文献分享｜羊肚菌（Morchella elata）多糖在抗疲劳中的机制：小鼠肠道微生物群-代谢物轴的作用

本期推荐的是发布于NPJ Science of Food的文章：“Mechanism of Morchella polysaccharide in anti-fatigue: the role of the gut microbiota-metabolite axis in mice”。本研究从产自青藏高原地区的羊肚菌中分离出粗羊肚菌多糖（MP），并进一步纯化了初级水溶中性多糖组分MP1-1。在此基础上对MP和MP1-1进行结构表征，并基于肠道微生物群-代谢物轴进一步探索了MP对疲劳小鼠的干预作用。化学分析表明，MP主要由葡萄糖组成（摩尔比72.33%），分子量分布广泛（分散指数Mw/Mn = 30.97）。结构表征确认MP1-1为仅由葡萄糖单元组成的均相葡聚糖，其骨架通过→4)-α-D-Glcp-(1→4)型键连接。活性研究方面，建立了阴性对照组（NC）、阳性对照组（PC，红景天苷，100 mg/kg）以及低、中、高剂量的MP组（50、100、200 mg/kg），连续给药四周，并在给药的最后一天进行力竭游泳测试评估MP的抗疲劳作用。随后，评估了疲劳相关的生化指标、肠道微生物群组成和代谢物变化。结果表明，MP干预与抗疲劳表型显著相关，其可能通过重塑肠道微生物群干预了宿主代谢谱，并调节与能量代谢、炎症和氧化应激相关代谢通路。总之，本研究表明，产自青藏高原的Morchella elata粗多糖可能通过调控“肠道微生物群-代谢物-宿主生理表型”网络发挥抗疲劳作用，为其在功能性食品领域的应用提供了初步实验证据。

【研究背景】

疲劳由超过一定强度或持续时间的身体或认知活动引起，是一种不可避免的生理和心理现象，会导致记忆力受损、工作效率下降以及安全风险增加。长期疲劳会增加癌症和心血管疾病而导致的死亡风险。因此，开发具有显著抗疲劳效果的功能性食品或药物已成为日益受到关注的研究热点。疲劳由多种因素引起，包括神经递质失衡、有毒代谢物积累、能量供应不足、过度炎症反应、肠道微生物群失调以及氧化应激。因此，针对疲劳机制的营养素或补充剂在抗疲劳方面效果显著。

从植物、动物和微生物提取的生物活性物质等天然产物已展现出多方面缓解疲劳的潜力，成为功能性食品和健康补充剂开发的关键焦点。大量临床和前临床研究表明，这些物质通过调节能量代谢和减少氧化应激等多种机制发挥抗疲劳作用。例如，从Bupleurum chinense提取的多糖通过激活AMPK/PGC-1α和Nrf2/ARE信号通路来缓解疲劳。红参提取物主要通过增强骨骼肌的线粒体功能和增加ATP的产生来减轻身体疲劳。此外，大蒜多糖的抗疲劳作用与其激活AMPK/PGC-1α通路、减少氧化应激以及调控肠道微生物群有关。在动物来源的活性成分中，鸽肉水解物（PMH）已被证明能显著提升小鼠的运动耐力，通过增加肌肉和肝脏糖原储备、缓解氧化应激以及调节能量代谢。因此，天然活性成分因其多靶点作用机制和高安全性，在抗疲劳研究和应用中备受青睐。

青藏高原是地球上最大、最高的高原，具有独特的极端环境条件，包括高海拔导致的低氧、强烈紫外线、低温和干旱。这些条件使这片土地具有独特的食物资源，如青稞、牦牛制品、长果茶藨子（Ribes stenocarpum Maxim.）以及特有微生物。为了适应高原环境胁迫，这些资源通常含有高含量的生物活性化合物（如β-葡萄糖、多酚和不饱和脂肪酸），并在能量代谢、细胞凋亡和增殖调节以及通过强效抗氧化、抗炎和抗菌机制对抗疲劳方面具有显著潜力，是开发独特功能性食品的宝贵资源库。

在高原众多独特资源中，羊肚菌属（Morchella spp.）是一种珍贵的食用和药用真菌，属于子囊菌门。羊肚菌属真菌富含必需氨基酸、多糖、维生素、矿物质及其他营养素，具有诸多健康益处。值得注意的是，青藏高原极端环境中生长的羊肚菌可能因特殊环境而进化出独特的结构和次级代谢途径，因而蕴含更独特的生物活性成分。在这些活性化合物中，羊肚菌粗多糖（crude Morchella polysaccharide，MP）因其显著的抗氧化、降脂、免疫调节和抗肿瘤效果而备受关注。研究表明，MP可以通过上调IL-10和TGF-β表达来诱导M2巨噬细胞极化，同时下调小鼠腹膜巨噬细胞中TNF-α和IL-12表达，从而发挥抗炎和免疫调节作用。此外，MP及其含硒衍生物在抗疲劳研究中展现出潜力，显著延长小鼠力竭游泳时间并调节相关生理指标，且其抗疲劳机制可能与缓解氧化应激有关。MP可有效降低PC12细胞中的ROS和MDA水平，同时增强SOD和GSH活性，从而保护PC12细胞免受氧化应激。同时，MP通过调控参与PI3K/Akt信号通路及线粒体凋亡相关通路的蛋白表达来抑制凋亡。

