Hesperidin enhances intestinal barrier function in Caco‐2 cell monolayers via AMPK‐mediated tight junction‐related proteins

Abstract

The intestinal epithelium is a single‐cell layer on the mucosal surface that absorbs food‐derived nutrients and functions as a barrier that protects mucosal integrity. Hesperidin (hesperetin‐7‐rhamnoglucoside) is a flavanone glycoside composed of the flavanone hesperetin and the disaccharide rutinose, which has various physiological benefits, including antioxidative, anti‐inflammatory, and antiallergic effects. Here, we used human intestinal Caco‐2 cell monolayers to examine the effect of hesperidin on intestinal barrier function. Hesperidin‐treated Caco‐2 cell monolayers displayed enhanced intestinal barrier integrity, as indicated by an increase in transepithelial electrical resistance (TEER) and a decreased apparent permeability (Papp) for fluorescein. Hesperidin elevated the mRNA and protein levels of occludin, MarvelD3, JAM‐1, claudin‐1, and claudin‐4, which are encoded by tight junction (TJ)‐related genes. Moreover, hesperidin significantly increased the phosphorylation of AMP‐activated protein kinase (AMPK), indicating improved intestinal barrier function. Thus, our results suggest that hesperidin enhances intestinal barrier function by increasing the expression of TJ‐related occludin, MarvelD3, JAM‐1, and claudin‐1 via AMPK activation in human intestinal Caco‐2 cells.

mTOR signaling pathway regulation HIF-1 α effects on LPS induced intestinal mucosal epithelial model damage

“…FD−4 is a marker of changes in intestinal permeability and the intestinal barrier [ 23 ]. TJ-related proteins, including ZO−1, occludin, and claudin−1, play important roles in maintaining intercellular connections and cell barriers [ 24 , 25 ]. Occludin plays an important role in maintaining the intestinal TEER, has adhesion functions, and serves as a fence.…”

“…Claudin−1 affects the permeability of intercellular substances, especially cations, forming a selective paracellular ion channel. ZO−1 binds to a variety of cytoskeletal proteins and plays a supporting role in TJs [ 24 , 25 ].…”

