植物多糖調控腸道菌群研究進展

陳美亞，王 瑞，宋 璨

(西南醫科大學藥學院，四川 瀘州 646000)

0 引言

植物多糖具有重要的生物活性，包括免疫調節、抗腫瘤、降血糖、降血脂、抗輻射、抗菌抗病毒、保護肝臟等，其來源廣泛，價格低廉，副作用小，受到了人們的青睞。研究發現，人體許多疾病，如脂肪肝、糖尿病、腫瘤等都與腸道菌群密切相關。腸道菌群可通過參與多糖的代謝，使自身組成和功能受多糖的活性成分作用而發生變化，植物多糖由此介導腸道菌群參與機體代謝。對植物多糖調節腸道菌群的研究進展進行總結，為進一步探討植物多糖調控腸道微生物群代謝機制提供了良好的理論基礎，為今后植物多糖益生元的開發利用提供參考。

1 植物多糖調控腸道菌群穩態

人類腸道是一個復雜的、代謝活躍的微生物生態系統，其中微生物種類超過1 000種。在已知的腸道微生物種群系統發育類別中，超過90%的菌屬主要由擬桿菌門(Bacteroidetes)和厚壁菌門(Firmicutes)構成。不同菌屬在腸道中發揮不同的生理功能，共同維護腸道基本功能，也決定著菌群對宿主的生理病理意義。腸道菌群能否有效利用多糖，對其中重要成員的生存至關重要。腸道菌群主要通過CAZymes 的交互降解作用利用植物多糖，這也是植物多糖維護腸道穩態的作用基礎。在這個過程中，碳源中的化學能被轉化為ATP中高能磷酸鍵的鍵能，供腸道厭氧環境中的細胞使用。此發酵的主要最終代謝產物是短鏈脂肪酸(SCFA)，即丁酸、乙酸和丙酸。SCFA可起到維持結腸上皮細胞生長、參與腸道系統的免疫調節、調節宿主新陳代謝等作用，在維持人體腸道菌群穩態中起著不可或缺的作用。本研究將從保護屏障和調節紊態兩方面，具體闡述短鏈脂肪酸調控腸道菌群穩態的作用。

表1 短鏈脂肪酸調控腸道菌群穩態作用Tab.1 Steady state function of short chain fatty acid regulation on intestinal flora

2 植物多糖介導腸道菌群參與宿主代謝

2.1 植物多糖與抗生素相關性腹瀉

抗生素已被廣泛應用，常用來治療感染、炎癥等疾病，療效顯著，但同時抗生素引起的副作用也不可忽視，尤其是對腸道菌群與宿主之間的平衡的破壞及由此引起并發癥——抗生素相關性腹瀉(AAD)。植物多糖具有生物相容性良好、毒副作用少等特點，其主要通過恢復腸道菌群組成，提高免疫等方法治療ADD。

Mingxiao Cui等[16]從紅海藻提取得到硫酸多糖，發現該多糖能夠改善ADD小鼠病理狀態。此多糖可顯著降低相關炎癥因子(IL-2，IL-1B，TNF-a)水平，減輕黏膜下層和絨毛間質水腫。同時，硫酸多糖能夠恢復疾病小鼠腸道菌群數量，改變腸道菌群的組成比例，顯著上調短鏈脂肪酸總量。研究發現，低劑量多糖組更偏向于恢復糖的合成與代謝及氨基酸的代謝，顯著降低碳水化合物代謝豐度，高劑量多糖組則更利于上調免疫系統豐度，下調轉錄。以上研究表明，該硫酸多糖可能通過調節腸道菌群代謝而發揮抗炎、抗菌等活性，從而起到治療疾病的作用。

2.2 植物多糖與肥胖

肥胖危害健康，但其病因至今尚未完全明確。研究表明，肥胖的發生與腸道菌群的改變密切相關。Moon Ho Do等[17]探討了蘿卜多糖減輕高脂飲食引起的肥胖作用，發現蘿卜多糖可下調厚壁菌門和擬桿菌門的比例。該多糖通過下調甘油三酯水平降低高脂飲食誘導的體重增加和體脂量增加，上調緊密連接蛋白ZO-1的表達來預防結腸縮短。蘿卜多糖還參與對脂質代謝的調控，實驗結果表明，該多糖促進脂質代謝調節劑SREBP-1的表達增加，從而抑制脂肪細胞擴增，調節機體代謝紊亂。Tingting Sang等[18]進一步研究發現，靈芝破壁孢子多糖可上調緊密連接蛋白和抗菌肽的表達，以此改善腸道屏障功能。該多糖通過抑制TLR4/NF-kB信號通路來抑制高脂飲食誘導的炎癥反應，使促炎細胞因子的表達顯著降低。靈芝破壁孢子多糖激活白色脂肪組織中的G蛋白偶聯受體GPR43，從而調節腸道上皮細胞或中性粒細胞的免疫應答。為研究靈芝破壁孢子多的抗肥胖和抗炎癥作用是否依賴于腸道菌群，實驗使用偽無菌小鼠進行FMT研究，結果表明，經BSGLP對腸道菌群重組后的小鼠相對于將高脂飲食小鼠的糞便菌群定值于腸道的小鼠，前者的體重、脂肪積累和血清炎癥細胞因子增加得更少。實驗研究結果表明，靈芝破壁孢子多糖可能作為一種益生元制劑，靶向作用于腸道微生物群，對抗肥胖、高脂血癥和炎癥相關疾病。

2.3 植物多糖與腫瘤

惡性腫瘤是目前危害人類健康的重要疾病。大多數抗腫瘤化學藥物會在殺死癌細胞的同時嚴重損害正常細胞。研究表明，多糖具有顯著的抗腫瘤活性作用，對人體具有重要意義。Xiaoyu Zhang等[19]通過建立荷瘤小鼠模型，對比探討空白組和甘草多糖(GCP)添加組中小鼠相關腫瘤指數變化和腸道菌群組成的差異，與空白組相比，GCP組腫瘤抑制率為56%，出現淋巴細胞以完成誘導腫瘤壞死灶的形成，且在GCP組中，肺部幾乎沒有發現浸潤的癌細胞。以上結果表明，口服GCP可以抑制腫瘤的生長和體內轉移。此外，GCP調節荷瘤小鼠腸道菌群組成的變化。實驗運用腸道菌群清除和糞便移植實驗進一步證實了GCP的抗腫瘤作用與腸道菌群的關系。在腸道菌群衰竭后，GCP不能抑制腫瘤的生長。糞便移植實驗發現，移植GCP處理小鼠的糞便，能在一定程度上抑制腫瘤的生長和轉移。結果表明，甘草多糖通過影響腸道菌群的組成來發揮抗腫瘤作用。Qingran Meng等[20]探討核桃隔子多糖的抗腫瘤作用，發現此多糖能有效抑制腫瘤細胞的增殖，顯著增強吞噬作用，刺激NO、TNF-α和白細胞介素(IL-6、IL-1β)的產生并以劑量依賴性的方式促進相應的mRNA表達水平。同時，CR3、MR和TLR2被證實是小鼠單核巨噬細胞白血病細胞上核桃隔子多糖的主要膜受體。這些結果表明，核桃隔子多糖可能是一種潛在的抗腫瘤和免疫調節劑。

3 結語

以上研究不僅為研究植物多糖介導腸道菌群參與機體代謝的具體機制提供了思路，也為將植物多糖益生元作為日常保健品的研發提供了理論基礎。未來，可以進一步研究復合多糖對腸道菌群的調節作用并尋求最佳量效關系。植物多糖將在腸道菌群中對相關疾病治療與預防等方面產生重要影響。