研究表明，蘑菇多糖的生物活性与其单糖组成、分子量和糖苷键类型密切相关，并且这一结构-活性关系在真菌多糖中尤为明显。例如，具有β葡聚糖骨架的灵芝多糖组分RF3具有显著的抗衰老效果和免疫调节特性。从白蚁真菌中提取的多糖表现出抗癌特性。通过热水提取获得的水溶性和不溶性β葡聚糖显著刺激巨噬细胞，从而展现出免疫调节特性。然而，这种对β葡聚糖的关注在一定程度上掩盖了真菌多糖领域的化学多样性。事实上，α型葡聚糖也存在于其他可食用真菌中，并展现出抗癌和抗炎等多种生物活性。在羊肚菌属内，这种结构多样性已初步确认。例如，从羊肚菌六角菌中分离出的一个主要多糖组分被鉴定为具有(1→4)-α-D连接骨架的葡聚糖。并且，经过分离和纯化后，α-葡聚糖是MP中最丰富的部分。

尽管以往研究表明羊肚菌多糖（MP）具有抗疲劳潜力，但目前关于其潜在机制的研究仍然不足，尤其是在肠道微生物群与宿主代谢相互作用的综合研究方面。因此，本研究旨在系统性地通过整合行为研究、生理和生化指标、组织病理学、16S rRNA肠道微生物群测序以及非靶向代谢组学分析，系统性地探讨MP对疲劳小鼠的抗疲劳效果。值得注意的是，为阐明其物质基础，本研究系统地分离并精确结构化鉴定了MP的主要水溶性组分，确认其关键活性组分为α-葡聚糖的化学结构。通过多组学相关分析以验证多重组与抗疲劳表型之间的关联，初步揭示其特定化学结构与肠道微生物组重塑及宿主代谢谱变化之间的潜在联系。本研究将进一步探讨这些变化与关键生理过程（如能量代谢、氧化应激和炎症反应）改善之间的潜在联系，为深化对MP抗疲劳效应的理解提供了多组学数据支持，并为后续研究和开发提供参考。

【研究结果】

1.1 MP的基础化学表征

用热水提取法从产自青藏高原的羊肚菌中提取多糖，随后经双氧水脱色、Sevag法去除游离蛋白、乙醇沉淀和冷冻干燥，获得初步纯化产物，命名为MP，其多糖含量为72.3%。采用高效阴离子交换色谱（HPAEC）分析MP的单糖组成，通过测定峰面积并计算摩尔比。通过与单糖混合标准品色谱图对比，发现MP是由多种单糖组成的杂多糖（图1A）。葡萄糖（Glc）是主要单糖组分，占摩尔比的72.33%，与羊肚菌多糖的常见报道一致。此外，MP还含有一定量的甘露糖（Man，17.92%）、半乳糖（Gal，8.97%）和微量的氨基葡萄糖（GlcN，0.78%）。因此，MP属于多糖混合物。

采用SEC-MALLS-RI（图1B）评估MP的均一性和分子量。色谱图显示一个不对称的宽分布峰，测得重均分子量（Mw）为2383.85 kDa，数均分子量（Mn）为76.976 kDa，多分散系数（Mw/Mn）为30.97。

图1 粗多糖MP的基本化学特性。（A）单糖混合标准品和MP的单糖组成HPAEC色谱图；（B）MP的分子量分布SEC-MALLS-RI色谱图

1.2 MP的分离、纯化及初步物理化学表征

粗多糖MP通过DEAE-SEP LIFE纤维素柱进一步纯化。它依次用超纯水和梯度浓度的氯化钠溶液（0.1、0.2和0.3 mol/L）洗脱。洗脱曲线显示出两个主要峰，分别被标记为MP1和MP2（图2A）。根据先前研究，第一个水洗脱峰（MP1）代表了最丰富的中性多糖组分，因此被选中进行后续深入研究。

MP1通过Sephacryl S-400HR凝胶柱进一步纯化，得到两个亚组分MP1-1和MP1-2（图2B）。鉴于MP1-1相较于溶解度差的MP1-2更易溶于水，MP1-1被选中用于后续结构研究。MP1-1得率为19.2%。

采用SEC-MALLS-RI检测MP1-1的均匀性和分子量。色谱图中的对称单峰证实了其均匀性（图2C）。实验测得分子量（Mw）5.46 × 103 kDa，多散布指数（Mw/Mn）为1.04。单糖组成分析表明MP1-1完全由葡萄糖组成（摩尔百分比为100.00%），证实其为高纯度葡聚糖（图2D）。

