋白浓度进行校正。取大鼠肾部分组织制备组织匀浆,离心后取上清液。按试剂盒说明书使用酶联免疫吸附法测定肾组织中IL-1β、IL-6、TNF-α的水平。

1.3.5 大鼠组织病理学分析

将大鼠肾脏、回肠组织在多聚甲醛中固定48 h,依次放入体积分数为70%、85%、95%和100%的乙醇中进行脱水,随后放入二甲苯中脱水通透,将透明后的组织放入石蜡中包埋。将蜡块切成4～6 μm的薄片,贴在载玻片上,随后再脱蜡水化。使用苏木素和尹红对石蜡切片染色,染色完成后封片,在倒置显微镜下观察组织结构。

1.3.6 蛋白免疫印迹检测

蛋白免疫印迹检测(Western blot, WB)参考李雯晖等[20]的方法并优化。取适量大鼠肾组织样本,以含蛋白酶抑制剂的0.01 mol/L的PBS洗涤3次以去除残留杂质。在RIPA裂解液中加入体积分数为1%的PMSF及体积分数为2%的磷酸酶抑制剂,预冷后加入5倍体积的RIPA裂解液,冰上匀浆后静置裂解30 min。匀浆液于4 ℃、12 000 r/min的条件下离心10 min,收集上清液,采用BCA蛋白定量试剂盒测定蛋白浓度并调整至同一水平。按体积比1∶4加入5倍上样缓冲液,并在37 ℃条件下加热10 min进行变性处理。

将等量蛋白样品经十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶(体积分数为10%的分离胶)电泳分离后,通过半干式转膜法将蛋白转移至PVDF膜上。转膜完成后,室温下以质量分数为5%的脱脂牛奶溶液封闭1 h,以TBST缓冲液洗涤3次(5 min/次),随后分别与一抗URAT1(稀释比1∶1 500)、ABCG2(稀释比 1∶1 000)、GLUT9(稀释比1∶1 000)、GAPDH(稀释比1∶1 000)于4 ℃孵育过夜。次日经TBST洗涤后,室温下与稀释比为1∶2 000的辣根过氧化物酶标记二抗孵育1.5 h。最后采用化学发光试剂盒显影,使用Image J软件分析条带灰度值,以GAPDH为内参对目的蛋白表达量进行归一化定量分析。

1.4 数据处理

所有实验均重复3次,数据均以平均值±标准偏差表示,经单因素方差分析和Duncan检验(SPSS 23.0)对数据进行处理, P<0.05表明数据间具有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 SCP对高尿酸大鼠基础指标及尿酸水平的影响

高尿酸造模及SCP干预后,各组大鼠基础指标及尿酸水平的变化如图1所示。由图1(a)可知,营养干预期间各组大鼠体重增长无显著差异(P>0.05),建模期间大鼠体重增长减缓。肾脏功能状态可通过肾脏指数进行表征,由图1(b)可知,与空白组相比,模型组大鼠肾脏指数显著上升(P<0.05),提示次黄嘌呤联合氧嗪酸钾诱导的高尿酸状态已造成大鼠肾脏器质性损伤。与模型组相比,SCP组大鼠的肾脏指数呈现降低趋势,但差异未达到统计学显著性阈值,表明当前干预剂量或给药周期可能未达到靶器官有效浓度阈值,后续需结合其他指标进一步分析。

本实验采用次黄嘌呤联合氧嗪酸钾作为造模方案,其机制具有明确药理学依据:次黄嘌呤是尿酸的前体物质,在肝脏经黄嘌呤氧化酶作用后生成尿酸。氧嗪酸钾是尿酸酶的抑制剂,阻止尿酸的进一步分解[21]。采用次黄嘌呤联合氧嗪酸钾诱导大鼠产生高尿酸血症已成为常用的建模策略[22-27]。文献表明,利用次黄嘌呤联合氧嗪酸钾造模,在4～30 d内均可保持高尿酸状态[28]。在造模后1～10 h尿酸水平均可显著高于空白组大鼠[29]。此外,雌激素已被证实具有降低血清尿酸水平的作用,其可能通过调节尿酸转运蛋白等途径,促进尿酸代谢[30]。考虑到雌鼠因生理周期等原因尿酸水平波动较大,为减少雌激素对实验结果的影响,选择雄性大鼠进行研究。

