DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-024-00367-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39747094
تاريخ النشر: 2025-01-02
المؤلف: Xuan-Ying Xin وآخرون
الموضوع الرئيسي: مرض الأمعاء الالتهابي
نظرة عامة
تستكشف هذه القسم الخصائص المضادة للالتهابات لببتيدات الكولاجين المستمدة من جلد السمك، مع التركيز على آثارها العلاجية المحتملة ضد التهاب القولون التقرحي (UC). أظهرت الدراسات في المختبر أن هذه الببتيدات تثبط إفراز السيتوكينات المؤيدة للالتهابات وتقلل من الإجهاد التأكسدي. أظهرت التجارب الحية تحسنات ملحوظة، بما في ذلك تقليل تلف أنسجة القولون، وتعديل مستويات السيتوكينات في المصل، وزيادة التعبير عن بروتينات الوصل الضيق مثل ZO-1 وOccludin وClaudin-1. بالإضافة إلى ذلك، حسنت ببتيدات الكولاجين من ميكروبيوم الأمعاء من خلال زيادة البكتيريا المفيدة وتقليل الضارة، بينما تثبط أيضًا الأحداث الرئيسية للفوسفات في مسار إشارة NF-κB/MAPK.
تشير النتائج إلى أن ببتيدات الكولاجين يمكن أن تكون مرشحة واعدة لإدارة UC، خاصةً بالنظر إلى الزيادة في إنتاج جلد السمك كمنتج ثانوي لصناعة الصيد. لا يقدم هذا فقط فرصة لاستغلال مورد قيم ولكنه يعالج أيضًا المخاوف البيئية المرتبطة بالنفايات. جلد السمك غني بالعناصر الغذائية الأساسية، بما في ذلك البروتينات والفيتامينات والأحماض الدهنية غير المشبعة، والتي تعتبر ضرورية للعديد من الوظائف الفسيولوجية. نظرًا للقيود والآثار الجانبية لعلاجات UC التقليدية، قد يوفر تطوير الأطعمة الوظيفية التي تحتوي على ببتيدات الكولاجين بديلاً أكثر أمانًا لتعديل الالتهاب.
طرق البحث
تحدد قسم الطرق في ورقة البحث المواد والإجراءات التجريبية المستخدمة للتحقيق في آثار ببتيدات الكولاجين المستمدة من جلد السمك على الالتهاب والتهاب القولون التقرحي (UC) في المختبر وفي الكائنات الحية. تم الحصول على جلد السمك ومجموعة متنوعة من الكواشف الكيميائية الحيوية من عدة موردين، بما في ذلك Solaibao Biotechnology وGibco. استخدمت الدراسة خلايا RAW264.7 لتقييم تأثير ببتيدات الكولاجين على إفراز أكسيد النيتريك (NO) وإفراز السيتوكينات بعد تحفيز الليببوليسكاريد (LPS). تم استخدام طريقة كاشف Griess لقياس مستويات NO، بينما قامت اختبارات ELISA بتحديد كميات السيتوكينات مثل TNF-α وIL-6 وIL-1β. بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم مستويات الأنواع التفاعلية للأكسجين (ROS) وأنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة (SOD وMDA وGSH-Px) باستخدام المجهر الفلوري ومجموعات الكشف المحددة.
في نموذج الحيوان، تم تقسيم خمسين فأرًا من نوع Babl/c إلى خمس مجموعات لتقييم الإمكانات العلاجية لببتيدات الكولاجين ضد UC الناتج عن DSS. تلقت الفئران جرعات متفاوتة من ببتيدات الكولاجين والميزالازين، مع مراقبة نشاط المرض من خلال وزن الجسم، وتناسق البراز، وتحليل الدم الخفي في البراز. عند الانتهاء من الدراسة، تم جمع عينات من المصل وأنسجة القولون لمزيد من التحليل، بما في ذلك قياس علامات الالتهاب (IL-6 وTNF-α وIL-10) والفحص النسيجي لأنسجة القولون عبر صبغة الهيماتوكسيليين-إيوزين. تم تقييم التعبير عن بروتينات الوصل الضيق (ZO-1 وOccludin وClaudin-1) وبروتينات الإشارة الرئيسية في مسار NF-κB/MAPK باستخدام الكيمياء المناعية وWestern blotting، على التوالي، لتوضيح الآليات الأساسية لببتيدات الكولاجين في تخفيف الالتهاب وتعزيز صحة الأمعاء.