黄酮类化合物调控断奶仔猪肠黏膜屏障功能的研究进展

“…McAnlis 等 [64] 发现黄酮类化合物在非过渡金属依赖性氧化过程中也具有抗氧化能力。最新研 究表明，黄酮类化合物还能通过抑制核苷酸结合寡聚化结构域、富含亮氨酸重复序列基因家 族和含热蛋白(pyrin)结构域的蛋白 3(NOD-like receptors family pyrin domain containing 3, NLRP3)炎症小体活化，进而减轻氧化应激 [65] 。 图 1 黄酮类化合物抗氧化作用机制 LPS 诱导的断奶仔猪肠黏膜机械屏障损坏作用 [66] 。免疫荧光结果表明，副猪嗜血杆菌感染改 变了仔猪腹膜中紧密连接蛋白的分布，Occludin、ZO-1、Claudin-1 和 JAM-1 蛋白染色减少， 呈现碎片化；日粮添加 50 mg/kg 黄芩苷能显著改善紧密连接蛋白的染色紊乱；暗示黄芩苷 能有效缓解细菌诱导的紧密连接完整性的整体损伤 [67] 。DON 处理 IPEC-J2 细胞能显著降低细 胞跨膜电阻抗值(trans-epithelial resistance, TER)并引发氧化应激，20 µmol/L 槲皮素预处理细 胞能有效维持单层肠道细胞的完整性，维护肠道机械屏障并缓解氧化应激 [68] 。橙皮苷不仅 能够增加 DSS 诱导的小鼠结肠炎中 Occludin 和 ZO-1 的表达量；而且还能有效缓解 ZO-1 在 TNF-α/IFN-γ 诱导 Caco-2 细胞间连接处相对荧光密度降低和不连续造成的细胞形态损伤，恢 复肠道细胞机械屏障功能 [69] 。 研究发现，细胞内蛋白激酶 C(PKC)、PKA、PI3K/AKt、MAPK 和 Rho/Rho 相关蛋白激酶 (Rho-associated protein kinase, ROCK)信号通路等参与了紧密连接功能的调控 [70] 。在 LPS 诱导 Caco-2 细胞损伤模型中，绿原酸显著增加上皮细胞跨膜电阻(trans-epithelial electrical 表达 [71] 。橙皮苷通过激活 AMPK 介导的紧密连接相关蛋白(Occludin、JAM-1、Claudin-1 和 Claudin-4)表达增强 Caco-2 细胞单层膜的肠屏障功能 [72] 。 4.2 调节肠黏膜化学屏障功能 肠黏膜化学屏障主要由肠道分泌的各种消化酶、溶菌酶、黏蛋白、黏多糖和抗菌肽等化学物 质以及肠道微生物产生的抑菌物质组成，在维持肠道健康中发挥重要作用 [73] 。研究发现， 柑橘类黄酮(槲皮素和橙皮苷)能调控肠道黏蛋白和消化酶的表达和分泌，表现出潜在的肠 黏膜化学屏障保护作用 [74] 。 日粮添加 100 mg/kg 葡萄籽原花青素增强断奶仔猪空肠黏膜上皮 麦芽糖酶和蔗糖酶活性，而高浓度原花青素则抑制脂肪酶和淀粉酶的活性，暗示黄酮类化合 物在合适的剂量范围内能促进肠黏膜上皮刷状缘酶活性 [75] 。Paniagua 等 [76] 采用柑橘类黄酮 替代日粮氧化锌方案， 显著提高了断奶仔猪的体重和平均日增重， 肠黏膜化学屏障相关基因， 黏蛋白 13(mucin 13, Muc13)，蔗糖酶异麦芽糖酶(sucrase-isomaltase, SI)、组胺 N-甲基转移酶 (histamine N-methyltransferase, HNMT)、胰高血糖素(glucagon, GCG)和二胺氧化酶(diamine oxidase, DAO1)等消化酶，及营养素转运(SLC13A1 和 SLC15A1)转录水平显著升高，表明柑橘 类黄酮可通过改善肠黏膜化学屏障最大限度地减少日粮中多种抗菌物质(氧化锌和抗生素) 的使用。橙皮苷通过上调肠黏膜上皮中 Muc2 的表达水平来维持化学屏障功能，减轻小鼠的 结肠炎症状 [77] 。黄酮类化合物还能通过上调肠上皮细胞胰高血糖素样肽-2(glucagon-like peptide-2，GLP-2)表达水平来改善肠黏膜化学屏障功能 [78] 。 Song 等 [71] 发现绿原酸通过抑制葡萄糖调节蛋白 78 (78-kDa glucose-regulated protein, GRP78)、 C/EBP 同源蛋白(C/EBP homologous protein, CHOP)等内质网标记物的蛋白表达水平和激活转 录因子 6 (activating transcription factor 6, ATF6)的核易位， 从而促进黏蛋白 2 (mucin-2, Muc2)， Muc5AC 和分泌因子三叶因子家族 3 (trefoil factor 3, TFF3)蛋白的表达，缓解 LPS 诱导的肠道 细胞(Caco-2 和 LS174T)内质网应激。槲皮素通过 PLC/PKC/ERK1-2 信号通路诱导 LS174T 细胞 (人肠杯状样细胞系)两种主要肠黏蛋白 Muc2 和 Muc5AC 的分泌 [79] 。Klepsch 等 [80] 报道 (interleukin，IL)、干扰素(interferon，IFN)和免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)等因子来激活肠 道免疫系统， 进而大量合成促炎因子引发炎症， 对肠黏膜结构完整性和 IECs 功能造成损伤 [81] 。 日粮添加 150 mg/kg 甘草黄酮通过降低断奶仔猪十二指肠 IL-1β、 IL-8 和诱导型一氧化氮合酶 (INOS)的 mRNA 丰度，改善生长性能和肠黏膜屏障功能 [31] 。日粮添加 1000 mg/kg 绿原酸可 能通过抑制 TLR4/NF-κB 信号通路和激活 Nrf2/HO-1 信号通路上调 Toll 作用蛋白(toll-interacting protein, Tollip)和细胞因子信号传导抑制蛋白 1(suppressor of cytokine signaling 1, SOCS1)相对 表达水平，下调空肠和回肠黏膜中关键炎症因子，如 IL-1β、IL-6、TNF-α 和 NF-κB 的表达水 平来维护断奶仔猪肠黏膜免疫屏障 [82] 。一系列研究证实，黄酮类化合物对 LPS 诱导 IPEC-J...…”