基于微波辅助固相精准合成的巨寡糖益生活性核心结构研究

Megalosaccharides have the function of regulating gut microbiota, which related to its special structures. Domestic and international scholars have studied part of the probiotics proliferation of megalosaccharides, but the core structure in promoting probiotics proliferation still unclear. Our previous study found that galactoglucomannan promoting gut lactobacillus species and bifidobacterium species proliferation was higher than polydextrose in high fat diet fed mice, indicated that megalosaccharides have core monosaccahrides composition in gut microbiota regulation. The current studies precisely synthesize megalosaccharides based on microwave-assisted solid-phase, and then an in vitro gut microbial ecosystem, namely simulator of human intestinal microbial ecosystem (SHIME), will be challenged with megalosaccharides. Within the context of the model system, the effects of these interventions on microbial numbers and composition as well as metabolite levels will be assessed via Terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP), Fluorescence in situ hybridization combined with flow cytometry (FISH-FC), Real time PCR (RT-PCR), and (HPLC). The dose-effect and structure-activity relationship between megalosaccharides and probiotics proliferation will be established through multivariate statistical correlation analysis. Finally, obtain the core structure of megalosaccharides in promoting probiotic proliferation, and further explore the molecular mechanism of megalosaccharides regulate gut microbiota. This study has positive significance in prebiotics preparation and perfect probiotics proliferation mechanism.

巨寡糖因其特定结构而具有调节肠道微生态的功能，国内外研究者已经对巨寡糖促进肠道益生菌增殖开展了部分研究，但巨寡糖发挥益生活性的核心结构有待进一步深入。前期研究发现单糖组成会影响巨寡糖的益生活性，半乳葡甘聚糖促进长期高脂饲喂小鼠肠道乳杆菌和双歧杆菌增殖的能力优于聚葡萄糖，表明巨寡糖的益生活性与其单糖组成相关。本研究在巨寡糖的微波辅助固相精准合成基础上，利用胃肠道仿生系统，采用多层次（微生物门、属、种、以及代谢物层面）和多手段（末端限制性片段长度多态性分析、荧光原位杂交结合流式细胞术、定量PCR、高效液相色谱等）相结合的分析方法，通过多元统计关联分析，解析巨寡糖结构组成与益生活性的量效/构效关系，探明巨寡糖益生活性的核心结构，进一步探索巨寡糖调节肠道微生态的分子机制。相关研究成果对益生元制备和完善益生机制均具有积极意义。

巨寡糖因其特定结构而具有调节肠道微生态的功能，国内外研究者已经对巨寡糖促进肠道益生菌增殖开展了部分研究，但有关巨寡糖发挥益生活性的核心结构鲜见报道。本研究首先在微波辅助固相精准合成巨寡糖的基础上，制备了分别由葡萄糖、半乳糖、甘露糖等单糖构成的聚葡萄糖、聚半乳糖、聚甘露糖，以及上述三种单糖按照不同摩尔构成的半乳甘露聚糖、葡半乳聚糖、葡甘聚糖、半乳葡甘聚糖等巨寡糖，然后利用胃肠道仿生系统，采用多层次（微生物门、属、种、以及代谢物层面）和多手段（荧光原位杂交结合流式细胞术、定量PCR、高效液相色谱等）相结合的分析方法，通过多元统计关联分析，对巨寡糖的结构与益生活性的量效/构效关系进行研究。巨寡糖的人源肠道菌体外发酵实验表明微波辅助合成的非消化的聚葡萄糖和聚半乳糖显著促进肠道双歧杆菌增值；在促进肠道乳杆菌增值方面，聚半乳糖表现出较好的益生元活性；而聚甘露糖则显著促进肠道Erysipelotrichaceae菌的增殖。对肠道微生物发酵上述巨寡糖的代谢物分析表明，与肠道微生物代谢聚葡萄糖和聚甘露糖相比，聚半乳糖产生最多的短链脂肪酸，这些短链脂肪酸以乙酸和丙酸为主。另外，三种聚糖中，由葡萄糖构成的聚葡萄糖产生最大量的丁酸。在对同种单糖构成的不同分子量聚寡糖调节肠道微生态及代谢物研究表明，聚寡糖的分子量大小影响肠道菌群结构，平均分子量介于1762Da-3248Da的聚葡萄糖有利于促进双歧杆菌增殖，而平均分子量为2178的聚葡萄糖作用效果最强。平均分子量为1012的聚葡萄糖更有利提高发酵液中总短链脂肪酸和丁酸水平。上述研究结果对制备和筛选益生元及益生元在调节肠道菌群结构及代谢产生短链脂肪酸分析中具有指导和借鉴意义。