基于多组学的鲟鱼鳔胶原蛋白肽延缓衰老作用及分子机制研究

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史氏鲟(Acipenser schrenckii)具有独特的饮食特性、经济以及生态价值,在世界范围内被广泛养殖,但随着鲟鱼养殖量的逐年增加,大量的加工废弃物造成了严重的资源浪费与环境污染。鱼鳔是鲟鱼加工主要的废弃物之一,其干制品又名花胶,在中医记载中具有补肾益精、滋养筋脉、延缓衰老等功效,但其功效及分子机制尚未被现代科学研究所证实,导致其市场应用仍备受争议。本文以鲟鱼鳔为原料制备胶原蛋白肽(CPs),利用高通量多组学技术研究CPs延缓秀丽隐杆线虫衰老作用及分子机制和调控小鼠肠道微生物的作用。主要内容及结果如下:(1)以鲟鱼鳔胶原蛋白为原料,通过生物定向酶解制备CPs,通过凝胶渗透色谱测得其平均分子量为552 Da,其中54.35%的肽段分布于180-500 Da,30.34%的肽段分布于500-1000 Da,游离氨基酸占4.67%;利用De novo多肽组学测序技术,鉴定出CPs中共407种肽段,具有典型的胶原蛋白氨基酸序列(G-X-Y),肽链C端均为K或R,与胰蛋白酶酶切位点一致;通过比对NCBI数据库,其含量前100种序列对史氏鲟I型胶原蛋白α1链和α2链的覆盖率分别为68.4%和64.8%。(2)CPs(25 mg/mL)可延长野生型秀丽线虫平均寿命22.60%,可增加体长24.41%,提高正弦运动频率25.00%,抑制脂褐素积累15.08%;在H2O2氧化应激后48 h,CPs提高存活率40.06%;CPs降低体内ROS积累22.80%,提高超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽S-转移酶的活性52.30%、62.40%和135.70%,降低过氧化产物丙二醛含量60.80%,抑制细胞凋亡率44.50%;CPs在Na Cl高渗透压12 h应激条件下,提高存活率64.70%,提升屏障功能38.70%。这表明,CPs可通过提高秀丽线虫机体抗氧化能力及屏障功能,增强环境应激能力,延缓衰老进程。(3)利用转录组学技术发现25 mg/mL CPs处理秀丽线虫12 d,存在1610个差异表达基因,其中上调234个,下调1376个;经GO分析发现,差异表达基因的功能多富集于细胞过程、代谢过程和生物调节过程,结合功能和催化活性,以及膜、细胞和细胞器组成;通过KEGG分析发现,CPs通过调控MAPK信号通路、IIS信号通路、脂质代谢等途径,可直接或间接提高应激能力、抑制异常蛋白质聚集、提升油酸水平,从而延长秀丽线虫的寿命。(4)通过C57BL/6J小鼠12个月的饲喂实验发现,在CPs添加量为4.86g/kg bw·d或替代量为2.39 g/kg bw·d时,未发现任何毒副作用;利用肠道微生物组学技术发现,与CK组相比,有益菌Bacilli、Clostridiales在CPs添加(≤4.86g/kg bw·d)组中显著富集,Campilobacterota、Deferribacterota、Tuzzerella、Helicobacter等致病菌在CPs替代(>2.39 g/kg bw·d)组中富集丰度显著提高;CPs添加组(4.86 g/kg bw·d)在转录、运输和分解代谢、消化系统、氨基酸代谢、其他次生代谢产物的生物合成、碳水化合物代谢、能量代谢、核苷酸代谢和异生物素的生物降解等功能途径中的富集量显著高于CK组。这表明,CPs可通过提升机体防御、消化系统以及对外源毒素的有效降解,增强宿主免疫和代谢功能,保护机体健康,延缓机体衰老。
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