膳食核酸除作为核酸合成底物外,还具有生理学效应;然而,其在小肠中被吸收的确切分子形式仍不明确。本研究采用液相色谱-串联质谱(LC–MS/MS),对口服给药后透过肠膜的31种核酸单体进行全面定量,从而考察食源性DNA的吸收形式。将水解的大马哈鱼属(Oncorhynchus)精巢DNA(HD-omDNA;主要由1–4聚体核苷酸组成)、脱氧核糖核苷酸(dNTs)和脱氧核糖核苷(dNSs)口服给予小鼠,并采集尾静脉、主动脉和门静脉血样。研究人员还采用Ussing室(Ussing chamber)方法评估肠道通透。口服给予HD-omDNA、dNTs或dNSs后,血浆中嘧啶类dNSs——如胸苷、脱氧尿苷和脱氧胞苷——水平均升高,表明它们是高分子DNA吸收入体循环的主要形式。与载体对照相比,这些嘧啶类dNSs在门静脉中的浓度升高,证实其经肠道吸收。相反,嘌呤核酸单体被代谢为尿酸,这一点可由与黄嘌呤氧化酶(XO)抑制剂非布司他(febuxostat)合并给药后,其前体次黄嘌呤和黄嘌呤在门静脉中的浓度升高所指示。值得注意的是,二核苷酸在体内门静脉血浆以及Ussing室实验的基底外侧均可检测到,提示二核苷酸是此前未被识别的HD-omDNA吸收形式。综上所述,这些结果表明,膳食DNA主要以嘧啶类dNSs形式透过肠道,而二核苷酸也是一种吸收形式,揭示了膳食脱氧核糖核苷酸和寡脱氧核苷酸独特的吸收特征。
该文发表于《Journal of Nutrition and Metabolism》,围绕“膳食DNA究竟以何种分子形式穿越肠上皮并进入体内循环”这一长期未明的问题展开。核酸不仅是DNA和RNA的结构单位,而且参与生物能量代谢与信号转导。尽管机体可通过从头合成途径生成核苷酸,但该过程能量消耗较高,因此来源于内源性降解或食物摄入的核酸衍生物回收利用同样重要。既往研究已显示,鲑鱼精巢来源DNA具有改善学习记忆、减轻酒精性肝损伤等生理作用,提示其消化后产物可能经胃肠道吸收并分布至肝、脑等靶器官。然而,食源性DNA在体内真实的吸收分子种类,过去主要依赖转运体表达推断或放射性示踪观察,难以区分具体代谢中间体,因而缺乏直接而系统的体内证据。基于此,研究人员以鲑鱼精巢DNA及其水解产物为对象,结合体内给药、门静脉采血、离体肠组织转运实验与质谱定量,系统解析膳食脱氧核酸的肠道吸收形式。
从研究设计看,论文首先比较原始omDNA、水解omDNA(HD-omDNA)、脱氧核糖核苷酸混合物(dNT mixture)及脱氧核糖核苷混合物(dNS mixture)口服后的血浆核酸相关代谢物变化,以识别进入循环的主要分子。随后,研究人员采集门静脉与腹主动脉血样,区分肠道吸收与全身分布环节。针对嘌呤组分在体内可能迅速代谢为尿酸的问题,又引入黄嘌呤氧化酶(XO)抑制剂非布司他(febuxostat)进行联合给药,以追踪嘌呤来源吸收后代谢去向。进一步地,研究人员应用Ussing室体系直接评价小肠黏膜跨上皮转运,并借助LC–MS/MS与LC–TOF/MS分别检测核酸单体和二核苷酸,从而补足传统“仅核苷可吸收”假说的证据缺口。研究最终得出两点核心结论:其一,膳食DNA主要并非以高聚核酸本身进入循环,而是主要以嘧啶类脱氧核苷形式吸收;其二,除单体产物外,二核苷酸也能够穿越肠上皮,是一种此前未被充分认识的吸收形式。该研究的重要意义在于,它从体内实证层面更新了膳食脱氧核酸吸收模式的认识,也为口服核酸营养制剂及核酸类递送策略提供了基础依据。
主要技术方法概括如下:研究人员以7周龄ICR雄性小鼠为模型,口服给予omDNA、HD-omDNA、dNTs、dNSs及单一脱氧核苷,并分别采集尾静脉、门静脉和腹主动脉血样;采用液相色谱-串联质谱(LC–MS/MS)定量31种核酸单体,采用液相色谱-飞行时间质谱(LC–TOF/MS)检测二核苷酸;通过黄嘌呤氧化酶(XO)抑制剂非布司他联用策略解析嘌呤代谢去路;采用Ussing室离体肠组织跨膜转运实验验证肠上皮通透;并制备
13 C
15 N标记DNA用于补充转运分析。
以下结合结果部分各小标题进行解读。
1. 高分子omDNA与低分子HD-omDNA口服后吸收入血形式的比较