由图1(c)可知,经过16 d的建模后,与空白组相比,模型组大鼠血清尿酸含量显著升高(P<0.05),达空白组的3.94倍[(184.6±28.5)μmol/L],表明高尿酸血症大鼠模型建立成功。而SCP组的血清尿酸水平恢复至与空白组无显著差异,表明SCP营养干预可显著降低高尿酸大鼠血清尿酸水平,SCP作为天然降尿酸生物活性物质具有较好的潜力。

基于尿酸代谢的双通道特性,尿酸2/3由肾脏排泄,1/3由肠道排出,因此进一步检测了大鼠尿液及粪便中的尿酸水平。由图1(d)和图1(e)可知,与空白组相比,模型组大鼠尿液及粪便尿酸水平均显著上升(P<0.05),分别达空白组的3.02倍和1.94倍,表明高尿酸状态下SCP组大鼠肾脏、肠道的尿酸排泄功能有所增强。SCP组大鼠的尿液尿酸水平与模型组大鼠的尿液尿酸水平无显著差异(P>0.05),而SCP组大鼠的粪便尿酸水平显著低于模型组大鼠的粪便尿酸水平,表明SCP营养干预后,增加了肾中尿酸的排泄。这种尿液、粪便中尿酸的差异可能与肾脏和肠道在尿酸排泄中的不同作用有关。在健康个体中,大约70%的尿酸是通过肾脏排泄,肾脏是尿酸排泄的主要途径。而肠道排泄尿酸的量相对较少,同时肠道内的微生物对尿酸具有一定的降解能力,可通过分泌活性酶促进嘌呤和尿酸的分解[31]。SCP可能通过影响肠道菌群促进了尿酸的降解,导致粪便尿酸含量较模型组有所下降。据报道,富含多酚的桑葚提取物调控了与嘌呤代谢相关的乳酸杆菌科菌的丰度,从而降低了尿酸水平[25]。白藜芦醇增加了可参与尿酸分解代谢的乳酸菌科和乳酸菌属的丰度,增强了肠道中尿酸的降解,降低了粪便尿酸含量,从而降低了高尿酸血症小鼠的血清尿酸水平[32]。由图1(f)可知,SCP组与模型组大鼠的尿液尿素氮水平无显著差异,印证了SCP对肾脏排泄功能的特异性调节作用。

2.2 SCP对高尿酸大鼠肝、肾功能的影响

肾脏是尿酸排泄的重要场所,长期暴露于高尿酸环境会对肾功能造成损伤,高尿酸血症常伴随着肾脏疾病的产生[33]。尿素氮和肌酐是常用的评判肾功能的指标,两者由肾小球滤过,肾小管排出,血清中尿素氮和肌酐含量越高表明肾功能受损越严重,各组大鼠的肝、肾功能指标见图2。由图2(a)和图2(b)可知,模型组肌酐、血尿素氮水平显著升高,分别是空白组的1.96倍[(65.7±13.0)μmol/L]和1.55倍[(10.4±2.0)mmol/L]。而SCP组血清肌酐水平显著降低了42.36%(P<0.05),恢复至与空白组无显著差异水平(P>0.05)。与模型组相比,SCP组的血尿素氮水平下降了14.5% [(8.9±0.6)mmol/L],表明SCP可缓解高尿酸状态下的肾功能损伤。

