《食品科學》：浙江大學趙敏潔副研究員等：月桂酸單甘油酯對生長期大鼠的骨生長促進作用及機制

骨骼是負責運動、支持和保護身體的重要器官，在生命周期中不斷發生變化，其正常生長發育依賴于骨代謝的穩態。骨代謝異常所導致最常見的疾病為骨質疏松癥。近年來研究發現，多種維生素類、蛋白質類、碳水化合物類等功能性食品原料可作為膳食補充劑在促進成骨、預防骨質疏松方面發揮良好作用。月桂酸單甘油酯（GML）可以顯著提高水產品和畜禽等的生長性能和免疫力，還可以改善小鼠腸道菌群結構，提高腸道有益菌的相對豐度。近年來，骨微生物學相關研究表明，腸道菌群發酵碳水化合物生成的短鏈脂肪酸可以改善炎癥微環境、減少骨量流失；還可以通過影響內分泌環境（包括性激素、生長因子等水平及活性）參與骨代謝調節。

浙江大學生物系統工程與食品科學學院的顏恒、陳嫣、趙敏潔*等以生長期大鼠為研究模型（對應于人類青少年時期），通過分析其脛骨長度、指數及骨組織形態、股骨生物力學指標，評價膳食補充750 mg/kg GML對大鼠骨生長的影響；隨后通過測定鈣磷代謝指標、血清中骨代謝相關生化指標，分析腸道菌群組成及短鏈脂肪酸含量，探究GML促進大鼠骨生長的作用機制，以期為GML作為膳食補充劑應用于改善骨骼生長的食品開發提供理論基礎。

1 GML對大鼠生長指標及脛骨長度、脛骨指數的影響

大鼠生長指標可以反映機體的生長發育狀況。由圖1可知，與NC組相比，GL組大鼠的體質量、平均攝食量和臟器系數均無顯著差異；NC組大鼠脛骨長度和脛骨指數分別為（36.96±0.59）cm和（0.15±0.01）%，GL組脛骨長度和脛骨指數分別為（38.03±0.85）cm和（0.18±0.01）%，均顯著高于NC組（P＜0.05）。這說明膳食補充750 mg/kg GML不會顯著改變大鼠的基本生長性能，但能夠顯著促進脛骨的生長發育。

2 GML對大鼠脛骨組織形態的影響

在觀察到GL組大鼠脛骨顯著生長的基礎上，進一步觀察脛骨組織形態，分別利用TRAP染色和HE染色對大鼠松質骨（骨小梁）和皮質骨形態進行比較，發現NC組與GL組之間沒有顯著差異（圖2A、B）。隨后對骨小梁和皮質骨結構參數進行分析，結果如圖2C～F所示。盡管與NC組相比，GL組大鼠的骨小梁厚度顯著減小（

P

＜0.05），但其骨小梁數量高于NC組。NC組與GL組大鼠的骨小梁面積百分數和骨小梁分離度沒有顯著差異；皮質骨結構參數也未出現顯著差異 。

骨結構參數中，骨小梁面積百分數可以直接反映骨量，骨小梁厚度、骨小梁數量和骨小梁分離度可以反映骨小梁形態結構，骨小梁厚度越大、數量越多，則骨量越多，而骨小梁分離度越大，骨越疏松；骨髓腔面積、皮質骨面積、皮質骨周長和皮質骨厚度可以反映皮質骨骨量及其形態結構，骨髓腔面積增大，皮質骨面積、周長及厚度減少，則說明皮質骨骨量減少，可能發生結構退變。本實驗的結果表明，膳食補充GML在促進骨骼伸長、增加骨指數的同時，不會導致脛骨骨量和結構發生退變。

3 GML對大鼠股骨生物力學參數的影響

在下肢活動中，股骨具有重要的生物力學作用，最大載荷、抗彎強度、斷裂撓度和彈性模量能夠反映股骨生物力學性能情況。由圖3可知，與NC組相比，GL組大鼠的股骨最大載荷顯著增加（

P

＜0.05），股骨彈性模量高度顯著增加（

P

＜0.001）；GL組與NC組的股骨抗彎強度無顯著差異，但GL組有增加的趨勢。結果表明，膳食補充750 mg/kg的GML能夠使大鼠的股骨力學性能增強、負載能力增強。脛骨和股骨是大鼠后肢骨結構中重要的兩段骨骼，脛骨長度、脛骨指數的增加和股骨生物力學性能的增強共同表明，膳食補充GML能夠在不顯著改變脛骨骨量和結構退變的基礎上促進大鼠后肢骨骼的生長和生物力學性能的增強。基于此發現，對膳食補充GML促進骨生長的作用進行機制探究 。

