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祝贺!天昊微生物扩增子测序助力茯砖茶多糖治疗结肠炎研究喜登一区Top杂志《Food Chemistry》

发稿时间:2022-08-06来源:天昊生物

近日,由南京农业大学、南京财经大学和湖南农业大学等多个单位合作,成功在食品科学领域一区Top杂志《Food Chemistry》上发表研究论文。该研究利用天昊生物16S扩增子测序技术,深入探讨了茯砖茶多糖这一重要的膳食多糖益生元在调节炎症性肠病患者肠道菌群中的潜在机制。

英文题目:Fuzhuan brick tea polysaccharides serve as a promising candidate for remodeling the gut microbiota from colitis subjects in vitro: Fermentation characteristic and anti-inflammatory activity

中文题目:茯砖茶多糖可作为体外重塑结肠炎患者肠道菌群有前景的候选物:发酵特性和抗炎活性

期刊名称:Food Chemistry

影响因子:9.231 (一区Top)


炎症性肠病(IBD)是一种复杂的慢性肠道疾病,主要包括克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)。传统干预手段无法从根本上治愈IBD,急需探索预防和治疗IBD的新策略和疗法。膳食多糖作为一种重要的益生元,可通过调节肠道微生物群的组成来减轻结肠炎。茯砖茶(FBT)是中国传统的黑茶,FBT多糖(FBTPS)FBT中最重要的成分之一。最近,研究发现FBTPS的纯化成份3(命名为FBTPS-3)可以通过增加Bacteroides的相对丰度来调节肠道菌群,并降低Escherichia/Shigella(属于Enterobacteriaceae)的水平。然而,目前尚不清楚FBTPS-3是否可以通过恢复BacteroidetesEnterobacteriaceae的水平来调节IBD患者的肠道菌群。这项工作使用体外厌氧发酵模型研究了FBTPS-3IBD患者肠道菌群的影响。此外,还评估了FBTPS-3发酵后代谢物的抗炎作用。本研究有望通过逆转BacteroidesEscherichia/Shigella的水平来调节肠道菌群,从而探索治疗IBD的新型益生元。

FBTPS由FBT样品经过萃取、离心、透析和冻干等过程获得。然后使用DEAE Sepharose Fast Flow柱,最终得到FBTPS-1、FBTPS-2、FBTPS-3和FBTPS-4。其中FBTPS-3(37.7%)是粗FBTPS的主要部分。收集4名健康志愿者和3名IBD患者的粪便样本进行FBTPS-3相关体外发酵实验。收集后,将等量健康志愿者的粪便样本与灭菌的生理盐水溶液混合,离心后得到10%的健康粪便样本,命名为ORI组。以类似的方式获得10%的IBD粪便样本,命名为ORI-IBD组。然后,将1.0 mL粪便上清液接种到含有10 g/L葡萄糖或FBTPS-3的高压灭菌基础营养生长培养基中,之后发酵处理。健康者粪便样本命名为GLU和FBTPS组,IBD患者粪便样本命名为GLU-IBD和FBTPS-IBD组。本研究对发酵前后样本进行残留碳水化合物的含量检测,并对发酵溶液的肠道菌群进行了16S扩增子测序(V3-V4)检测分析。此外还进行了体外抗炎作用的测定。

FBTPS-3的体外抗炎作用

利用RAW264.7细胞来研究FBTPS-3是否可以预防脂多糖(LPS)诱导的炎症反应。与正常对照组(NC)组相比,LPS可显著诱导NO水平升高。而FBTPS-3NO水平产生的影响有限,表明FBTPS-3不能直接减轻结肠炎。研究者前期工作表明,FBTPS不能被消化系统降解,然后安全到达大肠。因此,肠道菌群的调节可能是FBTPS-3抗炎作用的潜在机制。

FBTPS-3的发酵特性

通过高效凝胶渗透色谱(HPGPC)来评估健康人和IBD患者肠道菌群发酵前后FBTPS-3的分子量。发现FBTPS-3的反应值急剧下降,表明健康人和IBD患者肠道菌群都可以分解FBTPS-3