MP1-1的傅里叶变换红外光谱表现出特征性的多糖吸收峰（图2E）。宽峰约3410.93 cm-1被归因于-OH基团的拉伸振动，而2928.37 cm-1附近的弱峰则对应C-H键的拉伸振动。1639.95 cm-1被归因于束缚水的水合振动，而位于1411.83cm-1和1367.64cm-1的吸收带与C-H弯曲振动相关。1000 ~ 1200 cm-1内有多个强烈吸收峰值，提示存在呋酮糖环结构。值得注意的是，MP1-1的弱吸收峰为849.69 cm-1，表明MP1-1中的糖苷键主要为α构型。

扫描电子显微镜显示MP1-1颗粒呈现不规则层状形态，表面相对光滑且致密（图2F），与许多均质多糖的共同形态特征一致。

图2 MP的分离、纯化及初步结构特征分析。（A）MP在DEAE Seplife FF色谱柱上的洗脱曲线；（B）MP1在Sephacryl S-400HR色谱柱上的洗脱曲线；（C）MP1-1的分子量分布色谱图；（D）混合单糖标准品与MP1-1的单糖组成色谱图；（E）MP1-1的FT-IR光谱；（F）MP1-1的扫描电子显微镜图像（600倍、100倍）

1.3 MP1-1的微观结构表征

通过甲基化GC/MS分析确定MP1-1中的糖苷键连接方式。结果显示（表1），在MP1-1中鉴定出的主要葡萄糖残基为t-Glcp、4-Glcp、3,4-Glcp、2,4-Glcp以及4,6-Glcp，其含量比例分别为14.85%、68.11%、1.77%、1.08%和14.19%。

表1 MP1-1的甲基化分析结果

核磁共振光谱进一步证实并明确了上述结构。1H NMR谱图（图3A）在端基区域（δ 4.3-5.4 ppm）显示出多个信号，表明存在多种糖残基。1H NMR端基质子的化学位移范围为3.5-5.5 ppm，其中α构型端基质子的位移通常大于4.90 ppm，而β构型质子的位移通常小于4.90 ppm7。

结合13C NMR（图3B）、HSQC（图3D）及甲基化分析，通过端基信号（表2）鉴定出5种主要糖残基：残基A（δH/δC 5.34/99.96）对应→4)-α-D-Glcp-(1→；残基B（δH/δC 4.93/98.73）为α-D-Glcp-(1→；残基C（δH/δC 4.93/98.73）为→4,6)-α-D-Glcp-(1→；残基D（δH/δC 5.16/91.88）为→4)-α-D-Glcp；残基E（δH/δC 4.59/95.79）为β-D-Glcp-(1→。

NOESY谱图（图3F）揭示了糖残基之间的空间连接：残基A的H1与其自身的H4（δ 5.34/3.60）及残基C的H4（δ 5.34/3.58）相关；残基B的H1与残基C的H6（δ 4.93/3.91）相关；残基C的H1与残基A的H4（δ 5.30/3.60）相关。在HMBC谱图（图3E）中未观察到明显的异核远程相关信号。

综合1D/2D NMR和甲基化数据，推断MP1-1的主链由交替排列的→4)-α-D-Glcp-(1→和→4,6)-α-D-Glcp-(1→残基组成。侧链α-D-Glcp-(1→连接在分支点残基C的O-6位。推断得到的多糖链结构如图3G所示。

图3 MP1-1的核磁共振光谱及预测结构。（A）1H光谱；（B）13C光谱；（C）1H-1H COSY光谱；（D）1H-13C HSQC光谱；（E）HMBC光谱；（F）NOESY光谱；（G）MP1-1的预测结构

表2 MP1-1的1H和13C化学位移指认

1.4 MP对小鼠的体重和脏器湿重均无显著影响

在整个实验周期，各组小鼠体重均逐渐增加。与NC组相比，经口灌胃给予不同剂量MP的小鼠体重均无显著差异（图4）。此体重增长归因于正常的生长发育，表明灌胃MP对小鼠生长无明显促进或抑制作用。解剖后称量各组脏器湿重，各MP剂量组与NC组相比，脏器湿重均无显著差异（表3），表明不同剂量MP灌胃对小鼠脏器重量无明显影响。

图4 MP对小鼠体重的影响

表3 MP对小鼠脏器湿重的影响

注：数值以均值±标准误表示（n = 6）。同一列中不同大写字母表示数值间存在显著差异（p < 0.05）。

1.5 MP显著延长小鼠力竭游泳时间

与NC组相比，MP干预以剂量依赖性方式显著延长了小鼠力竭游泳时间（图5）。具体而言，MP-L、MP-M和MP-H组的力竭游泳时间分别显著增加了28.4%（P < 0.001）、56.5%（P < 0.0001）和60.8%（P < 0.0001）。MP组的游泳耐力表现与阳性对照组（PC，红景天苷）相当。

图5 MP对小鼠力竭游泳时间的影响

注：不同小写字母表示组间差异显著（p < 0.001）。

1.6 MP增加小鼠体内肝糖原和肌肉糖原的储备

与NC组相比，PC组小鼠的肝糖原（HG）和肌糖原（MG）含量均显著升高（图6A、6B）。该结果与文献报道一致，表明红景天苷可改善能量代谢。与NC组相比，MP-L、MP-M和MP-H组的肝糖原和肌糖原含量均显著增加（P < 0.01）。MP-H组的糖原水平与PC组相当，两组间差异无统计学意义（P > 0.05）。