研究首先比较原始omDNA与经酶水解后低分子化的HD-omDNA在口服后的吸收表现。结果显示,原始高分子omDNA并未像低分子化产物那样显著提高血浆中相关核酸衍生物水平,而HD-omDNA能够更明显地引起血浆中若干脱氧核苷,尤其是嘧啶类脱氧核苷水平上升。该结果说明,高分子DNA并非以完整形式高效进入循环,而需要先在消化道内降解为较低分子量组分后才更易被吸收。由此奠定了后续将HD-omDNA作为主要研究对象、追踪其具体吸收分子形式的基础。
2. 口服HD-omDNA、dNTs与dNSs后,主要升高的是嘧啶类脱氧核苷
研究人员对口服给药后血浆中的31种核酸单体进行系统定量,发现无论给予HD-omDNA、dNT混合物还是dNS混合物,升高最一致、最显著的并非脱氧核苷酸本身,而是胸苷、脱氧尿苷和脱氧胞苷等嘧啶类dNSs。该结果表明,含有多聚或寡聚结构的食源性DNA,经消化道处理后,最终进入体循环的主要可检形式是嘧啶类脱氧核苷,而非原始DNA链、也非等比例的全部核酸单体。这一发现从体内定量角度支持了“核苷是重要吸收形式”这一观点,但同时又显示吸收具有明显碱基类别偏向性。
3. 门静脉检测证实嘧啶类脱氧核苷来源于肠道吸收
为确认上述血浆升高不是远端组织代谢的间接结果,研究进一步检测了门静脉血。结果显示,与载体对照相比,胸苷、脱氧尿苷和脱氧胞苷在门静脉中的浓度升高,提示这些分子在肠道吸收后首先经门静脉进入肝脏前循环。通过门静脉这一关键取样位点,研究较为直接地证明了嘧啶类dNSs确为肠上皮转运产物,而不仅是全身循环中的继发代谢物。
4. 嘌呤核酸组分主要被转化为尿酸代谢通路产物
与嘧啶组分不同,嘌呤相关单体在常规条件下并未以相同方式明显累积于门静脉或外周血中。研究人员据此进一步考虑嘌呤被快速分解代谢的可能。联合应用XO抑制剂非布司他后,HD-omDNA或嘌呤脱氧核苷给药可导致门静脉中次黄嘌呤和黄嘌呤升高,从而提示嘌呤来源核酸单体在吸收后迅速进入尿酸生成途径。该结果说明,膳食DNA中嘌呤部分并非不被吸收,而是其吸收后命运更偏向分解代谢,因此难以直接以原型脱氧核苷形式在循环中检出。
5. 二核苷酸是HD-omDNA此前未被识别的吸收形式
论文最具新意的发现之一,是在体内门静脉血浆以及离体Ussing室基底外侧液中均检测到二核苷酸。传统观点通常认为,核酸需充分水解为核苷或核碱基后才能被肠道吸收,而该研究通过直接检测证明,至少部分二聚体水平的寡脱氧核苷酸可跨越肠上皮屏障。由于该结果同时在体内与离体体系中得到支持,因此不仅说明二核苷酸确有跨膜转运可能,也提示食源性DNA吸收并不完全遵循“彻底水解后单体吸收”的单一路径。
6. Ussing室实验支持肠上皮跨膜转运结论
研究人员采用Ussing室方法,在小鼠离体肠组织上直接观察HD-omDNA及相关组分从顶端侧向基底外侧的转运。结果与体内实验整体一致:嘧啶类脱氧核苷可作为重要跨膜产物被检测到,而二核苷酸同样出现在基底外侧。该实验从机制层面补强了门静脉数据,表明相关分子确实能够通过肠黏膜屏障,而非仅在肠腔内或采样过程中形成。
综合讨论部分,论文强调膳食DNA的肠道吸收具有选择性与多层次性。首先,高分子DNA并不是主要直接吸收形式,消化降解过程对其生物利用至关重要。其次,嘧啶类脱氧核苷是进入体循环的主要可检测形式,提示相关转运体系统或代谢稳定性对其吸收更为有利。再次,嘌呤部分虽未以原型形式明显富集,但通过XO抑制后的次黄嘌呤与黄嘌呤积累可以看出,其吸收后迅速进入尿酸代谢途径。最后,二核苷酸的发现突破了传统认知,说明膳食来源寡脱氧核苷酸可在部分保留低聚结构的情况下穿越肠道。该研究因此拓展了对核酸营养吸收生物学的理解,也为解释某些食源性DNA的全身生理效应提供了物质基础。
研究结论部分可译为:综上所述,研究结果表明,膳食DNA主要以嘧啶类脱氧核苷(dNSs)形式透过肠道进入体内循环;与此同时,二核苷酸也是一种可被吸收的分子形式。上述发现揭示了膳食脱氧核糖核苷酸(dNTs)与寡脱氧核苷酸在胃肠道吸收方面的独特特征。
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