肝脏是尿酸生成的重要场所,高浓度的尿酸代谢可能通过增加肝脏的代谢负担,导致肝细胞受损。ALT和AST是常用来评估肝功能的指标,两者存在于胞浆中,当肝细胞受损时,便会大量泄漏,在血清中含量异常升高。由图2(c)和图2(d)可知,与空白组相比,模型组大鼠血清ALT、AST水平显著上升(P<0.05),表明肝功能受到严重损伤。与模型组相比,SCP组血清ALT、AST水平显著降低了15.84% [(13.26±1.09)U/L]和17.07% [(16.85±1.71) U/L],表明SCP营养干预缓解了高尿酸大鼠的肝细胞损伤。Zhou等[18]的研究中也发现,饲喂绿原酸可缓解高尿酸造成的小鼠肝损伤。高尿酸水平引起的氧化应激可能是导致肝损伤的关键因素。在高嘌呤摄入时,肝中XOR催化生成尿酸,伴随着活性氧(reactive oxygen species, ROS)的产生;此外,高尿酸也可直接激活NADPH氧化酶,诱导线粒体紊乱,加剧ROS的生成,形成氧化-炎症循环,造成组织损伤[34-36]。在团队前期研究中,已证实SCP存在良好的抗氧化性,SCP可提高糖基化损伤下小鼠皮肤中超氧化物歧化酶、过氧化物酶含量,并降低丙二醛含量[37]。阿魏酸营养干预可抑制高尿酸血症大鼠肝脏的氧化应激反应,提高抗氧化酶活性,减少肝脏病理切片中的炎性细胞浸润现象,从而对高尿酸血症引起的肝损伤具有保护作用[38]。富含绿原酸及其衍生物的甜叶菊提取物也可降低高尿酸血症小鼠肝脏的氧化应激程度,减轻肝脏炎性细胞浸润现象[34]。因此,SCP可能通过调节大鼠肝脏氧化应激状态改善其肝脏损伤。

2.3 SCP对高尿酸大鼠尿酸代谢途径的影响

各组大鼠尿酸代谢靶点的变化见图3。尿酸代谢调控涉及生成与排泄双重途径。在生成途径中,XOR是代谢中的关键限速酶,可催化次黄嘌呤不可逆地转化为尿酸,高尿酸血症常伴随肝中XOR的高表达。由图3(a)可知,与空白组相比,模型组大鼠的XOR表达水平显著上升(P<0.05),表明XOR将次黄嘌呤转化为尿酸,造成大鼠血清尿酸水平的升高。SCP组显现出良好的XOR抑制能力,与模型组相比,SCP组XOR水平显著下降了33.35% (P<0.05)。XOR是SCP降尿酸的靶点之一,SCP通过抑制尿酸生成关键酶的活性,减少大鼠体内尿酸的产生。XOR有3个活性位点,分别为铁硫簇(2Fe/S)辅因子结构域、FAD辅因子结构域及钼蝶呤辅因子结构域。底物黄嘌呤结合在钼(Mo)中心,氧化羟基化生成尿酸,Mo(Ⅵ)被还原为Mo(Ⅳ),电子随铁硫簇流向FAD中心被还原[39]。研究表明,绿原酸对XOR有较好的抑制作用。绿原酸可以非竞争性抑制的方式与XOR-底物复合物相结合,使酶的二级结构改变,从而减少尿酸的生成[40]。Dai等[41]的研究表明,绿原酸可结合在钼蝶呤辅因子结构域中,与酶的关键残基Ser1080、Ser1082、Glu1261、Thr1077和Phe798等,通过氢键、疏水力等相互作用力相结合。此外,还有研究表明,绿原酸可促进XOR-多酚配合物的稳定性,与槲皮素、山柰酚等协同抑制XOR[42]。

