文章题目
Suppression of obesity and inflammation by polysaccharide from sporoderm-broken spore of Ganoderma lucidum via gut microbiota regulation
灵芝孢子菌破壁孢子多糖通过肠道菌群调控对肥胖和炎症的抑制作用
文章信息
客户单位：浙江中医药大学药学院发表期刊：Carbohydrate Polymers
发表时间：2021.3
影响因子：IF=7.182
关键词：灵芝孢子体破壁孢子（BSGL）、high-fat diet (HFD)、灵芝多糖（Ganoderma lucidum polysaccharide）、内毒素血症（Endotoxemia）、肠道菌群
灵芝已被证明具有抗肥胖作用。但是，灵芝的孢子破壁孢子（BSGLP）对肥胖及其作用的潜在机制有从未被报道过。该研究表明BSGLP可以有效抑制高脂饮食（HFD）引起的肥胖，高脂血症，以及其并发炎症。BSGLP也可以改善了HFD诱导的肠道微生物群失调，维持肠屏障功能，增加短链脂肪酸的产生和GPR43的表达，从而减轻了内毒素血症，BSGLP作用的具体表现为血清中脂多糖水平的降低，以及回肠紧密连接蛋白和抗菌肽的表达增加。肠道菌群研究进一步证实，BSGLP诱导的肠道菌群的变化在一定程度上可以抑制肥胖。此外，BSGLP明显减轻了高脂饮食诱导的脂肪组织中的通路TLR4 / Myd88 /NF-κB信号转导d 上调。
该研究首次表明了BSGLP作为益生元可以通过调节机体炎症反应，肠道菌群和肠道代谢来抑制生物体肥胖的发生同时缓解高脂血症屏障功能障碍。
饮食引起的脂肪堆积，肝脂肪变性，体重增加，高脂血症和炎症，与其相关对HFD引起的微生物菌群失调，肠道屏障的改善损害和SCFA增加。作者的研究表明BSGLP可以有效降低LPS水平，同时抑制脂肪组织中TLR4 /NF-κB的关键信号通路。因此，BSGLP可以有效预防肥胖及肥胖相关的疾病。该研究也为未来药理研究提供了中药的理论基础。
近年来，肥胖症的患病率急剧上升，已逐渐成为全球人类健康的巨大威胁。遗传易感性和 饮食和生活方式等环境因素都可能会导致肥胖。肥胖症的主要特征是体重增加过多和脂肪堆积，进而会导致慢性发炎，高血糖，高血脂和胰岛素抵抗。这些症状与各种代谢性疾病都有关，例如2型糖尿病，心血管疾病，非酒精性脂肪肝疾病（NAFLD）和癌症。最近，大量的临床和实验研究表明肠道菌群在发育中起着关键作用，通过调节宿主能量代谢，底物来控制肥胖的进展代谢和炎症反应;研究表明，健康人群和肥胖人群的肠道微生物组成有着显著的差别；肠道菌群失衡，或营养不良会导致革兰氏阴性菌的增加，进而导致肠道屏障受损，严重的还会引起内毒素血症。 饮食干预已被证明在各个方面都具有有益作用：1> 改善高脂饮食引起的代谢性内毒素血症。2> 膳食纤维和难以消化的多糖可以有效预防高脂饮食引起的肥胖症，肠道营养不良，和内毒素血症等。3> 富含膳食纤维的益生菌，可以预防黏液降解肠道菌群的生长同时也可以增加肠道中产生短链脂肪酸（SCFA）的有益菌。4> G. lucidum作为一种药用蘑菇，已在亚洲被广泛用于促进健康，延长寿命和预防疾病。 灵芝作为传统中药，已有两千多年的历史。灵芝多糖（GLP）是灵芝的主要生物活性物质之一，被证明具有许多药理功能，例如免疫调节，抗氧化，抗发炎，抗肿瘤，抗肥胖和抗糖尿病作用。最近也有研究指出，从灵芝的菌丝体或果实中提取的GLP可以调节肠道菌群的组成，可能与疾病预防相关。 灵芝可抑制肥胖和炎症，增加胰岛素敏感性，并通过调节肠道改善脂质代谢紊乱微生物群和肠道屏障功能。灵芝孢子体破壁孢子（BSGL）及其提取物还表现出广泛的生物活性。之前的很多研究也提到，提取的GLP灵芝的不同部分分子量不同，单糖组成、α/β构型、糖苷键和分支度也略有差别，化学上的差异会对其药理作用有一定影响。因此，GLP从灵芝的不同部分提取也可能会具有不同的生物学效果。在此项研究中，作者验证了从灵芝中提取的GLP的作用通过建立小鼠的葡萄糖耐量，高脂血症和慢性炎症饮食诱发肥胖的模型，针对对肠道菌群组成的变化，内毒素血症，肠屏障功能以及短链脂肪酸（SCFA）在肠道代谢中的产生，来研究BSGLP对肥胖生物体作用的潜在的分子机制。
