朱炫组肠道微生物组研究又4连发，1篇登Microbiome

2021年初联川生物合作伙伴浙江工商大学朱炫副教授课题组发表了4篇当前热门的肠道微生物研究文章，其中一篇于2021年3月18日发表在微生物顶刊Microbiome（IF11.607）。这几篇文章从不同的角度阐述了肠道微生物与木糖醇、菠菜中维生素B12、芦荟多糖之间相互影响的相关性，同时也研究了肠道菌群对高日茶摄入量引起的草酸钙肾结石形成之间的关系。

以下为4篇肠道微生物相关文章的内容概要：

2021年3月文章发表于Microbiome（IF：11.607）：Xylitol Enhances Synthesis of Propionate in Colon via Cross-feeding of Gut Microbiota，木糖醇通过肠道微生物的交叉进食增强结肠中丙酸的合成。

2021年2月，文章发表于Journal of Agricultural and Food Chemistry（IF：4.192）：Vitamin B12 Enriched in Spinach and its Effects on Gut Microbiota，菠菜中富含的维生素B12及其对肠道菌群的影响。

2021年1月，文章发表于Carbohydrate Polymers（IF：7.182）：Study on fecal fermentation characteristics of aloe polysaccharides in vitro and their predictive modeling，芦荟多糖的体外粪便发酵特性及其预测模型的研究。

2021年1月，文章发表于Applied Microbiology And Biotechnology（IF：3.530）：Gut microbiota affect the formation of calcium oxalate renal calculi caused by high daily tea consumption，肠道菌群影响日茶摄入量高引起的草酸钙肾结石的形成。

文章1.Microbiome（IF：11.607）：基于肠道菌群代谢互养的木糖醇提升结肠丙酸原位合成研究

Microbiome (一区 IF: 11.6)

视频摘要：

https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-021-01029-6

背景

1.木糖醇是一种白色或透明的多元醇或糖醇，常被用作食品中的甜味剂，但是大量未被吸收的木糖醇如何被微生物利用机制尚不清楚。

2.以往关于木糖醇的研究集中在口腔微生物，很少有涉及木糖醇对于结肠微生物消化过程中的关键酶表达、菌落丰度及短链脂肪酸（SCFA）的产生的系统关联分析。

3.本研究首次使用汉语拼音Changdao Moni（CDMN），定义了准真实人体体外肠道模拟系统。

4.本研究发现，木糖醇可以显著地提升SCFA的产量，降低结肠pH，并通过代谢互养机制，保持各关键菌群在一定的范围内波动，不产生剧烈的菌落丰度多样性分布变化，从而在改善肠道微环境同时，保持了肠道环境的稳定性。

5.另外一方面，通过代谢互养的模式，实现了结肠内定点原位丙酸合成，实现了菌群代谢的定点控制。本研究结合了体内和体外方法，初步阐明了木糖醇靶向调控菌群代谢流的机制。

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成果介绍

研究方法

通过给小鼠喂食3个月0％，2％（2.17 g / kg / day）或5％（5.42 g / kg / day）的木糖醇。除了在小鼠中进行体内消化实验外，还将3％（重量/体积）（等同于人体摄入量 0.27 g / kg /天）的木糖醇添加到结肠模拟系统（CDMN）中进行7天模拟酵解。通过16S rRNA测序，定量有益的代谢生物标志物，代谢组和转录组分析，以研究木糖醇的益生元机理。最后，选择与木糖醇消化有关的细菌类型，对两种和三种细菌进行单培养和共培养，以探索在含葡萄糖，木糖醇，混合碳源或无碳源的培养基中对木糖醇的微生物消化和利用机理。此外，在分子环境中探索了微生物组成和SCFAs转变的潜在机理。

研究结果

木糖醇对小鼠肠道微生物的影响

木糖醇对体外结肠不同部分中细菌的影响

木糖醇对体外消化结肠中SCFAs的影响

木糖醇补充前后的酶量，KEGG富集的变化

研究结论

1.在体内和体外实验中，作者发现木糖醇不会显著影响肠道微生物组的结构。然而，它增加了所有SCFAs，特别是内腔中的丙酸和粘膜中的丁酸，并在体外改变了其相应的细菌。

2.在木糖醇的利用中，在罗伊氏乳杆菌，脆弱拟杆菌和大肠杆菌中观察到交叉进食，一种生物消耗另一种生物排泄的代谢物的关系。

3.在分子水平上，发现木糖醇脱氢酶（EC 1.1.1.14），木酮糖激酶（EC 2.7.1.17）和木酮糖磷酸异构酶（EC 5.1.3.1）是木糖醇代谢中的关键酶，并存在于拟杆菌属（Bacteroides）和毛螺菌科（Lachnospiraceae）中。因此，它们被认为是木糖醇消化中的关键细菌。此外，木糖醇影响丙酸的代谢途径，显著促进双歧杆菌中磷酸乙酰基转移酶的转录（EC 2.3.1.8），并增加丙酸的产生。