4 GML對大鼠鈣磷代謝的影響

由表1可知，與NC組相比，GL組血清中PTH水平顯著升高（

P

＜0.05），股骨中磷含量顯著降低（

P

＜0.05），但血清中鈣磷水平及股骨中鈣含量未出現顯著變化 。

鈣磷代謝與骨代謝息息相關。鈣和磷是體內最豐富的兩種礦物質，是構成骨骼的主要成分，在體內主要存在于骨礦鹽結晶中，其余主要分布在體液中。PTH則是調控血液和骨骼中鈣、磷含量的激素，如血液中鈣離子濃度降低，可刺激PTH的分泌，維持正常的血鈣狀態。因此，推測是由于股骨中磷含量的顯著降低及其他指標水平的降低，引起PTH水平顯著升高，即PTH正常發揮調控作用，維持機體鈣磷代謝平衡，未對骨生長發育產生顯著影響。

5 GML對大鼠骨代謝相關血清生化指標的影響

由表2可知，相較于NC組，GL組血清中CTX-I和PINP的質量濃度無顯著變化，但GH、IGF-1和TGF-β1的質量濃度均極顯著增加（

P

＜0.01、

P

＜0.001） 。

骨是具有新陳代謝的活組織，骨代謝相關生化指標包括骨形成、骨吸收標志物、激素與細胞因子等，血液或尿液中骨轉化指標的變化在一定程度上能夠反映全身骨骼代謝動態情況。PINP是骨形成標志物，當骨骼、軟組織或皮膚合成I型膠原時，I型前膠原羧基端原肽和PINP被剪切從而進入血液，其水平能夠反映骨轉換情況以及I型膠原的合成速率；CTX-I是骨吸收標志物，是使用最廣泛的膠原降解標志物，其表達量升高代表破骨細胞的骨質吸收活性增強，骨質轉換率提高；GH可以通過刺激軟骨細胞等分泌IGF-1，進而促使早期軟骨細胞增殖、成熟，通過軟骨內成骨的方式促進長骨生長，而IGF-1是一種廣譜生長因子，可以促進骨形成、骨骼肌發育等；TGF-β1是一種多功能細胞因子，可以促進成骨細胞增殖與分化，減少骨質流失。結果表明，膳食攝入GML可以通過刺激GH、IGF-1和TGF-β1這些激素與細胞因子的產生，促進軟骨內成骨、成骨細胞分化等過程，從而促進骨生長。

6 GML對大鼠腸道菌群多樣性的影響

在多種動物模型中GML能夠通過調節腸道微生物改善宿主健康。同時，在骨質疏松模型動物與健康動物之間腸道菌群分布存在差異，幾種腸道微生物也被證實與骨生長相關。因此，推測GML促進大鼠骨生長可能與腸道菌群相關。由圖4A可知，NC組與GL組共有787 個ASV重合，NC組特有ASV 819 個，GL組特有ASV 1 034 個，多于NC組。這說明膳食補充GML可以明顯改變腸道菌群組成。

多樣性和

多樣性是分析腸道菌群多樣性的主要指標。如圖4B所示，除了Sobs指數在GL組有顯著增加的趨勢（

P

＝0.094），其余指數在組間沒有顯著變化。說明GML能夠增加大鼠腸道菌群群落豐富度，可以使其

多樣性發生變化。隨后基于非加權UniFrac距離、通過主坐標分析（PCoA）分析

多樣性，結果如圖4C所示。NC組與GL組出現了組間離散的現象。綜上，膳食補充GML可以使腸道菌群組成發生明顯變化 。

7 GML對大鼠腸道菌群組成的影響

腸道菌群失調與腸道通透性和骨骼健康有較高的相關性，有研究報道，腸道菌群失調可能會引起成骨細胞活性降低、破骨細胞活性增加，造成骨質流失。經抗生素處理的無腸道菌群小鼠比正常小鼠骨骼機械負載能力弱。

本研究進一步從門水平和屬水平分析GML對大鼠腸道菌群的影響。由圖5A可知，在門水平，大鼠腸道菌群主要為擬桿菌門（Bacteroidita）和厚壁菌門（Firmicutes），兩組的擬桿菌門和厚壁菌門總相對豐度超過90%（NC組：（51.28±10.59）%、（44.95±7.89）%；GL組：（54.95±15.79）%、（41.25±14.93）%），是大鼠腸道的優勢定植菌；厚壁菌門與擬桿菌門相對豐度的比值（F/B值）與腸道菌群失調、肥胖等疾病有關，GL組的F/B值為0.60±0.21，低于NC組（0.74±0.18），可見GML具有改善腸道菌群穩定性的潛力。

圖5B和圖6為大鼠腸道菌群在屬水平的分布和組間差異變化的菌群相對豐度。GL組中Prevotellaceae_UCG-001、糞桿菌屬（

Faecalibaculum

）、unclassified_o_Oscillospirales的菌群豐度顯著增加（

P

＜0.05），其中Prevotellaceae_UCG-001在NC組和GL組大鼠腸道菌群中的相對豐度分別為（1.71±1.58）%和（14.54±7.99）%，是豐度差異最大的菌屬。與NC組相比，GL組中顫螺菌屬（