1. BSGLP可以抑制高脂饮食引起的体重增加，脂肪堆积，和高脂血症 Fig. BSGLP缓解了高脂模型小鼠的脂肪积累和高脂血症 慢性低度炎症是肥胖症最重要的特征之一。因此，作者通过血清中促炎细胞因子的水平（包括TNF-α，IL-1β，IL-6和MCP-1）评估了BSGLP的抗炎作用。高脂模型组小鼠血清中的TNF-α和IL-1β明显增加，但不改变IL-6和MCP-1水平。 而两种不同浓度的BSGLP干预对于高脂模型组小鼠均降低了血清中TNF-α，IL-1β和MCP-1的水平。此外，高脂模型组小鼠的附睾白色脂肪组织中TNF-α，IL-1β，IL-6和MCP-1的表达也随之显著增加了，相反的，通过300mg/kg BSGLP的孢子干预，这些促炎细胞因子（IL-1β，IL-6和MCP-1）的含量显著的降低。
Fig. BSGLP抑制了高脂模型组中小鼠促炎细胞因子的表达 3. BSGLP减轻了高脂模型组小鼠的脂肪堆积和高脂血症 细胞炎症因子与巨噬细胞相关，通过文献调研，目前巨噬细胞关键标志物有CD11b，CD11c和CD68，于是研究者检查相关指标的mRNA表达浸润。结果显示，高脂模型组小鼠附睾白色脂肪组织中的这些因子显著升高，而两种不同剂量的BSGLP干预均能够使这些巨噬细胞浸润标志物的表达显着降低。免疫组化实验也进一步证实了该结果。 Fig. BSGLP可有效抑制高脂模型组小鼠中睾丸白色脂肪组织（eWAT）中的巨噬细胞浸润 4. BSGLP干预改变肠道菌群的组成并改善高脂饮食引起的肠道菌群失调 基于测序的细菌16 s rRNA（V3-V4区域）分析进行小鼠粪便。包括BSGLP治疗后高脂模型组小鼠的体重变化及治疗对肠道菌群组成的影响。 结果可以看到，BSGLP治疗组与对照组的肠道菌群组成明显不同。除了影响高脂饮食外，BSGLP还扮演着调节肠道菌群组成的重要作用。300 mg/kg的BSGLP治疗后的高脂模型组中肠道菌群的硬脂菌/拟杆菌比率显著降低。在物种水平上，作者发现高脂模型组和BSGLP治疗组的小鼠肠道菌群数量均发生了显著变化，例如在高脂模型组相较于正常组小鼠，肠道中的益生菌Bifidobacterium_choerinum显着降低，而Bacteroides_chinchillae则略有下降等，但是在通过不同水平的BSGLP诱导治疗后，这些益生菌的细菌丰度都有一定程度的恢复。此外，高脂模型组小鼠的肠道菌群中，Firmicutes_bacterium_ASF500，Alistipes_sp._627和梭状芽胞杆菌（Clostridium_leptum）的菌群丰度水平显著增加，在BSGLP干预治疗后这些菌群丰度水平也相应减少了。这些结果也进一步表明BSGLP具有干预高脂模型组小鼠肠道菌群组成及其丰度的作用。 5. BSGLP干预影响短链脂肪酸（SCFA）的水平
众所周知，SCFA是从肠道菌群的膳食纤维和难以消化的多糖中发酵得到的最终产物。例如，丁酸被认为是重要的结肠上皮细胞能量来源，而乙酸盐和丙酸盐可以作为底物影响器官的生物学功能。短链脂肪酸与肠道菌群息息相关。因此，作者检查了粪便中SCFA的浓度。高脂模型组的肥胖小鼠与正常组比较，丁酸水平显著降低，并且在两种不同剂量的BSGLP干预治疗后，丁酸水平均可逆转。同时，作者还发现300 mg / kg 的BSGLP干预治疗使高脂模型组肥胖小鼠体内的乙酸盐水平明显升高。但是，在所有比较组中丙酸和戊酸水平无明显变化。综合来讲， BSGLP干预治疗可以增加高脂模型组小鼠肠道短链脂肪酸，尤其是乙酸盐和丁酸盐的产量。有其他研究报道SFCA通过影响G蛋白偶联受体41（GPR41）或GPR43来调节免疫肠上皮细胞或中性粒细胞的生物学进程。回肠外的SFCAs-GPR41 / 43相互作用在脂肪组织中也起着重要作用。