肠道菌群协同降解黄芪多糖与党参多糖生成丁酸的机制研究：宏转录组学解析

这篇研究通过宏转录组学揭示了肠道菌群协同降解黄芪多糖(APS)和党参多糖(CPPS)为丁酸的分子机制。研究发现APS通过上调糖苷水解酶(GHs)和丁酸途径关键酶(but/ptb/buk)，显著促进丁酸生成，其效果优于CPPS和低聚果糖(FOS)。该工作为中药多糖调节肠道健康提供了新见解。

　　

ABSTRACT
黄芪(Astragalus membranaceus)和党参(Codonopsis pilosula)作为传统中药，其补益功效与肠道菌群代谢多糖组分密切相关。本研究通过体外培养健康小鼠粪便菌群，比较了APS与CPPS降解为丁酸的效率差异。结果显示APS降解产生的丁酸水平显著高于CPPS和FOS对照组。宏转录组分析发现APS特异性上调了221个碳水化合物活性酶(CAZymes)家族和287个丁酸代谢相关基因的表达，其中磷酸丁酰转移酶(ptb)和丁酸激酶(buk)构成的PTB/Buk通路起主导作用。

INTRODUCTION
中药多糖具有复杂的结构多样性，其药理活性与肠道菌群的降解代谢密切相关。作为典型的"补气药"，黄芪和党参多糖已被证明具有抗炎、免疫调节等功效，但其被菌群降解为丁酸的具体机制尚不明确。本研究选择丁酸作为效应指标，因其在抗肥胖、抗炎症等方面具有明确功效，且可通过乙酰-CoA途径合成。

MATERIALS AND METHODS
从黄芪和党参中分别纯化得到均一性多糖APS-E1F1和CPPS-D1N1，经核磁共振鉴定结构：APS主链为→4)-α-D-Glcp-(1→与→4,6)-α-D-Glcp-(1→，支链含→6)-α-D-Glcp-(1→；CPPS主链为→1)-β-D-Fruf-(2→。采用健康ICR小鼠粪便菌群进行体外发酵48小时，通过GC-MS定量丁酸，并利用Illumina HiSeq 2500平台进行宏转录组测序。

RESULTS
Polysaccharide structural analysis
APS-E1F1由葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖组成(83:15:1:0.4)，分子量5.985 kDa；CPPS-D1N1主要含果糖(97.28%)，分子量5.481 kDa。结构复杂度表现为APS>CPPS>FOS。

Polysaccharide degradation and carbohydrate-active enzymatic expression profile
APS组CAZymes表达最丰富(221家族)，其中GT2基因数达3272；CPPS组以AA4为主(5230基因)；FOS组则主要激活GH4(3521基因)。在门水平上，APS组富集的拟杆菌门(Bacteroidetes)菌群更为均衡，包含Alistipes、Bacteroides等多属。

Quantitative analysis of butyric acid
APS发酵液丁酸含量显著高于CPPS和FOS组，分别为后两者的1.8倍和2.3倍(P<0.05)。

Butyric acid metabolic pathway
APS组丁酸途径基因(329个)显著多于CPPS组(76个)，关键酶ptb(EC 2.3.1.19)和buk(EC 2.7.2.7)表达量分别达CPPS组的2.25倍和2.43倍。KEGG分析显示K01034(but)、K00634(ptb)和K00929(buk)基因在APS组显著上调。

Functional microbial enrichment
在属水平上，APS组富集了典型丁酸产生菌Lacrimispora、Anaerocolumna和Paraclostridium；CPPS组则以Thomasclavelia为优势菌。Bacillota门的相对丰度与丁酸产量呈正相关(APS>CPPS>FOS)。

DISCUSSION
本研究首次系统比较了两种补气类中药多糖的菌群降解特征：1)APS复杂结构能招募更多样CAZymes(如靶向β-1,4-木聚糖的GH11)；2)APS通过PTB/Buk主导的双通路协同促进丁酸生成；3)降解菌(Bacteroidetes)与发酵菌(Bacillota)的级联作用决定代谢效率。这些发现为开发靶向肠道菌群的功能食品提供了理论依据，特别是APS在调控肠道炎症方面展现突出潜力。未来需进一步解析多糖精细结构与菌群代谢网络的关系。

ACKNOWLEDGMENTS
感谢江西中医药大学中西医结合学科(江西省一流学科)的资助(zxyylxk20220103)和国家自然科学基金(82160788)的支持。