《Food Bioscience》：Licorice flavonoids fermented by a synthetic microbial consortium attenuate DSS-induced ulcerative colitis: efficacy and mechanistic insights
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王新茹 | 吴金玉 | 谢丽燕 | 张艳 | 姚艳艳 | 张根林
中国石河子市石河子大学生物反应器工程国家重点实验室，邮编832003
摘要
甘草黄酮类化合物在溃疡性结肠炎（UC）中显示出治疗潜力，但其疗效往往受到提取效率低和生物利用度差的限制，这主要是由于植物中黄酮类化合
王新茹 | 吴金玉 | 谢丽燕 | 张艳 | 姚艳艳 | 张根林
中国石河子市石河子大学生物反应器工程国家重点实验室，邮编832003
摘要
甘草黄酮类化合物在溃疡性结肠炎（UC）中显示出治疗潜力，但其疗效往往受到提取效率低和生物利用度差的限制，这主要是由于植物中黄酮类化合物主要以糖苷形式存在。为了解决这个问题，构建了一个由Phanerochaete chrysosporium、Aspergillus niger和Bacillus subtilis组成的合成微生物联合体（SMC），用于发酵甘草残渣，以提高黄酮类化合物的产量和生物活性。结果表明，与未发酵的对照组相比，SMC发酵使总黄酮含量相对增加了约6.83倍（使用芸香苷作为参考标准，通过氯化铝比色法测定）。LC-MS/MS分析显示，SMC发酵显著改变了黄酮类化合物的组成，其中多种黄酮苷（如甘草苷和橙皮苷）可能通过脱糖作用转化为其相应的生物活性苷元（如甘草苷元、橙皮苷元和槲皮素）。在硫酸葡聚糖（DSS）诱导的小鼠UC模型中，高剂量的SMC发酵甘草黄酮提取物显著缓解了临床症状，保持了结肠长度，并减少了组织病理损伤。此外，网络药理学分析和分子对接研究确定异香豆素B和阿mentoflavone是关键的生物活性成分，它们可能通过靶向TNF、AKT1和EGFR等关键炎症和生存相关蛋白来发挥抗结肠炎作用。总体而言，这些发现表明基于SMC的发酵是一种有效的生物转化策略，可以提高甘草黄酮的生物活性，为高价值利用甘草加工残渣以及进一步研究发酵植物提取物作为炎症性肠病的潜在干预措施提供了科学依据。
引言
溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性、复发性炎症性疾病，影响结肠黏膜，其发病率在全球范围内持续上升（Feng等人，2025年）。现有的治疗方法，包括氨基水杨酸盐、皮质类固醇和生物制剂，存在严重的副作用、药物耐受性问题以及停药后的高复发率（Dilixiati等人，2024年）。这些挑战促使人们关注来自天然产品的更安全、长期的干预措施。
甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）是一种典型的药食同源植物。它富含黄酮类化合物，这些化合物已被报道具有显著的抗炎、抗氧化和保护肠道黏膜的作用（Frattaruolo等人，2024年；Zhou等人，2024年）。先前的研究表明，甘草黄酮通过重塑肠道微生物结构、抑制NLRP3炎性小体和上调紧密连接蛋白来保护肠道屏障的完整性，从而有效缓解UC（El-Ashmawy等人，2018年；Yue等人，2021年）。尽管甘草黄酮具有治疗潜力，但其实际应用面临多个内在瓶颈。一个主要限制是使用传统方法的提取效率较低，因为黄酮类化合物通过与细胞壁大分子的相互作用而紧密嵌入植物基质中（Nú?ez-Gómez等人，2023年；Tlais等人，2020年）。另一个关键限制是主要黄酮类化合物（如甘草苷和isoliquiritin）主要以亲水性糖苷的形式存在，这导致其肠道通透性差和口服生物利用度低（Kim等人，2020年）。它们的生物活性依赖于脱糖作用转化为亲脂性苷元，这一过程主要由肠道微生物糖苷酶介导（Hsiao等人，2020年）。然而，UC的特点是肠道微生物群失衡，包括分解糖苷的细菌减少（Xie等人，2022年）。因此，需要一种有效的策略来同时克服提取效率低和体内生物转化能力差的缺点。
微生物发酵通过将植物来源的黄酮类化合物从植物基质中释放出来并通过微生物次级代谢生成新的化合物来提高其生物利用度。例如，Hong等人（2025年）报告说，乳酸菌发酵的甘草提取物比未发酵的提取物具有更好的抗UC效果，这支持了微生物生物转化方法的可行性。然而，导致这些增强效果的具体生物活性成分仍有待确定。此外，单菌株发酵系统往往难以在基质降解和复杂成分的深度转化之间取得平衡，从而限制了黄酮的释放和结构修饰。相比之下，合成微生物群落（SMCs）结合了具有互补代谢能力的菌株，从而实现协同的酶促作用，促进细胞壁降解、糖苷水解和次级代谢转化（Song等人，2024年；Ma等人，2025年）。先前的研究表明，SMC比单培养系统能更有效地促进酚类化合物的生物转化。例如，Zhang和Yu（2019年）发现将荔枝果肉与Lactobacillus plantarum和Lactobacillus rhamnosus共同发酵显著增加了总酚含量并生成了额外的代谢物。同样，Wang等人（2016年）证明将番石榴叶与Monascus anka和Saccharomyces cerevisiae共同发酵显著增加了槲皮素的积累并增强了α-葡萄糖苷酶的抑制活性。此外，Khan等人（2020年）报告说，与酵母和乳酸菌共同发酵的糙米在模拟唾液和胃液消化后表现出更高的生物可利用酚含量。综上所述，这些证据强烈表明，基于SMC的发酵是一种合理且有效的策略，可以同时提高植物黄酮的提取和生物转化。
章节摘录
试剂和化学品
甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）残渣由新疆天山药业有限公司（中国石河子）提供。材料使用通用的高速研磨机（广州工业，上海）粉碎并通过60目筛网过滤。2,2′-Azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)（ABTS，≥98%）、1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl（DPPH，≥97%）、马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）和琼脂购自Solarbio科技有限公司（北京，中国）。
不同菌株发酵对甘草黄酮产量和生物活性的影响
在甘草中，大多数黄酮类化合物以共价酯的形式与糖残渣和细胞壁成分结合，使其难以提取。微生物发酵是一种有效的策略，可以释放结合的黄酮类化合物和/或通过微生物代谢生成生物活性黄酮衍生物（Zeng等人，2025年）。常用的微生物菌株包括Bacillus、Aspergillus和Phanerochaete等，以增强黄酮的释放
结论
本研究成功地采用了合成微生物联合体（SMC）策略，实现了甘草残渣的高值利用。SMC发酵显著提高了总黄酮产量，并改变了提取物中的黄酮组成，富集或生成了具有更高生物活性的苷元，如槲皮素。在DSS诱导的溃疡性结肠炎小鼠模型中，SMC发酵的甘草黄酮提取物表现出更好的治疗效果
CRediT作者贡献声明
张根林：撰写——审稿与编辑、资金获取、正式分析。谢丽燕：数据可视化、正式分析。吴金玉：数据可视化、数据管理。王新茹：撰写——初稿、方法学、数据管理。姚艳艳：撰写——审稿与编辑、项目管理、资金获取、概念构思。张艳：资金获取
未引用参考文献
Dong等人，2019年；Zhou等人，2024年。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了新疆科技厅的科技计划的支持[项目编号 2024DB052, 2020AB026]。本研究还得到了新疆重点研发计划的财政支持[项目编号 2023B02022-3]。
