2021-10-25
期刊：《Food Chemistry》
影響因子：7.514
&
期刊：《Journal of Functional Foods》
影響因子：4.451
最近，派森諾與中國農業科學院特產研究所合作，在《Food Chemistry》和《Journal of Functional Foods》相繼發表論文，通過高通量測序、代謝組檢測結合生理實驗分析，對喂食人參水溶性膳食纖維（SDF）后的實驗大鼠狀態進行記錄，并檢測其腸道菌群與代謝物以及各種生理指標，從微生物組、代謝物和生理指標三大角度研究了SDF對機體的作用。
一、研究背景
人參作為典型的食藥兩用植物，其生理活性的發現和確證一直是科研工作者的研究重點。人參膳食纖維（DF）是一種不能被人體消化的碳水化合物，被稱為人體的“第七大營養素”。其中，水溶性膳食纖維（SDF）和非水溶性膳食纖維（IDF）含量比例在1:5左右。研究發現，乳桿菌等益生菌可在以人參SDF為主要碳源的MRS培養基中增殖，這表明，人參SDF可能具有益生元特性。但遺憾的是，占據人參根生物量80%的DF，在實際生產中除了較少用作動物飼料以外通常被當作廢棄物而舍棄，造成了資源浪費和環境污染，關于人參SDF的代謝調節和腸道健康作用的報道也很少。
本研究通過動物實驗與高通量測序技術，結合派森諾基因云QIIME2分析，對人參DF的潛在健康價值進行了研究，以期為人參DF的開發利用奠定重要理論基礎。
二、研究內容與目的
本研究采用人參水溶性膳食纖維（SDF）對大鼠進行短期飲食干預（15天），對大鼠采食量、血糖、血脂、胰島素水平、免疫球蛋白、抗氧化狀態等指標進行檢測記錄，同時采集糞便和盲腸內容物樣本，對腸道菌群結構和短鏈脂肪酸進行檢測，以探究人參SDF對生物體的作用。
三、材料與方法
測序技術：Illumina 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：糞便與腸道內容物菌群
本研究的微生物組分析通過派森諾基因云QIIME2進行。
四、實驗設計
采用不同濃度的SDF對大鼠進行15天飲食干預，同時設空白對照組和低聚果糖陽性對照組，記錄大鼠各種生理指標，對結腸組織進行組織學觀察，并收集糞便和盲腸內容物樣本，進行微生物組多樣性組成譜測序與代謝物檢測。
表1 實驗處理情況
五、結果與討論
1. 人參SDF對大鼠采食量、盲腸代謝物、血糖血脂水平、抗氧化狀態和免疫的影響
人參SDF能提高大鼠的采食量，還對血糖和血脂水平，尤其是甘油三酯有積極影響，能進一步改善健康大鼠的糖脂代謝。同時顯著改善血清抗氧化狀態和免疫球蛋白水平，增加盲腸SCFA（尤其是丁酸）濃度。
人參SDF對大鼠血糖血脂的影響
人參SDF干預后，大鼠抗氧化狀態相關指標的變化
人參SDF干預后，大鼠生長因子與免疫蛋白的變化
人參SDF對大鼠盲腸短鏈脂肪酸（SCFA）含量的影響
2. 人參SDF對大鼠糞便質量、糞便代謝物和結腸形態的影響
對不同處理組大鼠的糞便質量和結腸形態分析發現，人參SDF增強了腸道結構，如絨毛和隱窩，并增加了糞便SCFA（尤其是乙酸和丁酸）的濃度。
人參SDF對大鼠糞便質量和結腸形態的影響
人參SDF對大鼠結腸形態的影響
【正常組 (a)、SDFL200 (b)、SDFM400 (c)和SDFH800 (d)的結腸組織H&E染色圖像】
人參SDF對大鼠糞便中短鏈脂肪酸的影響
3. 人參SDF對大鼠糞便和盲腸內容物中腸道菌群構成的影響
糞便菌群中，人參SDF強烈影響了厚壁菌門和擬桿菌門的豐度，并顯著促進益生菌和纖維素分解細菌（如乳酸桿菌、雙歧桿菌和布氏瘤胃球菌）的增殖。
盲腸菌群中，隨著人參SDF處理劑量的增加，大鼠盲腸內容物中的菌群逐漸發生改變，高劑量SDF處理組的腸道菌群與對照組大鼠腸道菌群具有顯著差異。乳酸桿菌、瘤胃球菌、梭狀芽孢桿菌、梭菌和糞球菌的豐度顯著增加，而顫螺菌屬和脫硫弧菌的豐度顯著降低。
糞便樣本中的微生物群落多樣性與組成譜分析
盲腸內容物樣本中的微生物群落多樣性與組成譜分析
4. 人參SDF的益生元性質
PICRUSt2功能預測結果顯示，SDF干預組的脂質代謝和外源生物降解與代謝的豐度有所增加。同時，和糞便菌群類似，盲腸菌群中益生菌（如乳酸桿菌、雙歧桿菌和糞球菌）和纖維素分解菌（如梭狀芽孢桿菌和瘤胃球菌）的富集也得到了SDF的促進。
RDA分析顯示，SDFH組的乳酸桿菌、梭菌和瘤胃球菌與乙酸、丁酸、增重、采食量和各種免疫因子與抗氧化指標呈正相關，但與丙酸、戊酸和丙二醛濃度呈負相關。SDFH組中顫螺菌的減少與丙酸、戊酸和MDA的低水平呈正相關。
這表明，人參SDF具有益生元性質，在抗氧化狀態、提高免疫力和促進盲腸健康方面發揮有益作用。
糞便菌群的組成變化與功能預測分析結果
盲腸內容物菌群的組成變化和RDA分析結果
此外，糞便微生物與糖脂代謝指標的相關性分析顯示，人參SDF可能通過調節腸道菌群來改善糖脂代謝（尤其是TG）水平。
腸道微生物與糖脂代謝指標的相關性分析
六、總結
本研究采用人參水溶性膳食纖維（SDF）對大鼠進行短期飲食干預（15天），檢測記錄了大鼠采食量、血糖、血脂、胰島素水平、免疫球蛋白、抗氧化狀態等指標，同時檢測對腸道菌群和短鏈脂肪酸進行檢測分析，并得出以下結論：
①人參SDF能顯著改善大鼠的生長性能、糖脂代謝和血清抗氧化狀態；
②人參SDF能降低相關炎癥因子質量濃度，提高胰島素樣生長因子和免疫球蛋白水平；
③人參SDF改善了腸道結構，提高糞便短鏈脂肪酸濃度（尤其是乙酸和丁酸），增加了糞便和盲腸內容物菌群中的厚壁菌門豐度，并促進了益生菌（如乳酸桿菌和雙歧桿菌）和纖維素分解菌（如瘤胃球菌和梭狀芽孢桿菌）的增殖；
以上結果表明：人參SDF可能通過促進特定益生菌的增殖和代謝來改善腸道環境，最終對大鼠的代謝和能量穩態產生積極影響。
本研究的測序工作由上海派森諾生物科技有限公司完成，微生物組分析工作主要由派森諾基因云QIIME2完成。
