封面文章
基于体外发酵模型研究膳食多糖对肠道菌群色氨酸代谢的影响
作者：
何袁1，高文玉1 ，王心怡1，陆文伟1,2，王鸿超1,2*
单位：
1. 江南大学 食品学院
2. 国家功能食品工程技术研究中心（江南大学）
基金项目：
国家自然科学基金面上项目（31972085）
摘要&关键词
摘要：
膳食多糖具有改变肠道菌群结构及代谢功能的作用，改善过敏症状的潜力，然而不同多糖的作用效果存在差异。利用粪便体外发酵模型探究膳食多糖对人们肠道菌群的调节作用及色氨酸代谢的影响，筛选适合过敏人群食用的膳食多糖。结果表明，膳食多糖干预前后粪便微生物的α和β多样性存在差异，多糖干预后物种丰富度和均匀度提高；经过物种分析发现灵芝、黄芪、蛹虫草、白桦茸、褐藻、金针菇、猴头菇和茯苓多糖组的Lactobacillus和Bifidobacterium相对丰度增加；利用基于LC-MS技术的靶向代谢组检测色氨酸代谢物，发现灵芝、蛹虫草、褐藻、金针菇和茯苓多糖提升吲哚乳酸（indole-3-lactic acid，ILA）和吲哚-3甲醛（indole-3-carbaldehyde，I3C）含量，尤其是褐藻多糖和茯苓多糖对ILA及I3C增加显著，改变肠道菌群进而改善色氨酸代谢过程。综上，褐藻多糖和茯苓多糖能够改善肠道微生物结构，提高色氨酸代谢产物，具有开发适合过敏人群食用的特殊食品功能因子的潜力。
关键词：过敏；肠道菌群；膳食多糖；色氨酸代谢；体外发酵；功能食品
主要结论
1.对比加入的可溶性淀粉的对照组，黄芪多糖、褐藻多糖、大枣多糖、山药多糖、银耳多糖、牛樟芝多糖和黄精多糖显著提升 Evenness 指数（P<0.05），姬松茸多糖、树舌灵芝多糖、猴头菇多糖、香菇多糖、山药多糖、白耙齿菌多糖、木耳多糖和黄精多糖显著提升Observed_otus指数（P<0.05），大枣多糖、牛樟芝多糖和黄精多糖显著提升Shannon指数（P<0.05）。由此说明大枣多糖、牛樟芝多糖、黄精多糖显著提高了肠道微生物的丰富度和均匀度，改善肠道菌群组成。
除此之外，NMDS分析发现灵芝多糖、蛹虫草多糖、褐藻多糖、金针菇多糖和茯苓多糖的Stress 值小于 0.2，显著改变菌群β多样性（P＜0.05）
a-Evenness；b-Observed_otus；c-Shannon
图1 膳食多糖对肠道菌群α多样性的影响
Fig.1 Effects of dietary polysaccharides on genus level of gut microbiota
a-灵芝多糖；b-黄芪多糖；c-蛹虫草多糖；d-白桦茸多糖；e-褐藻多糖；f-金针菇多糖；g-猴头菇多糖；h-茯苓多糖
图2 膳食多糖对菌群β多样性的影响
Fig.2 Effects of dietary polysaccharides on the β-diversity of microbiota
2. 灰树花多糖、金针菇多糖和猴头菇多糖可显著提高F/B值（P＜0.05），改善肠道菌群组成。从属水平上发现灵芝多糖、黄芪多糖、蛹虫草多糖、白桦茸多糖、褐藻多糖、金针菇多糖、猴头菇多糖和茯苓多糖的摄入促进 Lactobacillus和Bifidobacterium的相对丰度。
图3 肠道菌群的属水平组成
Fig.3 The composition of the gut microbiota at the genus level
a-犬尿氨酸（kynurenine，Kyn）；b-吲哚丙酸（Indole-3-propionic acid，IPA）；c-吲哚-3-乙酸（indole acetic acid，IAA）；d-吲哚乳酸（indole-3-lactic acid，ILA）；e-吲哚-3甲醛（indole-3-carbaldehyde，I3C）
图4 膳食多糖对肠道菌群色氨酸代谢物的调节
Fig.4 Regulation of dietary polysaccharides on tryptophan metabolites in gut microbiota
在本研究的体外发酵模型中，膳食多糖不仅改变粪便菌群也促进了色氨酸代谢过程，这为改善过敏体质及开发适合过敏人群功能食品提供基础数据。肠道微生物显著变化尤其是Lactobacillus和Bifidobacterium相对丰度增加，在褐藻多糖和茯苓多糖干预下菌群色氨酸代谢能力强，ILA、I3C含量增 加。此 外ILA与粪便中Lactobacillus, Bifidobacterium呈正相关。而Lactobacillus和Bifidobacterium 能够缓解食物过敏性腹泻或其他过敏症状，例如长双歧杆菌，短双歧杆菌能够在结肠中产生I3C和ILA，其激活 AHR介导的免疫反应。由此看来褐藻多糖和茯苓多糖或许可以通过调节肠道菌群，增加Lactobacillus和Bifidobacterium丰度进而改善色氨酸代谢过程，提高ILA和I3C含量，从而改善机体过敏症状。
团队介绍
国家功能食品工程技术研究中心于2013年4月经国家科技部批准建设（项目编号：2012FU125X14），依托江南大学建设，是我国目前唯一的功能食品国家工程技术中心。
中心现有场地6300余平方米，固定资产7800余万元，建有江南大学功能食品检测中心[CMA资质认定、证书编号170000003911]、江南大学实验动物中心[许可证编号SYXK（苏）2016-0044、SYXK（苏）2016-0045]、益生菌与微生态制剂研究与开发实验室、功能食品原料及功能因子研究实验室、保健食品功能评价与风险控制实验室、特殊膳食食品研究与开发实验室及产业化工艺中试平台等，其中万级洁净检测实验室面积400平方米，SPF级实验动物屏障环境500平方米。
中心坚持“对外开放，共同合作，资源共享”的原则，在自我发展、自我良性循环的基础上实行开放、流动、多方位协作研究与竞争的运行机制。接受国家、行业或部门、地方及企业、科研机构和高等院校等单位委托的工程技术研发、设计和试验任务，并为其提供技术咨询服务。中心近年建设成效良好、服务企业效益显著，已发展成为具有一定影响的国家级工程技术研究中心，在功能食品工程技术研发、成果转化、工程化示范与应用等方面处于国内领先水平。
中心主要研究方向：1）食品功能因子开发与规模化制造关键技术；2）保健食品研制及评价方法研究；3）传统食品功能化与营养强化；4）特殊膳食食品研制及产业化。
通信作者
王鸿超，博士，江南大学副研究员，主要研究方向为益生菌与肠道微生物，主要从事功能益生菌的资源挖掘和整理；基于肠道菌群多样性分析方法开发，聚焦不同人群肠道微生态及多样性研究，借助人工智能，开发精准膳食干预策略，旨在开发适合我国不同人群的精准膳食及微生态制剂。
主持与参加国家自然科学基金面上基金、青年基金等国家级省部级项目2项。在国内外高水平期刊发表论文10余篇，申请国家及国际发明专利30件。
第一作者
何袁 工学硕士
本文图片来源于文章原文及作者团队。