图6 MP对小鼠HG（A）和MG（B）的影响

注：不同小写字母表示组间差异显著（p < 0.01）。

1.7 MP显著降低血尿素氮和乳酸脱氢酶的活性

与NC组相比，各MP剂量组乳酸脱氢酶（LDH）活性均显著降低（P < 0.001））图7A-B）。其中，MP-H组降幅最大，其活性水平为（1177.49 ± 17.08）U/g，降幅达42.20%。同时，各干预组的血尿素氮（BUN）水平均显著低于NC组（P < 0.05），其中MP-H组的BUN水平降至最低，且与PC组相比差异无统计学意义。上述结果表明，MP干预（尤其是高剂量）能有效抑制力竭运动诱导的LDH释放和BUN蓄积。

图7 MP对小鼠LDH活性（A）和BUN含量（B）的影响

注：不同小写字母表示组间差异显著（p<0.001）。

1.8 MP可改善剧烈运动引起的氧化应激

为了评估MP干预与氧化应激状态之间的相关性，本研究测定了组织中丙二醛（MDA）的水平、总抗氧化能力（T-AOC）以及关键抗氧化酶——超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性。与NC组相比，所有MP给药组的MDA水平均显著降低（P ＜ 0.001）（图8A）。具体而言，MP-L、MP-M和MP-H组的MDA水平分别下降了17.52%、24.79%和32.05%（P ＜ 0.05）。与此同时，MP处理组的抗氧化参数也呈现出系统性变化（图8B-D）：与NC组相比，SOD、T-AOC和GSH-Px的活性均显著升高，并呈现出剂量依赖性的增强趋势。

图8 MP对小鼠肝脏中MDA含量（A）、SOD活性（B）、GSH-Px活性（C）和T-AOC的影响。

注：不同小写字母表示组间差异显著（p<0.001）。

1.9 MP可有效降低全身性炎症水平

为评估MP干预与炎症状态之间的相关性，检测了血清中促炎因子（IL-6、IL-1β、TNF-α、CRP）和抗炎因子（IL-10）的水平。如图9所示，MP干预与炎症标志物的变化呈剂量依赖性关联。具体而言，与NC组相比，MP-H组的促炎因子水平显著降低，其中IL-6、IL-1β、TNF-α和CRP浓度分别下降18.00%、11.02%、7.57%和20.12%（P < 0.001）。同时，抗炎因子IL-10水平随MP剂量升高而升高，MP-H组较NC组升高27.16%（P < 0.001）。

图9 MP对小鼠血清细胞因子的影响

注：不同小写字母表示组间差异显著（p<0.001）。

1.10 MP可有效降低全身性炎症水平

为评估MP干预对运动诱导的多器官组织状态的潜在影响，对心脏、肝脏、骨骼肌和肾脏进行了H&E染色分析。组织学检查显示，NC组小鼠表现出广泛的多器官结构改变，包括心肌细胞水肿、肝脂肪变性、骨骼肌纤维排列紊乱以及肾小管上皮细胞空泡变性，并伴有明显的炎性细胞浸润（图10A-D）。相比之下，MP干预以剂量依赖性方式减轻了上述病理改变。MP-H组主要器官的组织结构更为完整，细胞形态改善，炎症浸润减少，其整体组织学特征与PC组相当。上述组织病理学结果表明，MP干预与力竭运动诱导的多器官组织损伤减轻相关。

图10 各组小鼠心脏、肝脏、骨骼肌及肾脏的组织病理学观察（H&E染色）。（A）心脏：黑色箭头示炎性浸润，红色箭头示心肌细胞，紫色箭头示细胞核；（B）肝脏：黄色箭头示肝细胞，红色箭头示脂肪变性；（C）骨骼肌：红色箭头示肌纤维；（D）肾脏：红色箭头示肾小管上皮细胞

1.11 MP改善了疲劳小鼠的肠道菌群组成

α多样性分析显示，与NC组相比，MP-H组的Shannon指数、Chao1指数和Ace指数均呈上升趋势。尽管这些增加无显著统计学差异，但提示MP-H提高了肠道菌群的丰富度和均匀度（表4及图11A-D）。采用主坐标分析（PCoA）和非度量多维尺度分析（NMDS）对小鼠肠道菌群的β多样性进行分析（图11E）。各MP剂量组的肠道菌群结构均与NC组明显分离，提示MP补充改变了疲劳小鼠的肠道菌群组成。

通过检测小鼠盲肠内容物中的微生物组成以确定MP对运动疲劳所致肠道菌群失衡的影响。在门水平上，小鼠肠道中的优势菌门为Firmicutes和Bacteroidetes，两者相对丰度之和超过70%（图11I）。与NC组相比，MP剂量组中Desulfobacterota的相对丰度显著降低（P < 0.05）。在属水平上，MP剂量组中Muribaculaceae和Desulfovibrio的丰度逐渐降低，而Lachnospiraceae和Odoribacter的丰度则升高（图11G）。

