植物多糖调控肠道菌群研究进展

陈美亚，王 瑞，宋 璨

(西南医科大学药学院，四川 泸州 646000)

0 引言

植物多糖具有重要的生物活性，包括免疫调节、抗肿瘤、降血糖、降血脂、抗辐射、抗菌抗病毒、保护肝脏等，其来源广泛，价格低廉，副作用小，受到了人们的青睐。研究发现，人体许多疾病，如脂肪肝、糖尿病、肿瘤等都与肠道菌群密切相关。肠道菌群可通过参与多糖的代谢，使自身组成和功能受多糖的活性成分作用而发生变化，植物多糖由此介导肠道菌群参与机体代谢。对植物多糖调节肠道菌群的研究进展进行总结，为进一步探讨植物多糖调控肠道微生物群代谢机制提供了良好的理论基础，为今后植物多糖益生元的开发利用提供参考。

1 植物多糖调控肠道菌群稳态

人类肠道是一个复杂的、代谢活跃的微生物生态系统，其中微生物种类超过1 000种。在已知的肠道微生物种群系统发育类别中，超过90%的菌属主要由拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)构成。不同菌属在肠道中发挥不同的生理功能，共同维护肠道基本功能，也决定着菌群对宿主的生理病理意义。肠道菌群能否有效利用多糖，对其中重要成员的生存至关重要。肠道菌群主要通过CAZymes 的交互降解作用利用植物多糖，这也是植物多糖维护肠道稳态的作用基础。在这个过程中，碳源中的化学能被转化为ATP中高能磷酸键的键能，供肠道厌氧环境中的细胞使用。此发酵的主要最终代谢产物是短链脂肪酸(SCFA)，即丁酸、乙酸和丙酸。SCFA可起到维持结肠上皮细胞生长、参与肠道系统的免疫调节、调节宿主新陈代谢等作用，在维持人体肠道菌群稳态中起着不可或缺的作用。本研究将从保护屏障和调节紊态两方面，具体阐述短链脂肪酸调控肠道菌群稳态的作用。

表1 短链脂肪酸调控肠道菌群稳态作用Tab.1 Steady state function of short chain fatty acid regulation on intestinal flora

2 植物多糖介导肠道菌群参与宿主代谢

2.1 植物多糖与抗生素相关性腹泻

抗生素已被广泛应用，常用来治疗感染、炎症等疾病，疗效显著，但同时抗生素引起的副作用也不可忽视，尤其是对肠道菌群与宿主之间的平衡的破坏及由此引起并发症——抗生素相关性腹泻(AAD)。植物多糖具有生物相容性良好、毒副作用少等特点，其主要通过恢复肠道菌群组成，提高免疫等方法治疗ADD。

Mingxiao Cui等[16]从红海藻提取得到硫酸多糖，发现该多糖能够改善ADD小鼠病理状态。此多糖可显著降低相关炎症因子(IL-2，IL-1B，TNF-a)水平，减轻黏膜下层和绒毛间质水肿。同时，硫酸多糖能够恢复疾病小鼠肠道菌群数量，改变肠道菌群的组成比例，显著上调短链脂肪酸总量。研究发现，低剂量多糖组更偏向于恢复糖的合成与代谢及氨基酸的代谢，显著降低碳水化合物代谢丰度，高剂量多糖组则更利于上调免疫系统丰度，下调转录。以上研究表明，该硫酸多糖可能通过调节肠道菌群代谢而发挥抗炎、抗菌等活性，从而起到治疗疾病的作用。

2.2 植物多糖与肥胖

肥胖危害健康，但其病因至今尚未完全明确。研究表明，肥胖的发生与肠道菌群的改变密切相关。Moon Ho Do等[17]探讨了萝卜多糖减轻高脂饮食引起的肥胖作用，发现萝卜多糖可下调厚壁菌门和拟杆菌门的比例。该多糖通过下调甘油三酯水平降低高脂饮食诱导的体重增加和体脂量增加，上调紧密连接蛋白ZO-1的表达来预防结肠缩短。萝卜多糖还参与对脂质代谢的调控，实验结果表明，该多糖促进脂质代谢调节剂SREBP-1的表达增加，从而抑制脂肪细胞扩增，调节机体代谢紊乱。Tingting Sang等[18]进一步研究发现，灵芝破壁孢子多糖可上调紧密连接蛋白和抗菌肽的表达，以此改善肠道屏障功能。该多糖通过抑制TLR4/NF-kB信号通路来抑制高脂饮食诱导的炎症反应，使促炎细胞因子的表达显著降低。灵芝破壁孢子多糖激活白色脂肪组织中的G蛋白偶联受体GPR43，从而调节肠道上皮细胞或中性粒细胞的免疫应答。为研究灵芝破壁孢子多的抗肥胖和抗炎症作用是否依赖于肠道菌群，实验使用伪无菌小鼠进行FMT研究，结果表明，经BSGLP对肠道菌群重组后的小鼠相对于将高脂饮食小鼠的粪便菌群定值于肠道的小鼠，前者的体重、脂肪积累和血清炎症细胞因子增加得更少。实验研究结果表明，灵芝破壁孢子多糖可能作为一种益生元制剂，靶向作用于肠道微生物群，对抗肥胖、高脂血症和炎症相关疾病。

2.3 植物多糖与肿瘤

恶性肿瘤是目前危害人类健康的重要疾病。大多数抗肿瘤化学药物会在杀死癌细胞的同时严重损害正常细胞。研究表明，多糖具有显著的抗肿瘤活性作用，对人体具有重要意义。Xiaoyu Zhang等[19]通过建立荷瘤小鼠模型，对比探讨空白组和甘草多糖(GCP)添加组中小鼠相关肿瘤指数变化和肠道菌群组成的差异，与空白组相比，GCP组肿瘤抑制率为56%，出现淋巴细胞以完成诱导肿瘤坏死灶的形成，且在GCP组中，肺部几乎没有发现浸润的癌细胞。以上结果表明，口服GCP可以抑制肿瘤的生长和体内转移。此外，GCP调节荷瘤小鼠肠道菌群组成的变化。实验运用肠道菌群清除和粪便移植实验进一步证实了GCP的抗肿瘤作用与肠道菌群的关系。在肠道菌群衰竭后，GCP不能抑制肿瘤的生长。粪便移植实验发现，移植GCP处理小鼠的粪便，能在一定程度上抑制肿瘤的生长和转移。结果表明，甘草多糖通过影响肠道菌群的组成来发挥抗肿瘤作用。Qingran Meng等[20]探讨核桃隔子多糖的抗肿瘤作用，发现此多糖能有效抑制肿瘤细胞的增殖，显著增强吞噬作用，刺激NO、TNF-α和白细胞介素(IL-6、IL-1β)的产生并以剂量依赖性的方式促进相应的mRNA表达水平。同时，CR3、MR和TLR2被证实是小鼠单核巨噬细胞白血病细胞上核桃隔子多糖的主要膜受体。这些结果表明，核桃隔子多糖可能是一种潜在的抗肿瘤和免疫调节剂。

3 结语

以上研究不仅为研究植物多糖介导肠道菌群参与机体代谢的具体机制提供了思路，也为将植物多糖益生元作为日常保健品的研发提供了理论基础。未来，可以进一步研究复合多糖对肠道菌群的调节作用并寻求最佳量效关系。植物多糖将在肠道菌群中对相关疾病治疗与预防等方面产生重要影响。