النتائج
تشير نتائج توصيف ببتيدات الكولاجين إلى أنها تظهر قمم امتصاص نموذجية للكولاجين من النوع الأول، كما يتضح من التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء. من الجدير بالذكر أن قمة الأميد A عند حوالي 3342.64 سم\(^{-1}\) تشير إلى وجود روابط هيدروجينية، بينما تؤكد القمم للأميدات B وI وII وIII احتفاظ الببتيد بهياكله الثلاثية والثانوية. يدعم طيف الامتصاص فوق البنفسجي أيضًا تحديد الكولاجين من النوع الأول، مع قمة بارزة بالقرب من 235 نانومتر، مما يدل على هيكله الحلزوني الثلاثي. تكشف مطيافية الكتلة عالية الدقة عن نطاق الوزن الجزيئي من 600 دالتون إلى 1000 دالتون للببتيدات، مع قمم نسبة الكتلة إلى الشحنة الكبيرة التي تتوافق مع شظايا ببتيد مختلفة، بما في ذلك ثنائي الببتيدات وسلاسل أطول.
تظهر الاختبارات في المختبر أن ببتيدات الكولاجين المستمدة من جلد السمك تثبط بشكل فعال إنتاج الوسائط الالتهابية في خلايا RAW264.7 المنشطة بـ LPS دون التأثير على حيوية الخلايا. وُجد أن التركيز الأمثل للحفاظ على حيوية الخلايا يتراوح بين 25 و100 ميكروغرام/مل. أدى العلاج بببتيدات الكولاجين إلى تقليل مستويات أكسيد النيتريك (NO) وإفراز السيتوكينات المؤيدة للالتهابات، بما في ذلك إنترلوكين-1β (IL-1β) وإنترلوكين-6 (IL-6) وعامل نخر الورم-α (TNF-α)، بطريقة تعتمد على الجرعة. تشير هذه النتائج إلى أن ببتيدات الكولاجين تمتلك خصائص مضادة للالتهابات، مما يخفف من الاستجابة الالتهابية الناتجة عن LPS وقد تقدم فوائد علاجية في إدارة الالتهاب.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الدور المزدوج للإجهاد التأكسدي والالتهاب في التهاب القولون التقرحي (UC)، مع التأكيد على دورة مفرغة حيث ينشط الإجهاد التأكسدي الالتهاب، مما يؤدي بدوره إلى تفاقم الإجهاد التأكسدي. توضح الدراسة أن ببتيدات الكولاجين المستمدة من جلد السمك تقلل بشكل كبير من مستويات الأنواع التفاعلية للأكسجين (ROS) وتخفف من الضرر التأكسدي في خلايا RAW264.7 المنشطة بـ LPS. على وجه التحديد، أدى علاج ببتيدات الكولاجين إلى انخفاض ملحوظ في إنتاج المالونديالديهايد (MDA) وزيادة في مستويات إنزيمات مضادات الأكسدة، مثل سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD) وبيروكسي داز الغلوتاثيون (GSH-Px)، مما يشير إلى آثارها الواقية ضد الإجهاد التأكسدي.
أكدت التجارب الحية أيضًا الإمكانات العلاجية لببتيدات الكولاجين في نموذج فأر UC الناتج عن DSS. حسّن العلاج بببتيدات الكولاجين من وزن الجسم وطول القولون ودرجات مؤشر نشاط المرض (DAI)، بينما قلل أيضًا من السيتوكينات الالتهابية (IL-6 وTNF-α) وزاد من مستويات السيتوكين المضاد للالتهابات IL-10. كما كشفت الدراسة أن ببتيدات الكولاجين استعادت التعبير عن بروتينات الوصل الضيق (ZO-1 وOccludin وClaudin-1)، مما يحسن من وظيفة حاجز الأمعاء. بالإضافة إلى ذلك، تثبط ببتيدات الكولاجين تنشيط مسار إشارة NF-κB/MAPK، الذي يعد حاسمًا في الوساطة للاستجابات الالتهابية. تشير النتائج إلى أن ببتيدات الكولاجين لا تظهر فقط خصائص مضادة للالتهابات ومضادة للأكسدة ولكن تلعب أيضًا دورًا كبيرًا في تعديل ميكروبيوم الأمعاء، مما يقدم استراتيجية علاجية واعدة لإدارة UC. هناك حاجة لمزيد من البحث لتوضيح الآليات الجزيئية الدقيقة التي تكمن وراء هذه التأثيرات.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-024-00367-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39747094
Publication Date: 2025-01-02
Author(s): Xuan-Ying Xin et al.
Primary Topic: Inflammatory Bowel Disease
Overview
This section investigates the anti-inflammatory properties of collagen peptides derived from cod skin, focusing on their potential therapeutic effects against ulcerative colitis (UC). In vitro studies revealed that these peptides inhibit the secretion of pro-inflammatory cytokines and reduce oxidative stress. In vivo experiments demonstrated significant improvements, including reduced colonic tissue damage, modulation of serum cytokine levels, and enhanced expression of tight junction proteins such as ZO-1, Occludin, and Claudin-1. Additionally, collagen peptides improved gut microbiota by increasing beneficial bacteria and decreasing harmful ones, while also inhibiting key phosphorylation events in the NF-κB/MAPK signaling pathway.
