2020-12-11
發表期刊：《International Journal of Biological Macromolecules》
影響因子：5.162
最近，派森諾與中國農業科學院上海化學研究所合作，在《International Journal of Biological Macromolecules》（影響因子5.162）再次發表論文，將傳統生理實驗手段和NovaSeq等高通量檢測技術相結合，對喂食葛根多糖后的實驗小鼠狀態進行記錄，并檢測其腸道菌群與代謝物，從生理指標、微生物與代謝物三大角度研究了葛根多糖對生物體的作用機制。
值得一提的是，本研究還通過派森諾基因云的云圖匯板塊，對門和屬水平的物種組成進行了分析和可視化展示！
研究背景
葛根是一種傳統的中藥，因其生長迅速，營養豐富，被作為一種功能性食品。葛根中含有大量的生物活性物質，比如葛根多糖。葛根多糖具有豐富的生物活性，比如抗糖尿病，抗腫瘤活性，抗氧化活性，免疫調節活性等等。
雖然目前的研究已經證明，葛根多糖具有很強的抗氧化活性和免疫調節活性，但這主要是體外實驗得出的研究，很少有體內研究。另外，多糖實際上不易被人體吸收，需要通過腸道微生物對其發酵降解后產生短鏈脂肪酸之類的代謝物，才能被人體利用。因此，研究多糖對機體的作用離不開對腸道菌群的研究。
研究內容與目的
本研究對正常小鼠和抗生素相關性腹瀉（AAD)）小鼠給予等劑量的葛根多糖（PPL）兩周，并對體重、器官指數、腸道結構、腸道菌群和短鏈脂肪酸進行檢測評估，以探究葛根多糖對生物體的作用機制。
注：抗生素相關性腹瀉是抗生素的副作用之一，可導致腸道微生物群失衡。
材料與方法
測序技術：Illumina MiSeq與NovaSeq高通量測序平臺
測序模式：微生物組16S rRNA基因V3-V4區
實驗對象：小鼠腸道菌群
實驗設計
先通過灌胃，用鹽酸林可霉素誘導小鼠腹瀉，再給予腹瀉小鼠和正常小鼠等量的葛根多糖。同時設空白對照組和自然恢復組。觀察小鼠臟器指數和腸道結構，檢測腸道微生物群的組成和多樣性以及短鏈脂肪酸代謝產物的差異。
表1 實驗處理情況
研究結果
1. 首先進行生理學實驗，觀察葛根多糖對腹瀉小鼠的治療效果
每個處理組小鼠的平均體重如圖1所示。第3天和第6天，腹瀉小鼠Q組與B組的平均體重均低于正常小鼠J組和W組，還出現了便溏和背毛變色的現象，不過其它器官指數（表1）各組間無顯著差異（p>0.05）。
圖1 每組小鼠平均體重變化
表1葛根多糖處理對小鼠器官指數的影響
結腸組織學觀察結果顯示（圖2）：Q組出現大量紅細胞、淋巴細胞和腸腺排列松散等炎癥相關組織病理學現象。經葛根多糖治療后，B組腸道形態恢復至無顯著性差異。
圖2 各處理組代表性結腸的組織學觀察（A，B，C為J組；D，E，F為W組；J，K，L為Q組；M，N，O為B組）
2. 小鼠盲腸內容物中短鏈脂肪酸的含量
小鼠盲腸內容物中的短鏈脂肪酸如表2所示，與J組相比，W組、Q組和B組的短鏈脂肪酸含量均有所下降。其中，己酸、異丁酸和異戊酸含量顯著下降（P<0.05），且服用鹽酸林可霉素的Q和B組明顯低于對照組（P<0.05），表明這三種短鏈脂肪酸含量的變化很可能受到AAD的影響。此外，W組異戊酸含量顯著降低，表明葛根多糖對異戊酸的含量有一定影響。
表2 PPL處理對小鼠盲腸內容物的影響
3. 隨后，對小鼠腸道微生物群落結構和多樣性進行檢測，分析在不同處理下，微生物多樣性與群落結構的變化，并找出在各組間顯著變化的物種類群。
Chao1豐富度指數與Shannon多樣性指數顯示（圖2A、B），J組、Q組與B組間，腸道菌群豐富度與多樣性沒有顯著差異，不過W組比其它三組都更高。這表明，葛根多糖能顯著提升正常小鼠的微生物群落豐富度與多樣性（P<0.05）。PCoA分析也顯示（圖2C、D），葛根多糖對正常小鼠的腸道菌群組成有很大影響。
圖5 A：Chao1豐富度指數；B：Shannon多樣性指數；C：基于weighted Unifrac距離的PCoA分析；D：基于unweighted Unifrac距離的PCoA分析
實驗處理兩周后，自然恢復小鼠（Q）和口服PPL腹瀉小鼠的細菌多樣性與組成均已接近正常小鼠水平。進一步分析門和屬水平上的物種群落結構發現：各組優勢菌門主要是擬桿菌門、厚壁菌門、放線菌門、變形菌門和TM7。PPL使正常小鼠的放線菌豐度顯著下降，而在AAD小鼠中升高。同時，AAD小鼠中的變形菌相對豐度顯著降低（P<0.05）。此外，與J組相比，W、Q、B組中的軟壁菌門豐度顯著減少（P<0.05）。
屬水平上，PPL誘導了正常小鼠的Anaerotruncus、顫螺菌和Odoribacter顯著增加，而使棒狀桿菌、費克藍姆菌、寡養桿菌顯著減少。PPL還逆轉了AAD小鼠脫硫弧菌的減少，提高了糞球菌、棒狀桿菌、短桿菌、寡養桿菌和梭菌的豐度。
圖4 A：豐度前10門的平均相對百分比；B：豐度顯著變化的門對應屬的箱線圖；C：豐度前10屬的平均相對百分比；D：豐度顯著變化屬的箱線圖
總 結
本研究對正常小鼠和抗生素相關性腹瀉（AAD）小鼠給予等劑量的葛根多糖（PPL）兩周，并根據體重、器官指數、腸道結構、腸道微生物群和短鏈脂肪酸進行評估并得出以下結論：
①正常小鼠經PPL處理后，不僅異戊酸濃度顯著降低，有益細菌的豐度也顯著增加。
②PPL能減輕AAD引起的結腸病變和腸道菌群失調，并顯著增加正常小鼠體內微生物群落的豐富度和多樣性。
以上結果表明：PPL是一種可調節腸道微生物群的潛在功能性食品成分。
本研究的測序和部分數據分析工作由上海派森諾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.
點擊閱讀原文：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141813020330671