高尿酸血症20%由于尿酸生成过多,而80%由于尿酸排泄受阻,尿酸的排泄水平对高尿酸血症的发展起到至关重要的作用。尿酸经肾小球由血中滤出,进入肾小管中,经肾小管中重吸收、再分泌进入尿液,尿酸至此排出体外。肾小管中的代表性尿酸转运蛋白为URAT1、GLUT9及ABCG2[43-44]。由图3(b)、图3(c)和图3(d)可知,与空白组相比,ABCG2的表达水平在经SCP营养干预后得到了显著提升 (P<0.05),SCP促进了尿酸从细胞向管腔的分泌。高尿酸状态下模型组大鼠肾脏中URAT1表达量显著上升(P<0.05),而SCP营养干预降低了URAT1的表达水平,减少了尿酸由尿液至血清中的重吸收过程。GLUT9在高尿酸状态下的表达量显著上升,而SCP营养干预显著下调了高尿酸血症大鼠肾脏中GLUT9的表达量(P<0.05)。多酚可通过调节尿酸转运蛋白的表达发挥降尿酸活性:柚皮素可通过参与PI3K/AKT信号通路抑制GLUT9表达,通过改变PDZK1表达增加ABCG2表达,以达到降尿酸活性目的[45]。安石榴素通过激活高尿酸血症小鼠的MAKP/NF-κB通路,下调URAT1和GLUT9的表达,上调ABCG2和有机阴离子转运蛋白1的表达[46]。Zhang等[47]的研究表明,ABCG2的表达可能与Wnt/β-catenin通路有关。也有研究表明,多酚可直接与转运蛋白结合而发挥活性:芹菜素在体外以剂量依赖性方式竞争性抑制URAT1和GLUT9[43]。芹菜素可能通过直接占据GLUT9的底物结合位点起到竞争性抑制剂的作用,使转运蛋白保持在内向开放态,阻止尿酸的重吸收[44]。Yuan等[48]认为,刚性环结构和负电荷可能是天然产物具有URAT1抑制活性的关键。结合2.2中尿液中尿酸排泄数据可证实,SCP能够通过“抑制重吸收-促进分泌”双重机制增强高尿酸大鼠的尿酸排泄能力。

2.4 SCP对高尿酸大鼠肾脏病理变化及炎症因子的影响

尿酸大部分在肾脏中排泄,经肾小球过滤后由肾小管经分泌、重吸收、分泌后随尿液排出体外。为评估高尿酸下机体的损伤程度,对肾脏切片进行H&E染色,观察病理变化,结果见图4。由图4(a)可知,空白组大鼠肾脏的肾单位结构完整紧密,肾小管排列整齐,管腔完整,肾小球无增生或变性现象。而模型组大鼠的肾脏形态出现明显受损情况,大量肾小管上皮细胞萎缩、脱落、刷状缘消失,管腔显著扩张,出现不规则的管腔形状;肾小球出现硬化萎缩甚至坏死趋势;肾组织内还出现炎性细胞浸润现象。模型组大鼠在经高尿酸建模16 d后,呈现出急性肾小管坏死病变,导致肾脏炎症的发生。这与多项研究对高尿酸血症建模后肾脏病理的观察结果一致[16, 49]。与模型组相比,经SCP营养干预后,SCP组大鼠的肾小管上皮细胞坏死,管腔扩张情况有所减弱,肾小球病变程度降低,炎性细胞浸润减少,说明SCP干预可缓解大鼠高尿酸下的肾脏病理改变。

当尿酸过量产生时,血中高浓度的尿酸经肾小球过滤后,超出了近端肾小管的重吸收能力,留存在肾小管中的尿酸沉积过量时,可引起肾脏一系列炎症反应的发生[50]。由图4(b)、图4(c)和图4(d)可知大鼠肾脏中代表性促炎因子(IL-1β、IL-6和TNF-α)的表达情况。与空白组相比,模型组大鼠肾脏中的炎症因子IL-1β、IL-6及TNF-α的水平分别显著上升了98.82%、76.18%及64.87% (P<0.05),表明高尿酸导致了大鼠肾脏炎症反应的发生。而在SCP营养干预下,SCP组炎症因子表达水平均有所降低,其中IL-1β和TNF-α降低至与空白组无显著差异水平(P>0.05)。SCP对炎症因子的调节作用可能是通过核心调控靶点NF-κB所在的通路介导的。Wang等[51]的研究表明,高尿酸血症状态下PI3K/AKT信号通路及下游的NF-κB被激活,致使炎症因子释放导致肾脏的病理损伤。NF-κB是一种关键的转录因子,能够诱导多种炎症因子的表达,其上游的AKT可以激活IKK复合体,促进IκB降解,释放NF-κB入核,调节基因的表达,影响细胞的炎症反应[50]。NF-κB还可诱导NLRP3、pro-IL-1β和pro-IL-18的表达,激活NLRP3炎症小体,产生炎症因子[52]。多酚可抑制NF-κB和NLRP3炎症小体信号,降低促炎因子的释放,从而发挥抗炎作用[53]。绿原酸被证实可通过抑制TLR4/MyD88/NF-κB信号通路的级联反应,减少肾脏IL-1β、TNF-α等炎性因子的释放[18]。

