广东省科学院微生物研究所食用菌中心团队在灰树花多糖调节肠道菌群构效关系研究方面取得进展

广东省科学院微生物研究所食用菌研发团队在化学领域TOP期刊，International Journal of Biological Macromolecules(中科院一区，影响因子8.1)发表题为“Selective impact of three homogenous polysaccharides with different structural characteristics from Grifola frondosa on human gut microbial composition and the structure-activity relationship”的研究性论文。该研究从灰树花中提取纯化获得三种分子量和电荷性均一的多糖组分，并对其精细化学结构特征进行表征;利用体外肠道菌群发酵模型，探讨多糖作为潜在益生元的构效关系。本研究为后续开发多糖益生元、多糖益生菌复配物提供科学理论依据。

文章内容

灰树花(Grifola frondose (Dicks.) Gray)是一种大型食药用真菌，其主要活性物质——灰树花多糖，能够调节免疫及缓解代谢性疾病。灰树花多糖可通过重塑肠道菌群组成和结构，维持肠道微生态平衡，具有益生元潜力。然而，灰树花多糖成分复杂，多糖组分的精细结构不清楚，其与肠道菌群的相互作用不清晰，限制其构效关系的研究。本研究首先提取分离纯化多糖，得到了三个均一多糖组分GFP10、GFP21、GFP22。GFP10是重均分子量(Mw)为23.0 kDa的一种岩藻甘露半乳聚糖，含有1.3-Fucp，T-Manp，1.6-Galp，1.2.6-Galp四种糖苷键；GFP21是Mw为18.6 kDa的一种岩藻甘露半乳葡萄聚糖，含有1.3-Fucp，T-Manp，1.6-Galp，1.2.6-Galp，T-Glcp，1.3-Glcp，1.4-Glcp，1.6-Manp和1.3.6-Glcp九种糖苷键；GFP22是Mw为4.9 kDa的一种葡聚糖，含有T-Glcp，1.3-Glcp，1.4-Glcp和1.3.6-Glcp四种糖苷键。三个均一多糖组分的重复单元结构如图1所示：

图1 GFP10 (A)，GFP21 (B) 和 GFP22 (C)的重复单元结构

将获得的均一多糖组分作为唯一碳源，与健康人肠道菌群发酵24小时，发酵液中总糖含量(图2)、GPC色谱峰响应值明显降低，说明这三种多糖可不同程度被肠道菌群利用。发酵液pH值降低，产生乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸(SCFAs)。

图2 GFP10、GFP21和GFP22在体外人肠道菌群中的利用

(A)发酵前后总碳水化合物的变化;(B)发酵前后pH值的变化;发酵后乙酸(C)、丙酸(D)、正丁酸(E)含量 (*P < 0.05.**P < 0.01.***P < 0.001)。

与Con组相比，三个多糖均增加了肠道微生物群落的丰富度与多样性，并改变了群落组成，其中以GFP22的效果最好。在门水平上，GFP10和GFP22增加了放线菌门(Actinobacteriota)的相对丰度，而GFP21增加厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度。在属水平上，GFP10和GFP22抑制了克雷伯杆菌属(Klebsiella)和肠杆菌属(Enterobacter)；GFP10促进了柯林斯氏菌属(Collinsella)和双歧杆菌属（Bifidobacterium)的相对丰度，GFP21增加了链型杆菌属(Catenibacterium)，GFP22促进Bifidobacterium和Catenibacterium的相对丰度。

Klebsiella常引发肺炎、脓毒血症等肺部疾病，Enterobacter常与腹泻及化脓性炎症相关。Bifidobacterium是机体常见的有益共生菌，能够预防疾病和调节免疫。说明三种多糖在一定程度上具有益生元潜力，其中以GFP22的效果最显著。

图3 GFP10、GFP21和GFP22给药对肠道菌群组成的影响

α多样性：Ace (A)、Shannon (B)指数(*P < 0.05，**P < 0.01与Con比较)；β多样性： PCoA分析(C)；分层聚类分析 (D)；门(E)和属(F)水平上细菌群落的相对丰度。

图4 组间差异性分析

Con与GFP10组(A)、Con与GFP21组(B)、Con与GFP22组(C)的高丰度属比较，*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001

Spearman相关分析，有益菌链型杆菌属(Catenibacterium) (P < 0.01)、考拉杆菌属(Phascolarctobacterium) (P < 0.05)和双歧杆菌属(Bifidobacterium)与Mw呈负相关；单糖组成方面，葡萄糖和甘露糖可能与Catenibacterium (P < 0.01)、Phascolarctobacterium (P < 0.05)和Bifidobacterium (P < 0.05)的相对丰度呈正相关。然而，GFP10、GFP21和GFP22属于不同类型的多糖，就不同类型的多糖而言，哪一种单糖能促进上述菌属的增殖尚无定论。Catenibacterium (P < 0.01)、Phascolarctobacterium (P < 0.05)、Bifidobacterium与糖苷键T-Glcp、1.3-Glcp、1.3.6-Glcp和1.4-Glcp之间存在正相关。与上述益生菌一样，SCFAs的含量与多糖的Mw、单糖组成和糖苷键类型具有一致的相关性。

图5 前10属肠道细菌与SCFAs与Mw、单糖组成和多糖糖苷键类型的Spearman相关性。

*P < 0.05，**P < 0.01

本研究得到广东省重点研发项目 (2022B0202020004)，国家自然科学基金面上项目 (82373770)，广东省基础与应用基础研究基金 (2023A1515030151. 2023A1515012155)，广东省科学院 (2022GDASZH-2022010101) 的资助。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.132143