牛樟芝多糖代谢特性及肠道微生态调节机理的研究

Polysaccharides from edible mushroom are reported to possess complicated structure and won't be absorbed directly by the body. As a dietary intake, polysaccharides were converted to serious simple compounds and energy by partially degrading, intestinal microbial fermentation in digestive tract. The original characteristics of polysaccharides would be changed with destruction of structural integrity. Therefore, the metabolism features and the interaction between metabolites and gut microbiota will help to illuminate the mechanism of polysaccharides. In previous research, the fermentation system for polysaccharides and other compounds were established and polysaccharide AC2 was prepared. The current project aims to firstly elucidate the structural features of polysaccharide fraction (AC2) from Antrodia camphorata. The metabolic characteristics of AC2 will be studied by fluorescence tagging. Then, we will reduce complexity of intestinal microflora by feeding antibiotics. The differences of experiment groups (short-chain fatty acid，microbial diversity and so on ) could be analyzed by high-throughput sequencing, macro transcriptome and other methods. Finally, the metabolic characteristics and critical metabolic microorganism of AC2 will be illuminating. This study will make a foundation for the study of relationship among polysaccharide, metabolites and gut microbiota.

食用菌多糖大多为非淀粉多糖，结构复杂且一般不会被人体直接吸收。作为膳食摄入后，多糖经过消化道部分降解、肠道微生物酵解等过程产生一系列化合物以及能量。多糖原有的性质可能随着多糖结构完整性破坏而发生改变。因此，多糖代谢特性及肠道微生物互作这一过程对于解析多糖作用机制非常重要。项目组前期对牛樟芝菌丝体培养体系以及代谢产物调控进行了深入研究，分离得到均一分子量多糖组分AC2。本项目以牛樟芝多糖为研究对象，在解析其结构特征基础上，利用荧光标记法考察多糖在肠道内分子降解行为；利用不同抗生素对肠道微生物组进行简化处理，降低其复杂度，通过高通量测序、宏转录组等对比分析手段，比较不同实验组短链脂肪酸分布积累、微生物多样性变化以及非淀粉多糖降解酶基因表达等数据，解析多糖代谢途径、代谢关键微生物以及对肠道微生态调节的机理。本项目将为多糖-代谢产物-肠道微生物之间的内在联系研究奠定理论基础。

牛樟芝多糖具有良好的功能活性，能够显著抑制结肠癌等多种癌细胞增殖。然而牛樟芝多糖体内代谢过程以及与肠道微生物的相互作用仍然不清晰。本项目解析了AC-2的结构特征，分子量为23.07 kDa，表观形貌呈无规则致密片状，单糖组成为岩藻糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖，摩尔比为0.09:1:0.49:0.27。制备了AC-2荧光衍生物AC-2-FITC用于研究AC-2代谢特性。结果显示，AC-2能够在唾液、胃-小肠系统中保持稳定，而在结肠部位被肠道微生物利用降解，并显著降低肠道pH、提高短链脂肪酸含量。AC-2-FITC灌胃后绝大多数经由胃肠道被排出体外，仅有微量被吸收至血液并分布到肝脏、心脏、脑等器官；而经静脉注射后，各器官均可检测到大量荧光信号，其中肝脏、肾脏中AC-2-FITC的含量最高，分别达到31.75 μg/g、19.7 μg/g，最终随粪便排出体外。本项目通过单次灌胃、多次灌胃实验解析了牛樟芝多糖AC-2对肠道菌群的影响。单次灌胃多糖AC-2后小鼠肠道菌群组成有显著改变，乳杆菌相对丰度显著提高。多次灌胃多糖AC-2能够显著影响小鼠肠道菌群结构，乳杆菌属、Rikenellaceae_RC9_gut_group等菌属相对丰度显著提高，这与单次灌胃多糖AC-2的结果相似，说明AC-2具有益生元特性。抗生素消减肠道菌群结果显示，Prevotellaceae_NK3B31_group、乳杆菌属以及Rikenellaceae_RC9_gut_group等菌属可能与多糖AC-2的体内降解消化有关。 本项目制备了牛樟芝不溶性膳食纤维ACA-DK，具有纤维素I晶体结构，分子量为18.29 kDa，具有良好的体外吸附特性。ACA-DK能够显著抑制高脂饮食引起的TC、TG升高，显著降低LDL-C含量、提高HDL-C含量，降低血清中GOT和GPT酶活，提高肝脏中GSH-Px、SOD酶的活性。ACA-DK能够显著抑制高脂饮食小鼠肝脏中脂质合成酶（HMG-CoA、DGAT、FAS）活性，提高CYP7α1、FAβO、HL等脂质分解代谢酶活性，加快肝脏组织转化胆固醇效率，从而改善高脂饮食小鼠脂质代谢紊乱。ACA-DK能够显著改善高脂饮食引起的小鼠肠道菌群紊乱，增加产短链脂肪酸菌群的相对丰度，降低有害致病菌相对丰度。肝脏脂质代谢分析显示，ACA-DK干预显著改善了GP和GL两大脂质代谢过程。