MP干预还改变了小鼠盲肠内容物中的肠道菌群结构（图11F、H）。LEfSe分析（线性判别分析，LDA > 2，P < 0.05）及热图分析显示，与NC组相比，MP-H组小鼠肠道中多个关键微生物属的相对丰度升高，包括：Bifidobacterium、Lactobacillus、Clostridia、Bacteroides、Colidextribacter、Prevotellaceae等。此外，MP干预还降低了Desulfovibrio、Akkermansia和Helicobacter的丰度。

表4 组间样本的阿尔法多样性

图11 MP对小鼠肠道菌群组成的影响（每组n = 3）。（A）α多样性的Observed species指数；（B）α多样性的Chao1指数；（C）α多样性的Pielou-e指数；（D）α多样性的Shannon指数；（E）β多样性的PCoA及NMDS图；（F）小鼠肠道菌群属水平热图分析；（G）基于16S rRNA测序数据的盲肠内容物细菌属水平分类分布；（H）LEfSe分析；（I）基于16S rRNA测序数据的盲肠内容物细菌门水平分类分布

1.12 MP有助于调节宿主的新陈代谢，从而改善能量消耗和代谢紊乱

为阐明MP抗疲劳的作用机制，采用非靶向代谢组学对小鼠盲肠代谢物进行鉴定。主成分分析（PCA）显示，质控样本聚类良好，表明数据可靠。此外，MP-H组与NC组样本之间存在部分重叠，反映了个体间的生物学变异性（图12A）。随后，正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）进一步揭示了MP-H组与NC组之间代谢谱的分离趋势（图12B）。模型参数为R2X = 0.193，R2Y = 0.813，Q2 = 0.569，且置换检验结果显著（p < 0.05），表明两组间代谢状态存在差异。

以VIP > 1、P < 0.05 且差异倍数（FC）> 1.5或< 0.67为筛选标准，共鉴定出70种差异代谢物（39种上调，31种下调）（图12D）。其中，VIP得分较高的代谢物，如花生酸，在MP-H组中表达上调，而3-氧代胆烷酸则表达下调（图12E）。相关性网络分析显示，这些差异代谢物主要归属于脂质、有机酸和苯丙素类等大类，并相互交织形成网络（图12G）。

KEGG通路富集分析显示，差异代谢物显著富集于15条代谢通路（图12H、I）。其中，β-丙氨酸代谢、氯代烷烃和氯代烯烃降解、甘油酯代谢、丙酸代谢、α-亚麻酸代谢、磷脂酰肌醇磷酸代谢、磷酸戊糖途径、甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢以及不饱和脂肪酸生物合成等通路均发生了显著扰动。上述结果表明，MP干预与肠道代谢谱的广泛重编程有关，尤其影响了与能量稳态和氧化应激相关的关键代谢通路。

图12 MP对盲肠代谢组及关键通路的影响（每组n = 6）。（A）PCA分析；（B）OPLS-DA得分图（NC组 vs. MP-H组）；（C）OPLS-DA置换检验分析；（D）NC组与MP-H组差异代谢物的火山图（红色表示上调代谢物，蓝色表示下调代谢物，灰色表示无显著变化的代谢物）；（E）VIP得分图（展示对数据分离贡献最大的前20种代谢物，红色模块和蓝色模块分别表示NC组与MP-H组中上调和下调的代谢物）；（F）差异代谢物热图；（G）代谢物-代谢物互作网络图；（H）差异代谢物的拓扑分析；（I）基于KEGG数据库的差异代谢物富集分析

1.13 特定细菌属、差异代谢物与生化指标之间的相关性分析

采用Spearman相关性分析可揭示生化指标、粪便代谢物与肠道菌群之间的关联。MP干预后，小鼠体内Lactobacillus、Odoribacter和Clostridia与抗氧化活性和糖原储备呈正相关，而与氧化应激标志物（MDA）、BUN、LDH及炎症因子呈负相关。相反，Desulfovibrio和Eubacterium则呈现相反趋势。上述结果与丰度分析结果一致。

MP干预后，代谢物6-氧代嘌呤、二十碳酰乙醇胺、C4-高丝氨酸内酯、十一烷基苯磺酸、月桂基硫酸盐、肉豆蔻基硫酸盐、月桂胺氧化物、甘油酸以及氧化应激和炎症因子，均与抗氧化活性和糖原储备呈负相关。下调代谢物5-二羟基庚-6-烯酸、1,4-环己烷二甲酸、2-羧基-5-癸内酯、9s-羟基-10-十一碳烯酸、4-羟基香豆素、异烟酸和3-氧代胆烷酸与炎症因子、MDA和BUN呈负相关，而与抗氧化活性和糖原储备呈正相关。