Oscillospira

）、瘤胃球菌科UBA1819菌屬（UBA1819）和巴恩斯氏菌屬（

Barnesiella

）相對豐度有增加的趨勢（

P

＝0.072、

P

＝0.057、

P

＝0.071）；而密螺旋體屬（

Treponema

）、腸桿菌屬（

Enterorhabdus

）、GCA-900066575和瘤胃梭菌屬（

Ruminiclostridium

）相對豐度有減少的趨勢（

P

＝0.075、

P

＝0.059、

P

＝0.095、

P

＝0.072）。結果表明，膳食攝入GML可以顯著增加大鼠腸道中部分有益菌的相對豐度，降低有致病風險的密螺旋體屬、瘤胃梭菌屬等的相對豐度。在這些有益菌中，糞桿菌屬具有抑制體內炎癥、緩解代謝類疾病、抗腫瘤等作用，unclassified_o_Oscillospirales能夠有效降低膽固醇的生物標志物。還有一類有益菌能夠分解食物中的纖維產生短鏈脂肪酸，包括Prevotellaceae_UCG-001、顫螺菌屬、UBA1819和巴恩斯氏菌屬。有研究表明，短鏈脂肪酸可能與骨生長、骨代謝有相關性。因此，進一步測定了大鼠糞便中短鏈脂肪酸的含量。

8 GML對大鼠糞便中短鏈脂肪酸含量的影響

由圖7可知，大鼠糞便中短鏈脂肪酸主要為乙酸、丙酸和正丁酸。與NC組相比，GL組糞便中總短鏈脂肪酸含量和乙酸含量極顯著增加（

P

＜0.01），異戊酸含量顯著提高（

P

＜0.05），丙酸含量變化不顯著但有增加的趨勢（

P

＝0.058），正丁酸含量有下降的趨勢（

P

＝0.052），其余短鏈脂肪酸含量未出現顯著變化。短鏈脂肪酸的增加可以降低腸腔內pH值，促進鈣的吸收，從而促進骨礦化和骨骼生成。同時，短鏈脂肪酸在腸穩態中起著重要作用，短鏈脂肪酸是結腸上皮細胞的主要營養來源，能維持腸上皮細胞屏障完整性。有研究報道，在多種不同生物模型中，糞便中短鏈脂肪酸的含量增加與骨流失減少相關。糞便中短鏈脂肪酸含量與其攝入的食物和腸道菌群的組成有關，本實驗結果證實了GML可以提高腸道菌群中能夠產生短鏈脂肪酸的有益菌相對豐度。此外，研究表明腸道菌群代謝產生的短鏈脂肪酸能夠誘導IGF-1分泌、增加血清中IGF-1水平，從而刺激骨骼形成。因此，膳食補充GML可能通過改善腸道菌群組成，促進產短鏈脂肪酸的有益菌代謝產生乙酸等短鏈脂肪酸，進而刺激IGF-1水平增加，間接促進大鼠骨骼生長 。

結 論

本實驗結果表明：1）膳食攝入GML不會對大鼠基本生長指標產生顯著影響，但可以顯著促進脛骨生長、增強股骨的生物力學性能，且不會導致脛骨骨量和結構產生退變；2）GML不會影響大鼠體內鈣磷代謝，但可以顯著增加血清中GH、IGF-1和TGF-β1等骨代謝相關激素與細胞因子的水平，促進骨形成；3）GML還可以明顯改變腸道菌群組成，提高Prevotellaceae_UCG-001等產短鏈脂肪酸有益菌的豐度，促進短鏈脂肪酸的產生，進而通過誘導IGF-1分泌等途徑間接促進骨骼生長。綜上，GML展現出了良好促進骨生長的能力，本研究結果可以為GML作為膳食補充劑應用于改善骨骼的食品開發提供一定參考。

作者簡介

通信作者：

趙敏潔 特聘副研究員

浙江大學生物系統工程與食品科學學院

趙敏潔， 浙江大學生物系統工程與食品科學學院特聘副研究員，博士生導師。主要從事食品脂質功能因子營養調節作用機制研究和開發應用，致力于中鏈脂肪酸及其甘油酯類化合物的理化特性、功能特性及其在食品工業領域和畜禽養殖領域的應用研究，成功將其應用于食品保鮮貯藏、食品功能營養以及畜禽高效養殖和產品品質提升中。相關研究成果以通訊作者或第一作者發表在《mBio》《Food Chemistry》《Food Research International》等高水平學術期刊。主持國家自然科學基金青年和面上項目、國家重點研發計劃項目子課題、浙江省自然科學基金等科研項目10余項。擔任中國農學會農產品物流分會副秘書長，浙江省食品學會青年委員，浙江省食品添加劑和配料行業協會專家團隊成員，浙江省營養學會分委會委員，長期擔任本領域多本國際高水平期刊審稿人 。

本文《月桂酸單甘油酯對生長期大鼠的骨生長促進作用及機制》來源于《食品科學》2025年46卷14期，作者：顏恒，陳嫣，梅欣瑤，王旭堂，馮鳳琴，蔡海鶯，趙敏潔。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20240819-137。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關信息。

實習編輯：彤禾；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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