软枣猕猴桃多糖通过调节肠道菌群-代谢物轴改善功能性便秘的多组学机制研究

《Journal of Future Foods》:Kiwi berry ( Actinidia arguta) polysaccharides alleviate constipation: Defecation characteristics, gut microbiota and metabolites analysis

【字体: 时间:2026年01月19日 来源:Journal of Future Foods 7.2

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  本研究针对功能性便秘(FC)现有疗法疗效有限、副作用明显的问题,系统探讨了软枣猕猴桃多糖(KBP)的缓解作用及机制。通过构建洛哌丁胺诱导的小鼠便秘模型,研究人员发现KBP能显著改善排便特征(粪便粒数、含水量、肠道传输率),调控神经递质(5-HT、MTL、SP、VIP)和水通道蛋白(AQP-2、AQP-3)水平,重塑肠道菌群结构(增加拟杆菌门,降低厚壁菌门/拟杆菌门比值),并促进短链脂肪酸(SCFAs)等有益代谢物生成。结合16S rDNA测序和LC-MS/MS代谢组学分析,揭示了KBP通过“肠道菌群-代谢物-宿主”互作网络多靶点缓解FC的新机制,为开发天然功能性食品提供了理论依据。

  
在全球范围内,约有14%的人深受功能性便秘(Functional Constipation, FC)的困扰。这种常见的胃肠道功能障碍不仅严重影响患者的生活质量,其治疗也面临严峻挑战:基础饮食干预对中重度患者效果有限,而长期使用刺激性泻药又可能导致结肠黑变病、肠神经元损伤等不可逆的病理变化。这一治疗困境促使研究人员将目光转向具有多靶点调控潜力的天然活性成分,其中膳食多糖因其独特的益生元特性和良好的生物安全性成为研究热点。
尽管已有研究证实枸杞多糖、黄芪多糖等植物多糖具有通便潜力,但这些研究大多局限于单一作用途径,缺乏对微生物、代谢物与宿主之间相互作用网络的系统分析。特别是对多糖干预后肠道菌群功能输出的动态变化,以及关键代谢物的变异规律研究不足,限制了对多糖通便作用机制的深入理解。
在此背景下,发表在《Journal of Future Foods》上的这项研究聚焦于软枣猕猴桃(Actinidia arguta)多糖(KBP)的通便作用及其机制。软枣猕猴桃俗称软枣、藤梨、猕猴桃梨,富含多糖、多酚、黄酮等生物活性成分,是一种极具开发前景的功能性食品。先前研究表明,软枣猕猴桃多糖的通便效果优于其多酚组分,并能特异性促进乳酸杆菌等产酸菌的定植,提示KBP可能通过调控微生物代谢途径发挥功能。
为了系统阐明KBP缓解功能性便秘的多维度机制,研究团队整合了排便特征、肠道菌群和代谢物分析,突破了以往单一研究视角的局限性。研究采用洛哌丁胺诱导建立功能性便秘小鼠模型,通过五类核心指标体系评估不同剂量KBP干预的效果:KBP的组成、结构及抗氧化活性;便秘相关的生理指标和神经递质水平;结肠组织超微结构和黏膜形态的改变;KBP对肠道菌群的影响;代谢物分析,着重探讨便秘缓解与肠道微生物组及代谢产物改变之间的相关性。
关键技术方法包括:通过离子交换柱和凝胶色谱柱纯化KBP并进行组分分析;建立洛哌丁胺诱导的小鼠便秘模型并设置不同剂量干预组;使用酶联免疫吸附测定(ELISA)检测神经递质和水通道蛋白含量;透射电子显微镜(TEM)和 Hematoxylin-Eosin(HE)染色观察结肠组织形态;16S rDNA测序分析肠道菌群组成;气相色谱-质谱联用(GC-MS)和液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)分析短链脂肪酸和代谢物。
3.1. KBPs的成分特征与抗氧化活性
