金针菇多糖改善肠道菌群结构的营养作用及其机理

Flammulina velutipes is one of the most widely consumed mushrooms and the contained polysaccharides are known to be the main active components. However, the action of mechanism of nutrition remains undressed. In our previous studies, the bioactive composition of Flammulina velutipes was identified and characterized as polysaccharides. This project will further investigate the metabolic profiles of polysaccharides from Flammulina velutipes and discover the mechanism underlying the nutrition via modulation of gut microbiota. Diversity, stability and resilience of gut microbiota were analyzed using high throughput sequencing, metabolomics, proteomics and molecular biology techniques. The metabolic pattern of polysaccharides from Flammulina velutipes was also investigated by LC-MS/MS so as to identify the predominant metabolic bacteria species as well as the dominant metabolic pathway. Meanwhile, the gene and protein expression of ZO-1 and Occludin are also checked by QT-PCR and western blotting. The action of the predominant metabolic bacteria species and metabolite on neuronal synapse formation induced by polysaccharides from Flammulina velutipes are investigated. Eventually a comprehensive interactive pathway network will be established to address the action of mechanisms of nutrition of polysaccharides from Flammulina velutipes via modulation of predominant gut microbiota.

金针菇是我国消费量最大的食用菌之一，金针菇多糖是其最重要的营养和活性功能成分。现代营养学已证明金针菇多糖具有丰富的营养功能，但主要关注其吸收后对机体的生理功能影响，而在肠道部位特别是与肠道菌群作用方面的机理尚不完整。本项目在前期金针菇神经保护功能成分解析及其作用机理研究基础上，从金针菇多糖与肠道菌群相互作用角度，采用高通量测序、代谢组学、蛋白组学和分子生物学方法，分析肠道菌群对金针菇多糖的降解特性，检测肠道菌群的多样性和丰度，阐明金针菇多糖调节肠道菌群规律，明确特征代谢菌属和代谢产物；分析金针菇多糖降解产物和肠道菌群代谢产物的营养功能和促进健康作用，检测肠上皮细胞紧密连接蛋白ZO-1和Occludin表达量变化，建立多层次生物分子相互作用网络，解析金针菇多糖改善肠道菌群结构的营养作用及机理，从肠道微生态角度丰富金针菇多糖的营养学理论。

金针菇多糖具有多种功能作用，研究证明金针菇多糖具备改善学习记忆能力等营养健康作用，但是其作用机制尚不完善。本研究从肠道菌群角度出发，研究金针菇多糖与肠道菌群的相互作用，阐明金针菇多糖营养、功能作用机制。具体研究结果如下：.1. 金针菇多糖体外模拟消化特性研究.制备得到的金针菇多糖是吡喃型葡萄糖为主链的杂多糖，主要有葡萄糖、甘露糖、木糖、岩藻糖、半乳糖五种单糖组成，其摩尔比为48.4：15.4：14.6：11.8：9.9。金针菇多糖在唾液、模拟胃液、胰液消化过程未发生降解，而在粪菌发酵过程中可以被降解利用。.2.金针菇多糖发酵（in vitro）对肠道菌群的影响.金针菇多糖可以调节菌群的结构，以门水平为例，金针菇多糖的添加提高拟杆菌（Bacteroidetes）和放线菌（Actinobacteria）的丰度，降低厚壁菌（Firmicutes） 和变形菌（Proteobacteria）的丰度。并增加短链脂肪酸的生成，同时降低发酵体系的pH值，影响肠道菌群的代谢等。.3.金针菇多糖所致肠道菌群与改善学习记忆等营养作用的关系.动物试验进一步确认了金针菇多糖对肠道菌群有重要影响。通过粪菌移植技术研究发现金针菇多糖所调节的肠道菌群可以改善东莨菪碱诱导的记忆损伤，其作用效果和直接灌胃金针菇多糖相当（p>0.05）, 这种作用与海马中神经递质的生成、抗氧化能力以及血清中炎症因子变化有关。.4.基于调节肠道菌群结构的金针菇多糖营养作用机理研究. 通过肠道不吸收的抗生素清除小鼠肠道菌群制备肠道菌群紊乱模型，系统研究了肠道菌群对记忆的作用机理。肠道菌群缺失可导致学习记忆功能障碍，降低肠上皮组织的紧密连接蛋白表达，破坏肠黏膜屏障，增加肠道通透性；同时，通过影响编码5-羟色胺转运体基因SLC6A4以及神经肽Y的受体NPY1R和NPY2R的表达，干扰5-羟色胺、神经肽等神经递质的分泌；肠道菌群的缺失降低脑部紧密连接蛋白TJP1和CLDN5的合成，增加血脑屏障的通透性，减少脑源性神经营养因子BDNF 生成，最终造成记忆功能损伤。金针菇多糖通过调节肠道菌群结构，使得上述指标恢复正常水平，从而改善学习记忆功能。