对差异代谢物与小鼠中丰度较高的肠道菌群分类单元进行了Spearman相关性分析以进一步确定微生物在MP诱导的特定差异代谢改善中的潜在作用。其中，Desulfovibrio、Eubacterium和Muribaculaceae科与代谢物3-氧代胆烷酸、1,4-环己烷二甲酸、2-羧基-5-癸内酯、9s-羟基-10-十一碳烯酸和5-二羟基庚-6-烯酸呈负相关。相反，Lactobacillus、Clostridia、Bacteroides和Odoribacter与上述代谢物呈正相关。

【讨论与结论】

运动性疲劳是一种复杂的生理现象，涉及多种机制，包括能量代谢紊乱、氧化应激和炎症反应。尽管羊肚菌多糖的抗疲劳活性已有初步报道，但其通过“肠道菌群-代谢物轴”发挥抗疲劳作用的机制尚不清楚，因此本研究整合行为学、多组学和结构表征方法，以探索这一机制。值得注意的是，食用菌中的活性多糖主要为β-葡聚糖，仅少数为α-葡聚糖。其中，分支度为0.2% ~ 0.33%的β-葡聚糖被认为具有最强的生物活性。相比之下，α-葡聚糖在活性真菌多糖中报道较少。然而，本研究及近期文献均表明，羊肚菌属含有结构明确的α-葡聚糖资源，并其可能通过不同于β-葡聚糖的机制发挥作用。近期研究从锁阳（Cynomorium songaricum Rupr.）中分离出三种α-葡聚糖，其能显著保护MC3T3-E1细胞免受同型半胱氨酸诱导的氧化应激损伤，表现为细胞活力增强、抗氧化酶活性升高，以及丙二醛和乳酸脱氢酶水平降低。

本研究通过建立力竭游泳疲劳模型，验证了MP的抗疲劳效果。与NC组相比，MP-H组力竭游泳时间显著延长60.8%（P < 0.0001），且不影响小鼠的基础生理状态（如体重），表明MP能有效增强运动耐力。既往研究证实，HG、MG、LDH和BUN水平与运动密切相关。力竭运动可诱导肝损伤，导致血清LDH显著升高。LDH是糖酵解的关键酶，常用作肌肉损伤的标志物。HGP通过降低LDH含量、抑制BLA产生及降低BUN和CK水平发挥抗疲劳作用。肌肉疲劳时，BUN积累会导致运动表现下降。MG在高强度运动中作为关键能量底物，其代谢在运动中显著增加，但在短时间内明显下降。急性运动促进HG分解并加速糖异生。当糖异生及相关通路无法满足能量需求时，AMP活化蛋白激酶被激活，以增强脂肪酸氧化产生ATP从而确保全身能量供应。这些结果表明，急性运动迅速消耗能量储备，激活无氧代谢，增加乳酸积累和蛋白质分解。本研究中，MP显著增加HG和MG储备（P < 0.01），并显著降低LDH和BUN水平（P < 0.05），与既往研究一致。这表明MP干预与能量储备增加（HG和MG升高）及运动诱导的代谢紊乱减轻（LDH和BUN降低）显著相关。这些多方面的改善共同提示，MP可能通过保障能量供应和减轻肌肉损伤的双重途径来延缓疲劳发生并增强运动耐力。

运动性肌肉损伤（EIMD）由运动过程中的机械应力引发的初级反应和继发性炎症反应引起，包括活性氧（ROS）和细胞因子的产生。当ROS产生超过机体天然防御机制时，即发生氧化应激，通过脂质过氧化、DNA损伤和蛋白质错误折叠等氧化损伤对细胞造成伤害。其中，对不饱和脂肪酸的攻击会引发脂质过氧化链式反应，MDA是该过程的主要终产物之一，其浓度直接反映机体细胞氧化损伤的程度。此外，LDH水平升高提示肌肉损伤，进而触发促炎细胞因子（包括IL-1β、IL-6、TNF-α和CRP）的释放。这些细胞因子通过氧化应激通路加重肌肉组织损伤并放大炎症反应。研究表明，胡椒碱通过增加小鼠肝脏中GSH、SOD、CAT和GSH-Px水平，减轻微囊藻毒素诱导的氧化损伤。蛹虫草菌丝体多糖（PHMPs）通过升高小鼠血清SOD、GSH-Px、CAT和T-AOC水平，表现出显著的抗氧化活性。因此，具有抗炎和抗氧化特性的膳食补充剂可能有助于预防和减轻肌肉损伤，从而增强运动耐力。本研究显示，MP干预与力竭小鼠氧化应激的显著缓解相关，表现为MDA水平降低，以及SOD、GSH-Px活性和T-AOC呈剂量依赖性升高。在炎症水平上，MP干预与血清促炎因子水平降低和抗炎因子IL-10升高相关。这些系统性生化改善得到组织病理学观察的证实：MP治疗组的骨骼肌和心脏组织表现出较轻的炎性浸润和结构损伤。总体而言，MP摄入与抗氧化防御系统增强、炎症反应调节及运动诱导的组织损伤减轻密切相关，这可能构成其增强运动耐力的重要基础。

