海产硫酸多糖AGSP调节肠道菌群的机制及其特异性解析

Sulfate polysaccharide AGSP is a kind of acidic hetero-polysaccharide that widely exists in marine animals. Previous study indicated that AGSP was difficult to be absorbed by the body and could modulate the composition of the intestinal microbiota, but its exact mechanisms are still unclear. In this project, the regulatory role of AGSP on the intestinal microbiota is evaluated by 16s high-throughput sequencing. Then, the similarity and difference of gut microbes in the utilization of AGSP were carefully evaluated by its polysaccharide metabolism analysis, which could be used to explain the regulatory mechanisms of AGSP on the intestinal microbiota and proliferation of beneficial bacteria. Based on this, the diversity of gut microbes in the utilization of different sulfate polysaccharides are systemically analyzed via the in vitro and in vivo models, which would be helpful in understanding the specificity of AGSP on the intestinal microbiota. On the whole, this project can demonstrate the regulatory mechanisms of AGSP on the intestinal microbiota and its specificity based on the selective utilization of gut microbes on AGSP, which would provide scientific basis for the understanding and application of sea food and high-value utilization of the processing by-products of sea food.

硫酸多糖AGSP是一类广泛存在于海洋动物体内的酸性杂多糖。前期研究表明AGSP难以被机体吸收，具有调节肠道菌群的功能特性，但对其作用机制的认识尚不清晰。本项目拟通过16s高通量测序明确AGSP对肠道菌群的调节作用及量效关系；辅以菌种分离、多糖代谢等研究，系统分析肠道微生物利用AGSP的菌株特异性及协同性，构建肠道微生物利用AGSP的网络模型，揭示AGSP调节肠道菌群及促进有益菌增殖的机制。结合16s高通量测序、多糖代谢的菌株多样性分析等体内外研究，进一步分析AGSP与其他硫酸多糖肠道菌群调节作用的共性及差异性，揭示AGSP在共性的肠道菌群调节作用之外，由多糖结构决定的菌群调节的特异性。本项目以肠道微生物对多糖的选择性利用为切入点，揭示AGSP调节肠道菌群组成的机制及其特异性，为深入认识海洋食品的营养价值，推进海洋食品在居民膳食中的应用，实现对海洋食品加工副产物的高值化利用提供科学依据。

硫酸多糖是一类广泛存在于海洋生物体内、富含硫酸基的多糖，已被证实在抗炎、抗氧化、免疫调节、抗病毒等方面都发挥着重要作用，是一类极具开发潜力的活性物质。前期研究表明鲍鱼硫酸多糖AGSP难以被机体消化吸收，但对人体的肠道菌群具有一定的调节作用，进而发挥活性作用，但目前对具体机制的认识尚不十分清晰。动物实验表明AGSP对饮食诱发的肥胖及代谢综合征具有良好的抑制作用，这与其对肠道菌群的调节密切相关。AGSP改善了高脂饮食诱发的肠道菌群失衡，降低了厚壁菌的相对丰度，增加了拟杆菌的相对含量，增加了拟杆菌与厚壁菌的比例，使其趋向与正常菌群的比例。拟杆菌作为肠道中的优势菌，在宿主的肠道中稳定存在，这与其利用多糖的能力密不可分。为探究AGSP促进肠道拟杆菌增殖的机制，我们采用MALDI-TOF对拟杆菌进行快速的分离鉴定，并对其利用AGSP的能力进行了研究。实验结果表明拟杆菌利用多糖的能力具有明显的种属特异性，其构成的改变与多糖的类型密切相关，表明多糖是驱动肠道菌群形成与改变的重要推动力。.硫酸基是硫酸多糖的代表性基团，但其对AGSP生物活性的影响尚不清晰。为明确这一问题，本研究采用吡啶-甲醇法制作了AGSP的脱硫产物D-AGSP，并对其生物活性进行了研究。实验结果表明硫酸基对AGSP抑制肥胖及代谢综合征的生物活性并没有决定性作用，但硫酸基的存在与否确实对AGSP与宿主的反应产生了一定的作用。这可能有两方面的原因造成的，一是硫酸基影响了多糖与细胞的直接作用；二是硫酸基的存在与否也影响了多糖的肠道菌群调节作用，进而影响其生物活性。总的来看，本项目的研究证实AGSP对肠道菌群的调节作用与多糖的分子结构、聚合度、硫酸化修饰、使用剂量等密切相关；肠道微生物对AGSP的利用是肠道菌群改变的重要推动力，因而决定了AGSP与其他多糖在调节肠道菌群结构共性基础上的多糖个体差异性；3、肠道微生物对AGSP的协同利用作用是维持肠道菌群稳定的重要基础，阐明了肠道微生物中的拟杆菌利用AGSP的协同网络。