FBTPS-3对肠道菌群的影响

本研究通过利用16S rRNA基因V3-V4区域进行高通量测序,研究了FBTPS-3对肠道菌群的影响。研究使用了PCoAPCA和层次聚类分析等多种β多样性分析方法,评估FBTPS-3对肠道微生物群结构和组成的影响(图1)。很明显,不同组的肠道菌群结构和组成存在显著差异。有趣的是,FBTPS-3的治疗可以将IBD肠道菌群的结构转变为健康人群的结构(图1b)。FBTPS-IBD组远离IBD组(ORI-IBDORI-FBTPS)并且接近健康组(ORIGLUFBTPS)(图1c),表明FBTPS-3可以调节IBD肠道菌群失衡恢复健康状态。

2表明健康组和IBD组的肠道菌群组成主要包括门水平的BacteroidetesFirmicutesProteobacteriaActinobacteria。不同的是,IBD肠道菌群的FirmicutesProteobacteria水平显著升高,而Bacteroidetes的相对丰度较低。此外,与健康组相比,IBD组中Firmicutes/Bacteroidetes的比例明显增加。葡萄糖作为碳源可以通过降低Bacteroidetes的相对丰度、增加Proteobacteria的相对丰度和Firmicutes/Bacteroidetes的比例来进一步加剧IBD肠道菌群失衡。相反,FBTPS-3可以显著降低Firmicutes的相对丰度,增加Bacteroidetes的相对丰度,从而逆转Firmicutes/Bacteroidetes的比例与ORI组的水平。此外,FBTPS-3 降低了Proteobacteria的相对丰度。结果显示出FBTPS-3IBD肠道菌群优异的调节作用,尤其是增加Bacteroides的相对丰度并降低大Escherichia/Shigella的相对丰度。

FBTPS-3SCFA水平的影响

短链脂肪酸(SCFA)主要由肠道菌群利用多糖产生,在治疗疾病和改善宿主健康方面发挥着关键作用,有助于解释为什么调节肠道微生物群会导致疾病病理生理学的变化。在这项工作中,研究者利用气相色谱和火焰离子化检测仪检测了SCFAs水平,进一步挖掘FBTPS-3的发酵特性并评估潜在的健康促进功能。如表1所示,乙酸、乳酸、丙酸和丁酸是发酵的主要代谢产物。结果发现,健康组的代谢物水平远高于IBD组,提示IBD肠道菌群对多糖的代谢能力低于健康肠道菌群。

体外代谢物的抗炎作用

越来越多的研究表明,微生物产生的代谢物(例如SCFA)显示出IBD的改善作用。如上所述,FBTPS-3可以显著增加SCFAs的产生,因此,研究者在体外评估了FBTPS-3发酵液的抗炎作用。如图4所示,FBTPS-3发酵液预处理可显著抑制促炎细胞因子TNF-αIL-6的产生,而未添加碳源的发酵液对TNF-αIL-6水平的影响有限。因此,肠道菌群产生的FBTPS-3代谢物可能是发酵液抗炎作用的关键成分。

本研究基于肠道菌群研究了FBTPS-3的抗炎作用。发现FBTPS-3可被IBD肠道菌群代谢成SCFA。此外,FBTPS-3可以调节IBD肠道微生物群的结构。在门水平上,FBTPS-3可以降低厚壁菌门和变形菌门的相对丰度,增加拟杆菌门的相对丰度。此外,拟杆菌属和大肠杆菌/志贺氏菌添加FBTPS-3后,IBD肠道菌群中两种最重要的细菌发生了显著逆转。肠道微生物群的代谢物如SCFAs可能是预防结肠炎FBTPS-3的原因。因此,FBTPS-3IBD肠道菌群表现出优异的益生菌功能,有望成为重塑IBD肠道菌群的有前景的候选者。

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