《Food Research International》：Structural characterization, digestive and fermentative properties of
Pleurotus ferulae polysaccharides and their effects on human gut microbiota
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肠道菌群定向调节的锦绣草多糖特性及机制研究。采用水提和碱提方法分离获得锦绣草多糖WEPP和AEPP，发现两者均以葡萄糖、半乳糖和甘露糖为主链，具有强抗消化性但高发酵产丙酸特性。WEPP显著富集拟杆菌门，而AEPP主要调控梭菌属菌群，其作用机制与多糖结构特征及菌群代谢网络密切相关。
姜Luxi|王Bin|王Wenkang|白Bingyao|侯Zhiqiang|叶Xingqian|江Zengliang|陈Shiguo
浙江大学生物系统工程与食品科学学院，智能食品技术与设备国家地方联合工程实验室，浙江省农业食品加工重点实验室，富丽食品科学研究所，浙江食品技术与设备工程实验室，中国杭州310058
摘要
本研究从一种可食用药用蘑菇Pleurotus ferulae中分离并表征了水提取和碱提取的多糖（WEPP和AEPP），并研究了它们的胃肠道消化和发酵特性以及对肠道微生物群的影响。WEPP和AEPP都含有葡萄糖（Glc）、半乳糖（Gal）和甘露糖（Man）作为核心成分。这两种多糖能够抵抗胃肠道的消化，但在体外可被人体肠道微生物群轻易发酵。值得注意的是，WEPP和AEPP的降解过程主要针对Glc、Gal和Man之间的连接键，其中Glc连接键首先被利用。与益生元菊粉相比，WEPP和AEPP产生的丙酸水平显著更高。同时，WEPP主要促进了Parabacteroides菌群的富集，而AEPP则主要调节了Paraclostridium菌群的变化。总体而言，这些结果表明WEPP和AEPP具有益生元潜力，能够通过特异性调节肠道微生物群来促进肠道健康。
引言
在未来十年内，由于人口老龄化以及食品和医疗技术的飞速发展，全球对促进健康的食物和精准制药产品的需求将显著增加（Bloom等人，2015；Fan等人，2024；Kolodziejczyk等人，2019）。与年龄相关的疾病（如阿尔茨海默病、中风、2型糖尿病（T2D）及相关的心脏代谢紊乱）发病率的上升，导致了对天然功能性食品的强烈需求，这些食品旨在改善胃肠道和整体健康（Cryan等人，2020；姜Z等人，2022；Valdes等人，2018）。由于多糖具有调节肠道微生物群的作用，它们已成为研究的热点（Delannoy-Bruno等人，2021；Keung等人，2025；Zhao等人，2018）。多糖是自然界中最普遍和最丰富的成分，主要来源于植物、真菌和某些细菌（J. H. Li等人，2024）。近年来的研究表明，多糖的结构与其活性之间存在关联，其多样的生理功能源于其复杂的结构及其与人体生理系统的有益相互作用（Caputo等人，2019；N. Chen等人，2024）。鉴于多糖出色的安全性和生物相容性，它们已成为功能性食品创新和膳食补充剂配方中的关键活性成分（Olech等人，2023）。
人体肠道微生物群是胃肠道内一个复杂而动态的微生物生态系统，在维持宿主稳态和健康方面起着不可或缺的作用（Gilbert等人，2016）。过去十年来自人类群体和动物模型的证据表明，肠道微生物群失调与多种代谢性疾病（包括肥胖、2型糖尿病（T2D）、代谢功能障碍相关性脂肪肝病（MAFLD）、动脉粥样硬化和其他心血管疾病）的发病机制之间存在因果关系（P. B. Chen等人，2020；姜ZL等人，2025；聂QX等人，2024；Zhao等人，2018）。饮食是影响肠道微生物群的主要因素，仅次于宿主遗传因素（David等人，2014；Kolodziejczyk等人，2019；Rothschild等人，2018）。许多天然多糖在人体胃肠道中表现出显著的抗酶性和抗酸性降解能力，同时成为肠道微生物发酵的优选底物（J. H. Li等人，2024；Zavadinack等人，2024）。这种生物转化会产生短链脂肪酸（SCFAs），并调节肠道微生物群的结构和功能，从而为宿主带来临床相关的健康益处（L. Wang等人，2025）。多糖通过专门的糖苷水解酶被肠道共生菌选择性代谢，这促进了有益菌（如Bifidobacterium、Lactobacillus）的竞争性扩增，并通过底物驱动的生态位排斥和代谢交叉喂养网络抑制潜在的病原菌（如Enterobacteriaceae）（D. Zhang等人，2022）。SCFAs通过多种机制对宿主产生健康益处，包括能量稳态调节、免疫调节以及内分泌和代谢重编程（Canfora等人，2019；Cong等人，2022；Koh等人，2016）。最近的研究重点在于阐明多糖与肠道微生物群之间的结构-活性关系，以揭示其多效健康益处的微生物群依赖机制（Araujo-Rodrigues等人，2024）。
