《Journal of Future Foods》：Gut microbial fermentation of garlic polysaccharide generates anti-inflammatory metabolites: Insights from in vitro fermentation, microbiome, and cellular analyses
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本研究旨在阐明大蒜多糖GP-1的结构特征、肠道微生物利用度及其抗炎活性。结构分析表明，GP-1是一种分支果聚糖，主链由线性→1)-β-D-Fruf-(2→骨架构成，部分果糖呋喃糖残基的O-6位发生分支。GP-1对模拟胃肠消化表现出强抗性，但可被肠道微生物高效代
本研究旨在阐明大蒜多糖GP-1的结构特征、肠道微生物利用度及其抗炎活性。结构分析表明，GP-1是一种分支果聚糖，主链由线性→1)-β-D-Fruf-(2→骨架构成，部分果糖呋喃糖残基的O-6位发生分支。GP-1对模拟胃肠消化表现出强抗性，但可被肠道微生物高效代谢。在体外粪便发酵过程中，总碳水化合物含量与pH显著下降，同时GP-1发生结构变化，包括分子量分布、单糖组成、傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR）、表面形貌及核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）谱图的改变。整合16S rRNA测序与非靶向代谢组学结果显示，GP-1选择性富集双歧杆菌属（Bifidobacterium）、Mitsuokella属及Megamonas属等有益菌，并促进健康相关代谢物（尤其是短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids, SCFAs））的积累。功能实验表明，GP-1发酵产物可显著缓解脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）刺激的RAW264.7巨噬细胞炎症，降低促炎细胞因子生成并抑制核因子κB（Nuclear Factor-κB, NF-κB）信号通路活化。综上，GP-1作为一种可被微生物利用的益生元，具有显著抗炎效应，在调节肠道健康的功能性食品开发方面具备应用潜力。
研究背景与意义
人体肠道微生物群是参与宿主营养代谢、能量稳态及免疫调节的重要生态系统。膳食多糖作为微生物发酵的主要底物，其生理效应主要通过与肠道菌群的相互作用介导。大蒜多糖作为大蒜干物质的主要成分，已被证实具有免疫调节、抗炎及益生元活性。然而，大蒜多糖与肠道微生物的双向互作机制，尤其是发酵过程中的结构转化及其与下游抗炎活性的关系尚未被充分阐明。为此，研究人员假设大蒜多糖可被人类肠道菌群选择性发酵并产生具有生物活性的代谢产物，进而参与肠道免疫调控。本研究通过结构表征、体外发酵及细胞功能实验，揭示大蒜多糖的结构-发酵-生物活性关系，为其作为功能性食品配料的应用提供理论依据。该研究成果发表于《Journal of Future Foods》。
主要技术方法
研究人员从大蒜粉中热水提取并纯化得到均一大蒜多糖GP-1，采用高效凝胶渗透色谱（HPGPC）、高分辨核磁共振（NMR）及甲基化分析对其精细结构进行表征。体外模拟胃肠消化评价其稳定性；利用来自六名健康志愿者的粪便样本构建体外发酵模型，结合16S rRNA高通量测序与非靶向代谢组学分析菌群变化及代谢产物谱。采用脂多糖（LPS）诱导的RAW264.7巨噬细胞炎症模型，通过检测一氧化氮（NO）、活性氧（ROS）、促炎细胞因子水平及NF-κB信号通路活化，评估发酵产物的抗炎活性。
研究结果
3.1 GP-1的制备与初步表征
GP-1总糖含量为98.97%，分子量为3537 Da，主要由果糖与葡萄糖组成（摩尔比94.89:5.11），FTIR光谱显示其具有典型果聚糖特征吸收峰，提示β-糖苷键构型。
3.2 GP-1的精细结构解析
甲基化分析与NMR结果共同证实，GP-1主链为(2→1)-连接β-D-果糖呋喃糖残基，约13.82%的果糖残基在O-6位发生分支，葡萄糖残基主要以末端及(1→6)连接方式存在。
3.3 模拟胃肠消化过程中的GP-1变化
GP-1在模拟胃肠液中总体水解度仅为10.99%，分子量由3537 Da降至3201 Da，显示出对上消化道酶解的强抗性，这归因于β-构型的果糖呋喃糖苷键无法被宿主酶识别。
3.4 体外粪便发酵特征
GP-1可作为有效碳源促进菌群生长，发酵液OD600升至0.93，pH降至4.41，同时总短链脂肪酸（SCFAs）浓度达94.06 mmol·L?1，其中丙酸与丁酸产量显著高于菊粉对照组。
3.5 发酵过程中总糖与还原糖的动态变化
总碳水化合物含量在48 h内减少54.13%，还原糖水平呈先升后稳趋势，反映GP-1的水解与微生物代谢达到动态平衡。
3.6 发酵后GP-1的结构变化
发酵残余多糖GP-1-48的分子量下降，单糖比例变为果糖:葡萄糖=97.15:2.85，FTIR与NMR谱图显示糖苷键大量断裂，SEM图像呈现疏松多孔结构，证实微生物降解作用。
3.7 GP-1发酵对肠道菌群多样性的影响
GP-1显著降低变形菌门（Proteobacteria）丰度，抑制机会致病菌Escherichia-Shigella，选择性富集双歧杆菌属（Bifidobacterium）、Megamonas属及Mitsuokella属等有益菌，并提升产丁酸菌Dialister的相对丰度。
3.8 GP-1发酵对菌群代谢产物的调控
代谢组学显示GP-1显著提升L-胱氨酸、L-色氨酸及吲哚-3-乳酸等抗炎相关代谢物水平，并下调L-甲硫氨酸等促炎代谢物。KEGG富集分析表明ABC转运蛋白与甘油磷脂代谢通路在抗炎过程中发挥重要作用。
3.9 菌群与代谢产物的相关性
有益菌属与SCFAs及抗炎代谢物呈正相关，而机会致病菌与促炎代谢物呈正相关，提示菌群结构变化与代谢产物谱密切相关。
3.10 GP-1发酵产物的抗炎活性
GP-1发酵上清在100 μL·mL?1浓度下无明显细胞毒性，显著降低LPS诱导的NO、ROS、TNF-α、IL-6及IL-1β水平，并抑制NF-κB信号通路中p65与IκBα的磷酸化。
讨论与结论
研究表明，GP-1可被肠道微生物选择性利用，促进有益菌增殖与SCFAs生成，并通过抑制NF-κB通路减轻炎症反应。该过程伴随特定代谢物（如L-色氨酸衍生物）的积累，进一步发挥免疫调节作用。结论认为，GP-1是一种具备益生元特性的果聚糖，可通过重塑肠道菌群代谢网络缓解炎症，支持其在功能性食品领域的开发与应用。
