2020-12-11
发表期刊：《International Journal of Biological Macromolecules》
影响因子：5.162
最近，派森诺与中国农业科学院上海化学研究所合作，在《International Journal of Biological Macromolecules》（影响因子5.162）再次发表论文，将传统生理实验手段和NovaSeq等高通量检测技术相结合，对喂食葛根多糖后的实验小鼠状态进行记录，并检测其肠道菌群与代谢物，从生理指标、微生物与代谢物三大角度研究了葛根多糖对生物体的作用机制。
值得一提的是，本研究还通过派森诺基因云的云图汇板块，对门和属水平的物种组成进行了分析和可视化展示！
研究背景
葛根是一种传统的中药，因其生长迅速，营养丰富，被作为一种功能性食品。葛根中含有大量的生物活性物质，比如葛根多糖。葛根多糖具有丰富的生物活性，比如抗糖尿病，抗肿瘤活性，抗氧化活性，免疫调节活性等等。
虽然目前的研究已经证明，葛根多糖具有很强的抗氧化活性和免疫调节活性，但这主要是体外实验得出的研究，很少有体内研究。另外，多糖实际上不易被人体吸收，需要通过肠道微生物对其发酵降解后产生短链脂肪酸之类的代谢物，才能被人体利用。因此，研究多糖对机体的作用离不开对肠道菌群的研究。
研究内容与目的
本研究对正常小鼠和抗生素相关性腹泻（AAD)）小鼠给予等剂量的葛根多糖（PPL）两周，并对体重、器官指数、肠道结构、肠道菌群和短链脂肪酸进行检测评估，以探究葛根多糖对生物体的作用机制。
注：抗生素相关性腹泻是抗生素的副作用之一，可导致肠道微生物群失衡。
材料与方法
测序技术：Illumina MiSeq与NovaSeq高通量测序平台
测序模式：微生物组16S rRNA基因V3-V4区
实验对象：小鼠肠道菌群
实验设计
先通过灌胃，用盐酸林可霉素诱导小鼠腹泻，再给予腹泻小鼠和正常小鼠等量的葛根多糖。同时设空白对照组和自然恢复组。观察小鼠脏器指数和肠道结构，检测肠道微生物群的组成和多样性以及短链脂肪酸代谢产物的差异。
表1 实验处理情况
研究结果
1. 首先进行生理学实验，观察葛根多糖对腹泻小鼠的治疗效果
每个处理组小鼠的平均体重如图1所示。第3天和第6天，腹泻小鼠Q组与B组的平均体重均低于正常小鼠J组和W组，还出现了便溏和背毛变色的现象，不过其它器官指数（表1）各组间无显著差异（p>0.05）。
图1 每组小鼠平均体重变化
表1葛根多糖处理对小鼠器官指数的影响
结肠组织学观察结果显示（图2）：Q组出现大量红细胞、淋巴细胞和肠腺排列松散等炎症相关组织病理学现象。经葛根多糖治疗后，B组肠道形态恢复至无显著性差异。
图2 各处理组代表性结肠的组织学观察（A，B，C为J组；D，E，F为W组；J，K，L为Q组；M，N，O为B组）
2. 小鼠盲肠内容物中短链脂肪酸的含量
小鼠盲肠内容物中的短链脂肪酸如表2所示，与J组相比，W组、Q组和B组的短链脂肪酸含量均有所下降。其中，己酸、异丁酸和异戊酸含量显著下降（P<0.05），且服用盐酸林可霉素的Q和B组明显低于对照组（P<0.05），表明这三种短链脂肪酸含量的变化很可能受到AAD的影响。此外，W组异戊酸含量显著降低，表明葛根多糖对异戊酸的含量有一定影响。
表2 PPL处理对小鼠盲肠内容物的影响
3. 随后，对小鼠肠道微生物群落结构和多样性进行检测，分析在不同处理下，微生物多样性与群落结构的变化，并找出在各组间显著变化的物种类群。
Chao1丰富度指数与Shannon多样性指数显示（图2A、B），J组、Q组与B组间，肠道菌群丰富度与多样性没有显著差异，不过W组比其它三组都更高。这表明，葛根多糖能显著提升正常小鼠的微生物群落丰富度与多样性（P<0.05）。PCoA分析也显示（图2C、D），葛根多糖对正常小鼠的肠道菌群组成有很大影响。
图5 A：Chao1丰富度指数；B：Shannon多样性指数；C：基于weighted Unifrac距离的PCoA分析；D：基于unweighted Unifrac距离的PCoA分析
实验处理两周后，自然恢复小鼠（Q）和口服PPL腹泻小鼠的细菌多样性与组成均已接近正常小鼠水平。进一步分析门和属水平上的物种群落结构发现：各组优势菌门主要是拟杆菌门、厚壁菌门、放线菌门、变形菌门和TM7。PPL使正常小鼠的放线菌丰度显著下降，而在AAD小鼠中升高。同时，AAD小鼠中的变形菌相对丰度显著降低（P<0.05）。此外，与J组相比，W、Q、B组中的软壁菌门丰度显著减少（P<0.05）。
属水平上，PPL诱导了正常小鼠的Anaerotruncus、颤螺菌和Odoribacter显著增加，而使棒状杆菌、费克蓝姆菌、寡养杆菌显著减少。PPL还逆转了AAD小鼠脱硫弧菌的减少，提高了粪球菌、棒状杆菌、短杆菌、寡养杆菌和梭菌的丰度。
图4 A：丰度前10门的平均相对百分比；B：丰度显著变化的门对应属的箱线图；C：丰度前10属的平均相对百分比；D：丰度显著变化属的箱线图
总 结
本研究对正常小鼠和抗生素相关性腹泻（AAD）小鼠给予等剂量的葛根多糖（PPL）两周，并根据体重、器官指数、肠道结构、肠道微生物群和短链脂肪酸进行评估并得出以下结论：
①正常小鼠经PPL处理后，不仅异戊酸浓度显著降低，有益细菌的丰度也显著增加。
②PPL能减轻AAD引起的结肠病变和肠道菌群失调，并显著增加正常小鼠体内微生物群落的丰富度和多样性。
以上结果表明：PPL是一种可调节肠道微生物群的潜在功能性食品成分。
本研究的测序和部分数据分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
文章索引：
Chen R, Liu B, Wang X, et al. Effects of polysaccharide from Pueraria lobata on gut microbiota in mice[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2020, 158:740-749.
点击阅读原文：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141813020330671