Pleurotus ferulae是一种有价值的可食用和药用蘑菇，其果实形成期从晚春持续到初夏。它分布于中国新疆、欧洲和印度等地。P. ferulae属于担子菌门的Pleurotus属，与Pleurotus eryngii具有密切的系统发育关系。最近的研究表明，P. eryngii中的（1→6）β-葡聚糖可以调节人体肠道微生物群并促进Lactobacillus spp.、Bifidobacterium spp.和Parabacteroides spp.等有益菌的生长，从而发挥免疫调节和抗肥胖作用（Nakahara等人，2020；王X等人，2022）。先前的研究还表明P. ferulae具有多种生物活性，如抗肥胖（Hong等人，2024）、降血糖（Choi等人，2016）、抗氧化（J. Y. Li等人，2017；W. Wang等人，2020）、免疫调节（Yuan等人，2023）、保肝（Muhaxi等人，2023a）和抗肿瘤（Y. Yang等人，2018）。
提取方法对多糖的结构和生物活性起着关键作用（M. Zheng等人，2023）。研究表明，多糖的分子量、一级结构和高级构象对其生物活性有显著影响（R. Chen等人，2022）。热水提取是最简单、最有效且应用最广泛的方法之一，可以获得水溶性良好、分子量较高且天然空间构象保持良好的多糖成分（Y. Zhu等人，2021）。相比之下，使用酸性或碱性溶液提取可能会破坏细胞壁结构，从而释放更多结合或复杂的多糖，提高提取效率。然而，碱性提取可能导致尿酸的脱酯作用、分子间氢键网络的破坏以及由于β-消除反应导致的糖链部分降解（C. Li等人，2025）。目前尚无关于不同提取方法对P. ferulae多糖的肠道微生物群调节作用的研究，其胃肠道消化和发酵特性也尚未明确。
因此，本研究通过综合体外实验系统评估了两种代表性的P. ferulae多糖（水提取和碱提取的WEPP和AEPP）。详细跟踪了分子量和单糖组成，并量化了短链脂肪酸的产生情况，同时对粪便微生物群结构进行了高分辨率分析。本研究的结果不仅有助于理解P. ferulae多糖健康益处的微生物群依赖机制，还为开发针对肠道微生物群的P. ferulae功能性产品提供了新的见解。
材料与试剂
2024年7月，在中国新疆维吾尔自治区阿勒泰市采集了P. ferulae的子实体。单糖标准品——半乳糖（Gal）、葡萄糖（Glc）、甘露糖（Man）、半乳糖醛酸（GalA）、木糖（Xyl）、阿拉伯糖（Ara）、鼠李糖（Rha）、核糖（Rib）、岩藻糖（Fuc）、古洛糖酸（GulA）和葡萄糖醛酸（GlcA）购自Sigma-Aldrich公司（美国密苏里州圣路易斯）。木瓜蛋白酶由诺维信（中国）生物技术有限公司（天津）提供。
P. Ferulae多糖的组成和结构特征
WEPP和AEPP的产率分别为2.68%和1.53%（表1）。WEPP和AEPP的碳水化合物含量较高（81.22%和93.83%），蛋白质含量较低（3.2%和2.58%）（表1），证实它们是高度纯化的多糖。通过分析单糖组成、分子量分布和功能基团，阐明了WEPP和AEPP的一级结构。WEPP主要由Glc（43.66%）、Man（30.71%）、Gal（16.37%）和GlcA（4.86%）组成。
结论
本研究表明，从P. ferulae中提取的水提取和碱提取的多糖（WEPP和AEPP）主要由Glc、Gal和Man组成，它们通过4,6-Glc、3-Gal和6-Man连接键连接。在模拟的胃肠道消化系统中，这两种多糖均表现出对消化酶和胃酸的强抗性，但在体外可被人体粪便微生物群高度发酵。此外，AEPP的发酵性高于WEPP。
CRediT作者贡献声明
姜Luxi：撰写——初稿、方法学、实验设计、数据管理。
王Bin：方法学、实验设计。
王Wenkang：方法学。
白Bingyao：方法学。
侯Zhiqiang：方法学。
叶Xingqian：撰写——审稿与编辑、方法学。
江Zengliang：撰写——审稿与编辑、项目监督、资金筹集、概念构思。
陈Shiguo：撰写——审稿与编辑、资金筹集。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中央高校基本科研业务费（226202400077）、浙江省“先锋”和“领头鹅”研发计划（2025C01099）、国家自然科学基金（82471502）和浙江省自然科学基金（LZ23H260001）的财政支持。