研究显示KBP得率为0.8%,其中总多糖含量为74.6%,半乳糖醛酸含量为41.99%。单糖组成以半乳糖(38.29%)、半乳糖醛酸(27.71%)、鼠李糖(12.67%)和阿拉伯糖(11.89%)为主。傅里叶变换红外光谱分析表明KBP含有丰富的乙醛酸结构。体外抗氧化实验显示,在5 mg/mL浓度下,KBP对DPPH自由基、ABTS阳离子自由基和超氧阴离子自由基的清除率分别为64.35%、62.28%和31.76%,表现出显著的抗氧化能力,这为后续研究其通过减轻氧化损伤缓解便秘的机制奠定了基础。
3.2. 不同剂量多糖对便秘相关指标的影响
在生理指标方面,与便秘模型组(Mod)相比,高剂量KBP组(H-Carb)的体重增长、粪便粒数、粪便含水量和肠道传输率分别提高了2.8倍、2.7倍、2.6倍和1.5倍,首次黑便时间显著缩短58.5%。神经递质水平检测发现,KBP能剂量依赖性地降低抑制性神经递质(VIP)和水通道蛋白(AQP-2、AQP-3)水平,同时提高兴奋性神经递质(SP、MTL、5-HT)含量,重新校准肠道运动节律。
3.3. 不同剂量多糖对结肠组织的影响
透射电镜观察显示,KBP干预能促进结肠黏膜微绒毛有序重组,修复细胞连接。HE染色表明KBP可减轻炎症细胞浸润,修复肠屏障,结肠肌层厚度在高剂量组达到模型组的3.0倍。阿尔新蓝染色结果显示KBP显著增加结肠黏液细胞数量,高剂量组比模型组提高97.3%,刺激结肠分泌更多黏液以缓解便秘。
3.4. 不同多糖剂量对粪便微生物群落的影响
16S rDNA测序分析发现,中、高剂量KBP干预显著改变了肠道菌群结构,拟杆菌门(Bacteroidetes)丰度分别增加16.7%和29.2%,厚壁菌门(Firmicutes)丰度降低36.7%和42.9,降低了厚壁菌门/拟杆菌门(F/B)比值。在属水平上,KBP特异性促进了乳杆菌属(Lactobacillus)等有益菌的增殖。
3.5. 不同多糖剂量对粪便代谢物的影响
短链脂肪酸(SCFAs)检测显示,高剂量KBP干预使乙酸、丙酸和丁酸水平分别达到模型组的2.5倍、5.2倍和3.1倍。非靶向代谢组学分析鉴定出549种差异代谢物,主要富集在脂质和类脂分子(39.5%)、有机酸及其衍生物(16.8%)、有机杂环化合物(15.3%)。KEGG通路富集分析表明,差异代谢物显著富集于精氨酸和脯氨酸代谢、花生四烯酸代谢等通路。
3.6. 相关性分析
Spearman相关性分析显示,排便特征(粪便粒数、含水量、肠道传输率)与SCFAs水平呈显著正相关。SCFAs含量与抑制性神经递质(VIP)和水通道蛋白(AQP-2、AQP-3)负相关,与兴奋性神经递质(SP、MTL、5-HT)正相关,与拟杆菌门和放线菌门相对丰度正相关,与厚壁菌门相对丰度负相关。
本研究通过多组学整合分析,系统阐明了软枣猕猴桃多糖(KBP)缓解功能性便秘的多靶点作用机制。KBP不仅通过其固有的抗氧化活性减轻肠道氧化损伤,还能直接调节神经递质平衡和水通道蛋白表达,改善肠道运动功能和水代谢。更重要的是,KBP作为益生元重塑肠道菌群结构,促进有益菌增殖,增加短链脂肪酸等有益代谢物生成,通过"菌群-代谢物-宿主"轴多维度缓解便秘症状。
这项研究的创新之处在于突破了单一研究视角的局限,首次从"排便特征-肠道菌群-代谢物"整合角度系统阐释了KBP的通便机制,为深入理解膳食多糖的生理功能提供了新视角。研究发现KBP能特异性调节肠道菌群结构,促进乳杆菌等有益菌增殖,并首次报道了KBP对精氨酸和脯氨酸代谢、花生四烯酸代谢等通路的调控作用,这些发现为开发针对功能性便秘的天然功能食品提供了重要的理论依据和实践指导。该研究不仅深化了对软枣猕猴桃生物活性成分功能特性的认识,也推动了功能性食品的研发进程,为创新便秘治疗方案提供了新思路。
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