期刊：Int J Biol Macromol

影响因子：8.2

伯豪技术服务：RNA-seq

 

导语

牛膝是治疗骨质疏松症的著名中药。多糖是形成肠道微生物群的主要因素，是双棱草的主要成分。然而，双歧杆菌多糖对人体肠道菌群的生物活性尚不清楚。本文从苦参中提取并纯化了平均分子量为93.085 kDa的果胶多糖A23-1。A23-1由鼠李糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖组成。GC-MS、部分酸水解和NMR结果表明，A23-1的主链由1,2,4 - rhap和1,4 - glapa组成，分支由半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖和葡萄糖醛酸组成。进一步，发现A23-1被降解为单糖和片段。以拟杆菌(Bacteroides thetaiotaomicron, BT)为模型，提出3个多糖利用位点(PULs)可能参与了A23-1的降解。BO产生的降解产物可能不支持益生菌的生长。这些发现提示A23-1可能是人类肠道拟杆菌的食物来源之一。

 

研究技术

NMR、GC-MS

RNA-seq（伯豪生物提供技术服务）

 

技术路线

 

研究结果

A23-1是一种来自牛膝的同质多糖。根据单糖分析、甲基化分析和部分水解结果，可以推断A23-1可能是一种典型的鼠李糖半乳糖醛酸聚糖（RG I型果胶）。对A23-1进行NMR分析，A23–1含有相似含量的鼠李糖(7.26%)和半乳糖酸(5.12%)，经过部分酸水解后，它们的比例稳步上升。

1. 人类肠道拟杆菌将A23-1降解为片段和单糖

分析了A23-1对BT、BO、BC、BX和Bca的生物活性，发现这些拟杆菌在2.5 mg/mL的A23-1上生长良好，而在5 mg/mL的A23-1存在下，所有菌株都生长良好，尤其是BT。A23-1被降解成两个片段，而不同的拟杆菌降解产物中发现了不同的单糖成分。A23-1不能显著促进益生菌的生长。A23–1可能被降解以支持拟杆菌的生长。

图1 测定了HGM在A23-1及其降解产物的生长曲线

2. 三个PULs可能参与了A23–1的降解

对在含有A23-1或葡萄糖的MM培养基上生长的BT进行了RNA-seq。结果显示，大多数基因与碳水化合物代谢相关。进一步分析发现，总共有394个基因在BT生长于A23-1时表现出表达变化。在394个上调基因中，有19个与BT在葡萄糖上生长相比表现出大量增加。这19个上调基因被分为3个离散的PULs，并通过qPCR证实。为了更好地显示这些PULs，根据Bacteroides thetaiotaomicron VPI-5482(Geneback accession number: AE015928.1)的基因注释，绘制了每个PUL的示意图。PUL1由10个基因组成，编码假设蛋白和两对SusC和SusD。PUL2由5个基因组成，编码假设蛋白。PUL3由4个基因组成，参与鼠李糖代谢。本研究中的PULs与典型的PUL不同，后者包含SGBP、SusC和SusD、糖苷水解和转录调节子。这些PUL中编码的大多数蛋白是假设蛋白，这与以前的报告不同。研究这些假设蛋白质的功能可能具有重要意义，但它们的详细功能应该在未来得到解决。

图2 采用RNA-seq筛选多糖利用位点(PULs)

3. 卵形拟杆菌(Bacteroides ovatus)产生的A23-1降解产物可能不支持益生菌的生长

在添加或不添加碳源的条件下，分析了BO和益生菌在MCB培养基中的生长情况。结果显示，在添加5mg/mL葡萄糖的条件下，BO和益生菌的生长良好，OD600值超过0.5；而在不添加碳源的条件下，它们的OD600值不到0.4。在添加A23-1的情况下，我们发现BO作为单一菌种可以在A23-1上生长良好，最大OD600值约为0.5，而益生菌作为单一菌种在A23-1上的生长不佳，尤其是LR。BO和益生菌的混合培养物的OD600值介于单一菌种之间或等于益生菌。这些结果表明它们之间可能不会发生交叉喂养。还分析了混合培养物中每个菌种的百分比。结果显示，益生菌在混合培养物中的百分比下降，而BO的百分比增加。这与生长曲线的结果一致。然而， BO作为单一菌种在A23-1上生长良好，而混合培养物则生长不佳。BO和益生菌之间的相互作用机制尚不清楚。

图3 在5 mg/mL A23-1培养基上检测BO与LR、LGG或BL共培养的生长曲线

4. HGM在A23-1上生长时会产生短链脂肪酸

饮食摄入纤维与增强SCFAs的产生有关，多糖作为纤维之一可以被肠道微生物群利用来产生SCFAs。之前已经报道过人类肠道拟杆菌和益生菌可以利用多糖产生SCFAs。检测了HGM利用A23-1产生SCFAs的情况。分别分析了拟杆菌与益生菌混合培养物产生的SCFAs，并将p值列在柱状图上。A23-1对宿主的生物活性是否由SCFAs引起仍是未知的。综上所述， A23-1可以被HGM代谢产生SCFAs，。

图5 GC-MS测定短链脂肪酸

 

参考文献：

Wen C, Li T, Wang B, Jin C, Li S, Li Y, Li M, Ding K. A pectic polysaccharide isolated from Achyranthes bidentata is metabolized by human gut Bacteroides spp. Int J Biol Macromol. 2023 Jul 13;248:125785. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2023.125785IF: 8.2 Q1 . Epub ahead of print. PMID: 37451376IF: 8.2 Q1 .