基于与肠道菌群互作解析杏鲍菇β-葡聚糖营养功能及作用机制

Pleurotus eryngii is one of the main consumed edible mushrooms in our country, from which its polysaccharide fractions have been proved possessing multiple nutritional functions. However, the related mechanisms are still unclear. Previous studies of the applicant have revealed the beneficial effects of a novel P. eryngii β-glucan (PEBP) on gut internal environment based on its interaction with gut microbiota. In this, metabolomics methods are utilized to investigate the characteristic metabolites of PBEP and establish the characteristic metabolic profile of the interaction effects between PEBP and gut microbiota. Moreover, bioinformatics methods will be used to explore the correlation between the characteristic metabolite and G-protein coupled receptor (GPR41, GPR43) activation, which has been proved correlated to the SCFAs concentrations in gut. Then, gene knockout model will be utilized to analyze the key impacts of GPR41 and GPR43 on the nutritional function pathways induced by PEBP through analyzing the expression level of function protein related with the activation of GPR41 and GPR43. Finally, novel nutritional function pathway arose from PEBP will be revealed in accordance with the gut microbiota variation. In summary, the present project could supply new theoretical scientific basis for the nutritional functional mechanisms of edible mushroom polysaccharides.

杏鲍菇作为我国主要消费的食用菌品种之一，其中所含的多糖组分具有丰富的营养功能，但相关作用机制尚不明确。申请人前期研究发现一种新型杏鲍菇β-葡聚糖（PEBP）可通过调节肠道菌群对肠道内环境产生有益的作用。基于此，本项目利用代谢组学技术，发掘PEBP的代谢产物，构建其与肠道菌群相互作用的特征代谢图谱；并通过生物信息学分析探究所发现的特征代谢产物与肠道组织中短链脂肪酸（SCFAs）相关的G蛋白偶联受体41（GPR41）、43（GPR43）激活水平的相关性；进而利用基因敲除模型，通过分析肠道组织中与GPR41及GPR43激活密切相关的肠道免疫功能蛋白表达水平，分析GPR41及GPR43在PEBP发挥营养功能途径的关键作用，最终基于肠道菌群结构的变化，揭示PEBP与肠道菌群的互作效应对机体健康水平的影响及相关作用机制，为深入认识食用菌多糖的营养功能作用机制提供新的理论科学依据。

杏鲍菇作为我国主要消费的食用菌品种之一，关于其中多糖组分在体内消化及酵解过程中活性作用机制尚不明确。基于此，本项目重点对杏鲍菇多糖在消化酵解过程中的结构及具体组分变化、对肠道菌群结构的影响、与肠道粘液层的相互作用以及相关功能活性变化方面展开了相关研究，并获得了如下成果：.（1）明确了杏鲍菇β-葡聚糖PEP的体外消化特征，及其经肠道菌群酵解产物特性，表明PEP可通过被肠道菌群利用发挥相关功能活性；利用代谢组学发现PEP在被菌群酵解过程中，代谢产物与蛋白质的消化和吸收，生物素的代谢、嘌呤代谢、氨基酸-tRNA的生物合成、丙酮酸代谢、D-氨基酸代谢和谷胱甘肽代谢相关，其中谷胱甘肽代谢通路代谢产物浓度的上调可能是PEP酵解产物抗氧化活性增强的原因之一。.（2）探明了PEP经酶消化和肠道菌群酵解后，与肠道黏液层的相互作用有明显不同；通过监测12h内PEP在肠黏液中的迁移情况，发现PEP对肠黏液网状结构可造成显著的营养物质滞留效应；利用荧光光谱从微观上阐明了PEP对肠粘液中黏蛋白三级结构的影响，阐明了PEP与肠粘液相互作用的结构变化情况，其中β-转角的增多与PEP与肠粘液团聚物的凝集程度改变密切相关。.（3）制备了一种可显著抑制细胞炎症的杏鲍菇β-葡聚糖组分WPEP，通过葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导小鼠结肠炎模型，明确了WPWP可通过影响小鼠肠粘膜中NF-κB通路的p65及p50蛋白、MAPK通路p38蛋白的磷酸化水平、TLR-4通路等关键炎症蛋白表达水平发挥对小鼠结肠粘膜组织炎症因子分泌显著的抑制作用；揭示了相关活性主要与6种肠道菌种的相对丰度有关。.（4）制备了三种杏鲍菇多糖组分，其中组分PEP-0.1-1结构为→4-α-D-Glcp-1→主链，→4)-α-D-Glcp 侧链基团和→4)-β-D-Glcp还原性端基；组分PEP-0-1结构为→4-α-D-Glcp-1→, →6-α-3-O-Me-D-Galp-1→主链，α-D-Glcp, β-D-Manp-1→,α-D-Glcp-3→侧链；组分PEP-0-2结构为→4-α-D-Glcp-1→, →6-α-3-O-Me-D-Galp-(1→6)-α-D-Galp-1→主链，α-D-Glcp ,β-D-Manp-1→侧链；明确了三种多糖皆可通过与巨噬细胞表面受体TLR4结合对脂多糖（LPS）诱导的细胞炎症发挥显著的改善作用。