近年来，肠道菌群在缓解运动性疲劳中的作用备受关注。剧烈运动可破坏肠道菌群平衡。研究表明，高强度间歇训练（HIIT）可增加Akkermansia的表达水平，而持续耐力训练组与糖尿病组之间Akkermansia表达水平无显著差异。本研究中Akkermansia丰度与MP干预呈负相关的主要原因可能在于MP干预组游泳训练时间较长。研究表明，低分子量核桃蛋白水解物（LWPs）可促进有益菌群（如Akkermansia、Alistipes、Eubacterium和Muribaculum）的生长，这些菌群与增强抗疲劳能力相关。在1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶（MPTP）诱导的帕金森病（PD）小鼠模型中，肠道菌群中Desulfobacterota细菌显著富集，这些细菌具有促炎特性，可激活全身性炎症，通过驱动神经炎症和多巴胺能神经元损伤加剧PD进展。

本研究中，MP-H组呈现出较高的α多样性指数趋势，提示MP有助于维持更丰富和均衡的肠道菌群。在门水平上，小鼠肠道菌群组成以Firmicutes和Bacteroidota为主，与既往研究一致。此外，MP呈剂量依赖性降低Desulfobacterota的相对丰度，这一有益变化与MP干预组中检测到的全身性炎症标志物（如IL-6、TNF-α）水平降低相一致。此外，热图分析显示，MP干预与多个公认有益菌（如Bifidobacterium、Lactobacillus、Bacteroides、Colidextribacter）丰度升高，以及潜在有害菌（如Desulfovibrio、Helicobacter）丰度降低相关。

大量研究表明，蘑菇多糖在调节肠道菌群丰度和组成方面发挥关键作用，这与多种疾病密切相关。其中，野生羊肚菌多糖可增加肠道中Bacteroidota相对丰度，同时减少Firmicutes相对丰度。此外，β-葡聚糖可增加Bifidobacterium和Lactobacillus等有益菌的丰度，在维持肠道菌群平衡方面发挥重要作用。灵芝多糖通过调节Lactobacillus和Bifidobacterium等有益菌的相对丰度，促进短链脂肪酸产生，修复肠道屏障损伤，并抑制TLR4/MyD88/NF-κB信号通路，从而降低结肠炎和癌变风险。

增加Bifidobacterium和Lactobacillus丰度可维持肠道稳态并促进短链脂肪酸产生，进而增强能量代谢、调节免疫细胞功能并缓解炎症反应。Colidextribacter是一种抗炎益生菌，其丰度与肝脏炎症和血清总胆固醇（TC）浓度呈负相关。GSH-Px活性升高与Colidextribacter丰度增加呈正相关，而Colidextribacter丰度增加又与骨骼肌抗氧化能力和葡萄糖代谢呈正相关。Bacteroides为革兰氏阴性菌，可将多糖降解为单糖和短链脂肪酸，维持肠道屏障完整性，调节全身能量代谢和免疫功能，并发挥抗炎作用。Helicobacter属是慢性胃炎、消化性溃疡和胃癌的主要致病菌。基于上述背景，进一步通过Spearman相关性分析探究了本研究数据中关键菌属与宿主疲劳表型之间的关联。结果显示，Desulfovibrio和Eubacterium丰度与促炎因子和氧化应激标志物（MDA）呈正相关，而与糖原储备呈负相关。相反，Lactobacillus和Odoribacter丰度与抗炎因子（IL-10）、抗氧化酶活性和糖原水平呈正相关，与促炎指标呈负相关。因此，MP干预所观察到的肠道菌群重塑（促进有益菌属并抑制潜在有害菌属）可能在功能上与宿主炎症减轻、氧化应激缓解和能量代谢改善相关。这为解释MP如何通过“肠道菌群-宿主”交互作用缓解运动性疲劳提供了潜在机制线索。

肠道菌群在调节机体代谢中也发挥关键作用。一项小鼠体内研究表明，补硒可诱导常规小鼠大脑中31种代谢物显著改变，而菌群清除小鼠中仅26种代谢物发生变化。本研究中，非靶向代谢组学分析显示，MP干预显著重塑了疲劳小鼠的肠道代谢状态。鉴定出70种差异代谢物中，花生酸上调和3-氧代胆烷酸下调是MP干预后最显著的特征性变化，表明MP对脂质和胆汁酸代谢的深刻调控可能是其生理效应的关键。作为长链饱和脂肪酸，花生酸上调可直接增强机体能量储备，其通过β-氧化提供充足ATP底物以应对运动应激，这为观察到的糖原储备增加和运动耐力提高提供了代谢基础。观察到MP干预后3-氧代胆烷酸水平下调，其与有益菌（如Lactobacillus）丰度增加及疲劳生理指标改善呈正相关。这似乎与其作为菌群来源免疫调节分子的既有文献报道相矛盾。然而，这种差异正是理解MP系统作用机制的重要切入点。不应将3-氧代胆烷酸视为孤立、单功能的“有益”或“有害”分子，而应将其变化置于菌群-宿主共代谢的动态网络中审视。胆汁酸水平异常（无论升高或降低）均可能提示代谢功能障碍。作为胆汁酸代谢物，3-氧代胆烷酸在高浓度下表现出细胞毒性和促炎效应，可破坏肠上皮细胞线粒体功能，诱导氧化应激和细胞凋亡，从而损害肠道屏障完整性。因此，包括3-氧代胆烷酸在内的次级胆汁酸的生物效应并非线性越多越好。例如，Bifidobacterium等细菌可进一步将3-氧代胆烷酸代谢为isoalloLCA，后者具有更强的免疫抑制活性。此外，在动脉粥样硬化模型中，丹参素冰片酯（DBZ）可将某些初级和次级胆汁酸（如胆酸、7-氧代石胆酸、猪去氧胆酸和3-氧代胆酸）水平降低至健康范围。因此，3-氧代胆烷酸的下调可能并非其功能作用的终结，而是标志着整个胆汁酸转化网络的激活和代谢流的方向性转变。其下调与有益菌（Lactobacillus和Bifidobacterium）丰度呈正相关，提示MP干预可能促进了将3-氧代胆烷酸转化为后续更强效免疫调节衍生物的代谢途径。相关性网络分析显示，脂质及类脂分子、有机酸和核苷等代谢物是MP调控网络中的关键节点。这揭示MP的抗疲劳作用并非由单一代谢物介导，而是通过代谢物协同作用的复杂网络实现。因此，MP可能通过增强能量储备和稳定细胞结构，为机体提供更持久的能量支持和更强的抗损伤能力。