The findings suggest that collagen peptides could be promising candidates for managing UC, particularly given the increasing production of cod skin as a by-product of the fishing industry. This not only presents an opportunity to utilize a valuable resource but also addresses environmental concerns associated with waste. Cod skin is rich in essential nutrients, including proteins, vitamins, and unsaturated fatty acids, which are vital for various physiological functions. Given the limitations and side effects of conventional UC treatments, the development of functional foods containing collagen peptides may offer a safer alternative for inflammation modulation.
Methods
The methods section of the research paper outlines the materials and experimental procedures used to investigate the effects of collagen peptides derived from cod skin on inflammation and ulcerative colitis (UC) in vitro and in vivo. Cod skin and various biochemical reagents were sourced from multiple suppliers, including Solaibao Biotechnology and Gibco. The study utilized RAW264.7 cells to assess the impact of collagen peptides on nitric oxide (NO) release and cytokine secretion following lipopolysaccharide (LPS) stimulation. The Griess reagent method was employed to measure NO levels, while enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) quantified cytokines such as TNF-α, IL-6, and IL-1β. Additionally, reactive oxygen species (ROS) levels and antioxidant enzyme activities (SOD, MDA, GSH-Px) were evaluated using fluorescence microscopy and specific detection kits.
In the animal model, fifty male Babl/c mice were divided into five groups to assess the therapeutic potential of collagen peptides against DSS-induced UC. The mice received varying doses of collagen peptides and mesalazine, with disease activity monitored through body weight, stool consistency, and fecal occult blood analysis. On completion of the study, serum and colon tissue samples were collected for further analysis, including the measurement of inflammatory markers (IL-6, TNF-α, IL-10) and histological examination of colon tissues via hematoxylin-eosin staining. The expression of tight junction proteins (ZO-1, Occludin, Claudin-1) and key signaling proteins in the NF-κB/MAPK pathway were assessed using immunohistochemistry and Western blotting, respectively, to elucidate the underlying mechanisms of collagen peptides in mitigating inflammation and promoting gut health.
Results
The results of the characterization of collagen peptides indicate that they exhibit the characteristic absorption peaks of type I collagen, as evidenced by infrared spectroscopy. Notably, the amide A peak at approximately 3342.64 cm\(^{-1}\) suggests the presence of hydrogen bonds, while the peaks for amides B, I, II, and III confirm the retention of the peptide’s tertiary and secondary structures. The UV absorption spectrum further supports the identification of type I collagen, with a prominent peak near 235 nm, indicative of its triple helix structure. High-resolution mass spectrometry reveals a molecular weight range of 600 Da to 1000 Da for the peptides, with significant mass-to-charge ratio peaks corresponding to various peptide fragments, including dipeptides and longer chains.
In vitro assays demonstrate that collagen peptides derived from cod skin effectively suppress the production of inflammatory mediators in LPS-activated RAW264.7 cells without compromising cell viability. The optimal concentration for maintaining cell viability was found to be between 25 and 100 μg/mL. Treatment with collagen peptides significantly reduced nitric oxide (NO) levels and the secretion of pro-inflammatory cytokines, including interleukin-1β (IL-1β), interleukin-6 (IL-6), and tumor necrosis factor-α (TNF-α), in a dose-dependent manner. These findings suggest that collagen peptides possess anti-inflammatory properties, mitigating the inflammatory response induced by LPS and potentially offering therapeutic benefits in managing inflammation.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the dual role of oxidative stress and inflammation in ulcerative colitis (UC), emphasizing a vicious cycle where oxidative stress activates inflammation, which in turn exacerbates oxidative stress. The study demonstrates that collagen peptides derived from cod skin significantly reduce reactive oxygen species (ROS) levels and mitigate oxidative damage in LPS-stimulated RAW264.7 cells. Specifically, collagen peptides treatment led to a marked decrease in malondialdehyde (MDA) production and an increase in antioxidant enzyme levels, such as superoxide dismutase (SOD) and glutathione peroxidase (GSH-Px), indicating their protective effects against oxidative stress.
In vivo experiments further confirmed the therapeutic potential of collagen peptides in a DSS-induced UC mouse model. Treatment with collagen peptides improved body weight, colon length, and disease activity index (DAI) scores, while also reducing inflammatory cytokines (IL-6, TNF-α) and enhancing the levels of the anti-inflammatory cytokine IL-10. The study also revealed that collagen peptides restored the expression of tight junction proteins (ZO-1, Occludin, Claudin-1), thereby improving intestinal barrier function. Additionally, collagen peptides inhibited the activation of the NF-κB/MAPK signaling pathway, which is crucial for mediating inflammatory responses. The findings suggest that collagen peptides not only exhibit anti-inflammatory and antioxidant properties but also play a significant role in modulating gut microbiota, thereby offering a promising therapeutic strategy for managing UC. Further research is warranted to elucidate the precise molecular mechanisms underlying these effects.