4.其机理可以归纳如下：木糖醇在体内维持了双歧杆菌，拟杆菌，乳杆菌的相对丰度F6，并促进了这些细菌中与木糖醇有关的酶。此外，增加了腔内所有SCFAs，特别是丙酸，黏膜膜中的丁酸，体外肠道中相应细菌的转移。在木糖醇的利用中，在罗伊氏乳杆菌，脆弱的芽孢杆菌和大肠杆菌之间观察到交叉喂养关系。在分子水平上，我们还揭示了微生物组中的交叉进给关系。木糖醇脱氢酶（EC 1.1.1.14），木酮糖激酶（EC 2.7.1.17）和木酮糖磷酸异构酶（EC 5.1.3.1）是木糖醇代谢中的关键酶，存在于拟杆菌属（Bacteroides）和毛螺菌科（Lachnospiraceae）中。因此，它们被认为是木糖醇消化中的基本细菌。此外，木糖醇还影响双歧杆菌中丙酸的代谢途径，从而显着促进丙酸速率限制酶磷酸乙酰转移酶（EC 2.3.1.8）的转录水平。只有那些由不同细菌共同参与的酶才能支持能量代谢和微生态的增长，但另一方面，它们也会提高丙酸的含量，从而降低pH值，从而限制了大肠杆菌的生长。通过这些细胞之间的交叉喂养和竞争，木糖醇可以动态平衡肠道微生物组的相对数量，从而促进宿主的健康。

  创新性/应用前景

   该研究可以作为木糖醇进一步研究益生元的机理和肠道菌群调控的参考。

文章2.J. Agric. Food Chem：菠菜中富含的维生素B12及其对肠道菌群的影响

肉和发酵食品是人类维生素B12（钴胺素）的主要来源。因此，每天摄取维生素B12对于纯素食者来说是一个大问题。在这项研究中，将氰钴胺素（CNCBL）添加到培养液中以提高菠菜中的钴胺素含量。培养36 h后，菠菜叶片中的CNCBL（湿重）累积高达0.48％（浓度），煮沸后叶片中CNCBL的含量仍为0.94±0.11μg/ g，这可以满足人们对CNCBL的日常需求。由于补充CNCBL对肠道菌群有不利影响，因此本研究的重点是菠菜和CNCBL的组合对肠道菌群的影响。将煮沸的菠菜叶片通过体外胃肠道模拟系统后，发现菠菜可以保护CNCBL免受低pH胃酸的侵害。此外，与CNCBL补充剂组相比，拟杆菌和厚壁菌门的相对丰度增加，变形杆菌，尤其是埃希氏菌属的相对丰度降低。对短链脂肪酸（SCFA）的分析表明，富含钴胺素的菠菜与拟杆菌，丙酸酯和丁酸酯呈正相关。结果表明，采用菠菜富集CNCBL的方法是有效的，对肠道菌群和SCFAs具有有益的作用。

文章3.Carbohydr. Polym.：芦荟多糖的体外粪便发酵特性及其预测模型的研究

芦荟多糖（APs）是众所周知的植物多糖，但对其体外消化和发酵特性知之甚少。在这项研究中，APs的分子量在胃和肠道消化后没有显著变化。在粪便发酵过程中，挥发物含量和pH值持续下降，而短链脂肪酸（SCFA）浓度则显著增加。此外，与SCFA代谢相关的微生物群的数量增加了，包括普氏菌属，甲苯二甲酸杆菌，毛螺菌科和粪球菌属，而有害微生物群则减少了，如Escherichia-Shigella和Veillonella。此外，生物信息学分析表明，APs促进了果糖和甘露糖的代谢，并促进了含有甘露糖6-磷酸异构酶的酶的基因表达[EC：5.3.1.8]。结构方程模型还强调指出，产生SCFA的微生物群是APs的主要降解物，这表明APs可以促进功能性食品的生产，从而保持肠道健康。

文章4.APPL MICROBIOL BIOT：肠道菌群影响日茶摄入量高引起的草酸钙肾结石的形成

肾结石是世界范围内常见且经常发生的疾病。结石可引起尿路阻塞，疼痛，血尿和其他症状。在这项研究中，探索了草酸钙肾结石和肠道菌群之间的关系。研究调查了30名草酸钙肾结石患者和30名健康人的饮食习惯。分析了他们粪便样本中的16S rDNA序列和短链脂肪酸（SCFA）。确定了肠道菌群的5个属为草酸钙肾结石的生物标志物，即拟杆菌，考拉杆菌，费卡利杆菌，阿克曼菌和乳杆菌，其ROC曲线值为0.871（95％置信区间（CI）0.785）–0.957）。考拉杆菌和费卡利杆菌与SCFA合成呈正相关，以减少肾结石的风险。同时，根据分析，乳酸杆菌属预防茶摄入引起的肾结石的作用最大（79％），因为茶在肾结石的形成中提供了大量草酸。乳酸杆菌属的三种菌株从健康的人的粪便中分离出来，这些健康人的茶摄入量很高，但却没有肾结石。在体外结肠模拟中，所有这些菌株均在结肠中存活，并补充了高浓度的茶后有效降解了草酸（约50％）。因此，适当调节肠道菌群或SCFA浓度可增强食物中草酸盐的降解，可用于防止由茶引起的草酸钙肾结石的形成。

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上述文章中所用到宏基因组测序、扩增子测序、转录组测序以及代谢组学分析技术由联川生物提供。

专 家 简 介

朱炫，副教授，毕业于德国汉堡大学，获得食品化学博士学位。现任职于浙江工商大学食品与生物工程学院，主要研究肠道微生物消化，肠道微生物合成代谢及其调控技术。系统研究了消化过程中的物理、化学和生物因素对肠道微生态的控制效应，同时从分子水平实现了调控肠道微生态及其合成代谢通路，构建了基于钴胺素调控肠道微生态系统的理论。获得2015年中国分析测试协会青年奖，2017年浙江省自然科学一等奖。

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