结合肾小球滤过率、肾尿酸转运蛋白结果,可推测高尿酸血症对肾的损伤机制,即高浓度的尿酸经肾小球滤过后,超过了肾小管的排泄能力,会留存在肾小管管腔内。随着尿液的进一步浓缩,尿酸盐析出导致肾小管上皮细胞损伤,产生炎性细胞浸润,降低了尿酸向尿液中的排泄,又形成恶性循环,反过来导致肾小球功能受损,肾小球滤过率下降,损伤程度进一步加深。本研究结果表明,SCP营养干预可提升肾小管上皮细胞中尿酸转运蛋白的表达,提高肾小管排泄能力,打破病理循环,从而减缓肾脏病变,降低肾脏炎症,减轻高尿酸血症造成的肾功能下降。

2.5 SCP对高尿酸大鼠回肠病理变化的影响

尿酸在肠道中的过量排泄也会造成肠道病理性变化[23]。小肠是机体吸收营养物质的主要场所,小肠绒毛越长越有利于营养物质的吸收。隐窝是肠壁的凹陷,其中有许多肠腺细胞,隐窝越浅则表明成熟的肠腺细胞越多,肠道分泌消化酶的能力就越强。采用小肠绒毛长度与隐窝深度之比可从总体角度来描述小肠吸收功能的强度[54]。各组大鼠回肠病理变化情况见图5。由图5(a)可知,空白组大鼠的小肠绒毛形态完整,排列紧密整齐,隐窝结构清晰规则,黏膜完好无破损,无明显炎症或病理改变。模型组大鼠的小肠绒毛增粗,排列混乱,甚至出现断裂破损。在SCP组中,SCP缓解了高尿酸造成的大鼠小肠病理变化。由图5(b)、(c)和(d)可知,与空白组相比,模型组大鼠的小肠绒毛长度显著变短,隐窝深度增加,小肠腺数量增多,绒毛长度与隐窝深度比显著降低(P<0.05)。Qi等[23]在实验中也观察到了相同的现象,这种变化可能是肠黏膜应对体内代谢紊乱及尿酸积累的适应性反应,也可能是慢性炎症或持续性损伤所导致的变化[55]。而在SCP营养干预下,小肠病理切片的形态学变化得到明显改善。总之,SCP营养干预恢复了高尿酸大鼠小肠的病理变化,使小肠绒毛长度、绒毛长度与隐窝深度之比恢复至与空白组无显著差异水平(P>0.05)。

值得注意的是,肠道病理切片所揭示的肠黏膜屏障损伤及局部炎症微环境,可能通过肾肠轴双向调控网络影响高尿酸血症的进展。肾肠轴可能通过代谢物交互、免疫炎症信号传导及微生物-宿主共代谢3条核心路径,成为高尿酸血症及其靶器官损伤的关键调控枢纽[52,56]。文献表明,叶酸通过修复肠道屏障完整性、调节肠道菌群组成及短链脂肪酸水平,抑制TLR4/NF-κB炎症通路活性,并下调肾脏尿酸转运蛋白表达,从而协同改善肾肠轴代谢-免疫交互失衡,减轻了高尿酸血症引起的肾肠损伤[49]。鼠李糖乳杆菌JY027通过增加肠道有益菌丰度,提升短链脂肪酸水平,并调节肾脏代谢物(精氨酸、牛磺酸等),经由肾肠轴降低尿酸水平,改善肾功能损伤,从而缓解高尿酸血症[57]。