KEGG通路富集分析表明，MP通过富集于关键通路（包括β-丙氨酸代谢、甘油酯代谢、丙酸代谢、磷酸戊糖途径以及甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢）来优化能量供应和增强抗氧化防御，从而发挥抗疲劳作用。β-丙氨酸代谢通过肌肽合成酶催化β-丙氨酸与组氨酸结合生成肌肽。肌肽可直接清除羟自由基和单线态氧，从而保护细胞膜、蛋白质和DNA免受氧化损伤，减少运动诱导的肌肉微损伤和炎症，加速恢复并延缓疲劳。磷酸戊糖途径提供NADPH，充足的NADPH直接支持谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和谷胱甘肽循环的高效运行。这进一步证实MP干预能显著增强总抗氧化能力（T-AOC），同时显著降低丙二醛（MDA）水平。

本研究证实MP可有效减轻剧烈运动引起的疲劳。此外，MP通过增加Bifidobacterium，Lactobacillus，Bacteroides和Colidextribacter水平，同时降低Desulfovibrio和Helicobacter水平，改善肠道菌群组成。同时，MP通过肌肽和NADPH/谷胱甘肽系统等机制增强机体内在抗氧化能力，并通过多条代谢通路的整合调控优化能量代谢效率，从而赋予机体更强的抗疲劳能力。这种多靶点代谢重塑机制为MP开发为有效抗疲劳功能性食品提供了坚实的理论支持。本研究初步阐明了MP通过“肠道菌群-代谢物轴”发挥抗疲劳作用的机制。尽管重点研究了MP中最丰富的水溶性中性组分MP1-1，并完成了其详细结构表征，但MP中其他多糖组分（如MP2及可能含糖醛酸的酸性多糖组分）的化学结构和潜在生物活性尚未被探索。因此，本研究仍存在一定局限性，这也同时指示了有价值的未来方向。其次，尽管通过相关性分析建立了肠道菌群重塑、代谢通路调控与抗疲劳表型之间的稳健关联，但三者之间的因果关系仍需更直接的实验证据加以巩固。此外，基于非靶向代谢组学的MP对3-氧代胆烷酸调控的发现尚属初步结论，这一假说未来需通过靶向定量胆汁酸谱分析和免疫细胞功能实验进行验证。本代谢组学分析的主要发现基于未校正的P值阈值，后续研究应采用FDR校正进行验证。综上所述，本研究为羊肚菌多糖的抗疲劳作用提供了从整体表型到核心组分结构的初步认识，同时揭示了其“肠道菌群-代谢物轴”作用网络。未来研究应聚焦于阐明MP中“非主流”组分的化学结构，并通过设计更具因果导向的实验来剖析这些组分之间以及它们与宿主菌群之间的相互作用机制，从而推动羊肚菌多糖从有前景的粗提物向基于明确构效关系的精准功能成分或制剂迈进。

【文章信息】

发表时间：2026年3月

期刊：NPJ Science of Food（NPJ食品科学）

影响因子：IF = 9.7

最高JCR分区/中科院分区：食品科学与技术1区

题目：Mechanism of Morchella polysaccharide in anti-fatigue: the role of the gut microbiota-metabolite axis in mice

DOI：10.1038/s41538-026-00763-1

【期刊介绍】

NPJ Science of Food致力于发表食品领域高质量、高影响力的研究论文，内容涉及食品安全与保障、综合生产、加工与包装、食品组分的变化与相互作用，以及食品对健康与保健功能的影响。期刊不仅关注加工技术，也支持基础研究，以回应公众和行业对食品的根本关切。同时，鼓励面向公众的技术和产品创新，并注重与联合国可持续发展目标相契合。

期刊网址：

https://www.nature.com/npjscifood/