体外发酵揭示燕麦β-葡聚糖与人类肠道拟杆菌之间的相互作用关系及其在调节肠道细胞因子中的潜在作用

体外发酵结果表明，燕麦β-葡聚糖显着增加了肠道拟杆菌属水平的丰度。然后，从人体肠道微生物群中分离出拟杆菌菌株，其中 9 株拟杆菌可以在燕麦 β-葡聚糖上生长并将燕麦 β-葡聚糖降解为还原糖。值得注意的是，菌株Bacteroides xylanisolvens Bac02和Bacteroides koreensis Bac08对燕麦β-葡聚糖具有最强的降解能力。基因组分析和功能注释表明，B. xylanisolvens Bac02 和 B. koreensis Bac08 含有丰富的编码糖苷水解酶家族 3 (GH3) 和 GH16 的基因，这些基因可能负责 β-葡聚糖的降解。此外，细胞实验表明，这9株拟杆菌发酵燕麦β-葡聚糖的代谢产物可以调节巨噬细胞的极化，维持肠道免疫稳态。

燕麦β葡聚糖是一种由葡萄糖单体组成的膳食多糖，广泛分布于各种谷类食品和燕麦类食品中。由于其具有降低血清胆固醇水平、调节餐后血糖和胰岛素水平以及抗炎和免疫调节功能等多种生理功能，燕麦β葡聚糖引起了广泛关注。燕麦的体内吸收和代谢与燕麦β葡聚糖的功能和应用密切相关。研究燕麦β葡聚糖的体内代谢有助于阐明其消化过程以及膳食成分与人体健康的关系。

厚壁菌门和拟杆菌门是占主导地位的肠道微生物门，其丰度占肠道微生物群的 90% 以上。拟杆菌门的大多数成员，尤其是拟杆菌门，以拥有针对多种复杂多糖的碳水化合物活性酶 （CAZymes） 而闻名。拟杆菌属微生物是最有效的多糖降解剂和最成功的肠道定植者。迄今为止，已经从人类肠道中分离并鉴定出30种拟杆菌。人类肠道拟杆菌物种与宿主表现出显着的相互作用，因此在人类健康和疾病中发挥作用。此前，燕麦β-葡聚糖已经证明了它在体外发酵过程中对肠道拟杆菌丰度的影响。然而，受燕麦β-葡聚糖影响的特定拟杆菌属物种，以及燕麦β-葡聚糖与肠道菌株之间的相互作用关系及其对人体健康的影响尚不清楚。

本研究首先进行体外发酵，并实施16S rRNA测序，以确认燕麦β-葡聚糖对健康成虫肠道菌群和拟杆菌属的影响。基于此，从健康人类受试者的肠道中分离出肠道拟杆菌菌株，通过重新接种到含有燕麦β-葡聚糖作为唯一碳源的培养基中，鉴定并验证了它们对燕麦β-葡聚糖的利用。接下来，对拟杆菌菌株进行宏基因组测序和CAZymes分析，探讨燕麦β-葡聚糖肠道拟杆菌代谢的可能原因。最后，通过细胞实验研究了肠道拟杆菌菌株代谢燕麦β葡聚糖产生的代谢产物对肠道免疫平衡的影响。本研究的目的是在模拟结肠发酵模型中系统评估燕麦β-葡聚糖与人肠道拟杆菌之间的相互作用关系，为开发针对肠道微生物的新型多糖干预策略提供依据，同时为探索膳食成分与肠道微生物群之间的相互作用提供未来方向。

图文赏析：

图1 燕麦β-葡聚糖发酵引起肠道微生物变化。

图二：组间差异分析显示，燕麦β-葡聚糖在体外发酵过程中肠道微生物属受到显著影响。

图3 以β-葡聚糖为唯一碳源的GMM培养基中9种分离的拟杆菌菌株对燕麦β-葡聚糖的利用表征。

图4 拟杆菌Bac02 和拟杆菌 Bac08 菌株的性状表征。

图5 来自燕麦β葡聚糖的代谢物由来自人类肠道的各种拟杆菌菌株代谢抑制LPS诱导的M1微噬细胞的激活。

DOI: 10.1039/d4fo00775a