3 结 论

本研究评估了SCP营养干预对高尿酸大鼠的影响,涉及尿酸水平、肝肾功能、XOR酶活性、转运蛋白的表达、炎症因子及肾肠病理变化。

SCP可通过抑制XOR活性减少尿酸的生成,并通过双向调节肾脏转运蛋白表达(URAT1减少/GLUT9减少/ABCG2增加)增强尿酸的排泄,实现血清尿酸水平正常化;SCP显著改善了高尿酸诱导的肝肾损伤,表现为血清肌酐、尿素氮及肝酶(ALT/AST)水平的降低,其机制与抑制ROS介导的氧化应激及脂质过氧化密切相关;SCP干预有效减轻了高尿酸导致的肾脏急性肾小管坏死、炎性细胞浸润及肠道绒毛结构破坏,并显著下调了促炎因子IL-1β、TNF-α的表达,揭示其抗炎作用对病理改善的贡献。

本研究表明,SCP具有一定的降尿酸活性,且无肝肾毒性风险。本研究旨在为开发天然降尿酸功能食品提供理论支撑,为甘蔗副产物综合利用提供新的思路。未来需进一步探寻SCP的最低起效浓度,并探索SCP中多酚组分的协同作用机制。

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Study on Urate-Lowering Effects of Sugarcane Polyphenol in Hyperuricemic Rats

LI Kexin 1, WANG Min1, WANG Yumei1, ZHAO Lin1, ZHANG Chengfeng2, XI Yu1, LI He1,*

(1.School of Food and Health, Beijing Technology and Business University/Key Laboratory of Green and Low-Carbon Processing Technology for Plant-Based Food of China National Light Industry Council, Beijing 100048,China;2.The Product Makers Co., Ltd., Shanghai 200444, China)

Abstract：Increasing dietary intake of bioactive substances with urate-lowering activity to prevent or alleviate hyperuricemia is a current research hotspot in the functional food field. Using a hyperuricemic rat model induced by hypoxanthine combined with potassium oxonate, the urate-lowering activity and multi-target regulatory effects of sugarcane polyphenols (SCP) were systematically evaluated. Experiments showed that SCP intervention (0.05 mg/g) significantly reduced serum uric acid level in hyperuricemic rats (P<0.05). The mechanism involved dual regulation of uric acid production and excretion. SCP inhibited hepatic xanthine oxidase activity to reduce uric acid synthesis, and modulated expression of renal urate transporters (URAT1, GLUT9 and ABCG2) to promote uric acid excretion. Furthermore, SCP significantly improved liver and kidney damage in hyperuricemic rats. Compared with the model group, serum blood urea nitrogen and creatinine levels decreased by 14.53% and 42.36% (P<0.05), while liver enzymes (ALT and AST) decreased by 15.84% and 17.07% (P<0.05). Pathological analysis revealed SCP intervention alleviated renal tubular necrosis, inflammatory cell infiltration, and structural damage to intestinal villi in hyperuricemic rats, while significantly suppressing renal expression of pro-inflammatory factors IL-1β and TNF-α (P<0.05). Results demonstrated SCP alleviated hyperuricemia-induced target organ damage through multi-target actions, namely “inhibiting production, promoting excretion, reducing inflammation”, providing theoretical reference for comprehensive utilization of sugarcane polyphenols as sugar production byproducts.

Keywords：hyperuricemia; sugarcane polyphenol; uric acid metabolism; renal injury; inflammation

中图分类号：TS201.4; TS209

文献标志码：A

doi：10.12301/spxb202500100

文章编号：2095-6002(2025)06-0206-13

引用格式：李柯欣, 王敏, 王玉梅, 等. 甘蔗多酚对高尿酸血症大鼠的降尿酸作用研究[J]. 食品科学技术学报,2025,43(6):206-218. LI Kexin,WANG Min,WANG Yumei, et al. Study on the urate-lowering effects of sugarcane polyphenol in hyperuricemic rats[J]. Journal of Food Science and Technology, 2025,43(6):206-218.

收稿日期：2025-02-24

基金项目：国家重点研发计划项目(2021YFD2100400)。

Foundation: National Key Research and Development Program of China (2021YFD2100400).

第一作者：李柯欣,女,硕士研究生,研究方向为甘蔗多酚的生物活性;

共同第一作者：王 敏,女,硕士研究生,研究方向为甘蔗多酚的生物活性。

*通信作者：李 赫,男,教授,博士,主要从事植物蛋白加工与营养食品开发方面的研究。

(责任编辑：叶红波)