因此，研究者试图通过检测在回肠和附睾白色脂肪组织中的G蛋白偶联受体GPR41 和GPR43的水平，进一步探究其机制机理。在mRNA和蛋白质水平上GRP41和GRP43在回肠中均无明显的变化； 但是，作者发现，在高脂模型组小鼠的睾丸白色脂肪组织中， GRP43的mRNA和蛋白的表达均显著降低，而在BSGLP干预治疗后也均可逆转。而低脂模型组中，低剂量的BSGLP能够显着增加GPR43表达。结果表明BSGLP可能是通过调节新陈代谢并抑制激活脂肪组织中的GPR43来实现调控肠道菌群组成的变化和SCFAs代谢产物产量的增加。 Fig. BSGLP干预影响短链脂肪酸（SCFA）的水平
6. BSGLP可以改善内毒素血症和肠屏障功能
肠上皮细胞连接完整性的破坏会导致LPS流入血液并引起全身性炎症。因此作者发现血清中LPS的含量在高脂模型组显著升高，同时不同浓度的BSGLP干预治疗均可以相应的缓解血清中的LPS水平。而后测定了回肠中上皮细胞连接的生物标志物Occludin，Claudin-1和ZO-1的蛋白含量，发现高脂模型组中蛋白含量降低且BSGLP治疗后可逆转。此外，研究者检查了肠道系统中先天免疫的主要成分抗菌肽的表达（Lyz1和Reg3γ），结果表明Lyz1和Reg3γ的表达显着降低了，同样的BSGLP治疗也可以缓解该状况，这些结果均表明BSGLP可以通过调控上皮细胞连接关键蛋白和抗菌肽的表达来改善肠道屏障功能。 Fig. BSGLP改善了HFD喂养小鼠的内毒素血症并增强了肠屏障功能 7. BSGLP可以有效抑制LPS / TLR4 /NF-κB信号通路 现有研究结果显示，TLR4可以识别LPS并激活NF-κB调节促炎细胞因子的产生。因此，作者进一步检查了附睾白色脂肪组织中该途径相关基因的变化。高脂模型组中， LBP、 CD14，TLR4和Myd88的mRNA表达均有显著增高，有趣的是，BSGLP大大减少了高脂饮食诱导的LBP，CD14和Myd88表达量的升高。此外，Western blotting显示TLR4和Myd88蛋白质表达在高脂模型组小鼠中显着增加，而300 mg / kg BSGLP的治疗后该指标也相应的显著降低。因此，研究者推测BSGLP可能是通过调控抑制TLR4 /NF-κB信号通路缓解肥胖引起的炎症反应。
Fig. BSGLP干预可以调控高脂模型小鼠附睾白色脂肪组织中的TLR4 /NF-κB通路 为了进一步验证BSGLP是否抗肥胖和消炎的效果取决于微生物群，研究者用抗生素来去除肠道菌群以模拟无菌受体小鼠的肠道环境。移植有微生物的微生物菌群后，对该小鼠进行高脂模型建立，而后进行BSGLP干预治疗。结果，接种了微生物菌群治疗组小鼠相较于高脂模型组小鼠的体重更低，睾丸白色脂肪组织（eWAT）重量也更低，但肝脏重量不受影响。此外，模拟无菌小鼠实验中的高脂模型组治疗后的血清中的LPS和TNF-α的水平也相应降低。因此，BSGLP可以一定程度的通过介导肠道菌群来实现治疗后的体重降低和炎症调节。 Fig. BSGLP可以减轻高脂饮食小鼠的肥胖和炎症
BSGLP的有益效果与其对肠道菌群的调节有关；同时BSGLP通过调控肠屏障中SCFA的产生、GPR43激活和抑制以及对TLR4 / Myd88 /NF-κB信号通路的调控，来实现对肥胖的缓解和治疗作用。同时，BSGLP也可用作靶向肠道菌群的益生元剂起到抗肥胖，高血脂和炎症相关疾病的作用。
Sang T , Guo C , Guo D , et al. Suppression of obesity and inflammation by polysaccharide from sporoderm-broken spore of Ganoderma lucidum via gut microbiota regulation[J]. Carbohydrate Polymers , 2021, 256(5717):117594.
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