大黄多糖能够缓解高甘油三酯血症引起的急性胰腺炎，并调节肠道微生物群介导的色氨酸代谢

《Journal of Functional Foods》：Rhubarb polysaccharides alleviate hypertriglyceridemia-induced acute pancreatitis and regulate gut microbiota-mediated tryptophan metabolism

大黄多糖通过调节肠道菌群和代谢改善高甘油三酯血症性急性胰腺炎的机制研究。

　　研究团队由Ya Chen、Wen-Wen Zhang、Yun-Yun Mao、Gang-Ao Hu、Xin-Xin Chen、Yi-Lin Zhou、Xiao-Long Chen、Hong Wang、Bin Wei和Jian-Feng Tu组成，他们来自浙江省人民医院附属人民医院和杭州医学专科学校。本研究旨在探讨一种传统中药——大黄（Rheum tanguticum）中的多糖成分对高甘油三酯血症诱导的急性胰腺炎（HTGAP）的治疗作用。研究发现，大黄多糖（RP）不仅能够显著降低血清中的淀粉酶和脂肪酶水平，还能够改善胰腺和肠道的组织病理学状态，并通过上调紧密连接蛋白ZO-1和Occludin来增强肠道屏障功能。此外，高通量16S rRNA测序显示，RP能够调节肠道微生物群落，通过富集有益菌群（如乳酸杆菌和阿克曼氏菌）并减少致病菌群（如Lachnoclostridium和Desulfovibrio）。未靶向代谢组学分析则揭示了微生物代谢产物的变化，尤其是在色氨酸代谢方面，进一步证实了肠道微生物群与代谢产物之间的密切关联。这些发现表明，RP通过恢复肠道屏障完整性并调节肠道微生物介导的色氨酸代谢，对HTGAP具有潜在的治疗价值。

### 1. 研究背景与意义

高甘油三酯血症诱导的急性胰腺炎是继胆结石和酒精性胰腺炎之后，导致急性胰腺炎的第三大原因，且其发病率逐年上升。HTGAP在临床上表现出年轻发病、严重病例比例高、复发率高以及多种并发症的特点。其发病机制与脂质代谢紊乱、全身性炎症反应和多器官功能障碍密切相关。尽管目前广泛应用的降脂治疗手段（如禁食、口服药物、胰岛素、肝素和血液净化）已被用于HTGAP的管理，但近年来的临床证据对这些方法的疗效提出了质疑。例如，静脉注射肝素、胰岛素输注（同时伴有葡萄糖输注以防止正常血糖患者的低血糖）以及血浆置换等治疗方法并未显示出显著的疗效。因此，当前指南建议在HTGAP的治疗中避免常规使用降脂疗法。然而，药物治疗往往伴随不良反应，因此探索具有更优安全性和新作用机制的替代治疗策略显得尤为迫切。

在此背景下，传统中药（TCM）作为一种潜在的治疗手段，引起了广泛关注。TCM不仅在多种疾病中显示出良好的疗效，还在对抗寄生虫引起的食源性疾病方面表现出一定的效果，这表明其在调节肠道微生物群和代谢过程中的潜力。肠道微生物群是人体肠道中复杂的微生物群落，它们共同构成了肠道黏膜的生物屏障，对能量代谢、宿主防御和免疫调节等方面具有重要作用。近年来，越来越多的研究表明，肠道微生物群与多种疾病密切相关，如糖尿病、肥胖和胰腺炎等。特别是，在HTGAP的发病和进展过程中，肠道微生物群扮演着至关重要的角色。已有研究表明，HTGAP患者常表现出肠道菌群失调，如厚壁菌门/拟杆菌门比例升高，导致肠道黏液层降解和紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的下调。此外，肠道微生物群通过生物转化过程（如分解或结构修饰）改变TCM活性成分的生物利用度和治疗效果。因此，针对肠道微生物群与宿主之间的相互作用，探索其作为新型治疗策略的潜力显得尤为重要。

### 2. 研究方法与实验设计

本研究通过提取和结构分析大黄多糖，评估其在HTGAP小鼠模型中的治疗效果，并深入探讨其作用机制，特别是与肠道微生物群和宿主代谢的相互关系。首先，研究人员从大黄根部中提取了多糖成分，并通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、液相色谱-质谱联用（LC-MS）、凝胶渗透色谱（SEC）和紫外-可见分光光度法（UV–Vis）对其结构进行了全面分析。结果表明，RP的分子量约为26 kDa，主要由葡萄糖和阿拉伯糖组成，其结构特征符合多糖的典型特征。此外，通过LC-MS分析确定了RP的单糖组成，主要包含葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸、半乳糖和甘露糖，其摩尔比为36:24:6:6:3:1。这些结果为后续研究提供了可靠的物质基础。

为了评估RP的治疗效果，研究人员将六到七周龄的雄性C57BL/6小鼠（体重18–20克）分为三组：正常对照组（NC组）、HTGAP模型组和RP治疗组（每组6只）。HTGAP模型的建立主要参考了先前的研究方法，包括使用P-407（聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物）和L-精氨酸（L-Arg）进行诱导。具体来说，小鼠在适应一周后，每隔一天接受一次P-407腹腔注射（0.5 g/kg），持续7天。随后，小鼠在1小时内接受两次L-Arg注射（2.5 g/kg），间隔1小时。RP治疗则在第二次L-Arg注射后1小时开始，通过口服方式给予小鼠200 mg/kg的RP，并在随后的6小时间隔内给予两次额外剂量。所有小鼠在建模前均进行12小时的禁食处理。建模结束后，通过眼眶取血收集血液样本，并对小鼠进行颈椎脱臼处死，以获取胰腺、结肠组织和盲肠内容物用于后续分析。整个实验过程均获得浙江大学技术学院伦理审查委员会的批准，并遵循相关机构的指导方针。

为了评估RP对HTGAP小鼠的影响，研究人员使用了多种实验手段。首先，通过商业试剂盒测量了血清中的淀粉酶（AMY）和脂肪酶（LPS）水平，以评估胰腺损伤的程度。结果表明，RP治疗组的AMY和LPS水平显著低于HTGAP模型组。其次，通过苏木精-伊红（H&E）染色对胰腺和结肠组织进行了组织病理学评估。结果显示，NC组小鼠的胰腺和结肠组织结构完整，而HTGAP模型组小鼠则表现出明显的病理变化，包括胰腺间叶间隙增宽、胰泡肿胀和分离，以及结肠黏膜层的炎症细胞浸润和中度绒毛坏死。相比之下，RP治疗组的小鼠组织损伤程度较轻，且结肠绒毛结构得到一定程度的修复。此外，通过免疫组化染色评估了ZO-1和Occludin的表达水平，发现HTGAP模型组的表达显著降低，而RP治疗能够有效恢复这些蛋白的表达。进一步的实时荧光定量PCR（RT-qPCR）分析也支持这一发现，表明RP干预能够逆转HTGAP导致的ZO-1和Occludin的下调。

为了深入探讨RP对肠道微生物群的影响，研究人员使用了16S rRNA基因测序技术。结果显示，RP干预显著改变了肠道微生物群的多样性，通过富集有益菌群（如乳酸杆菌和阿克曼氏菌）并减少潜在有害菌群（如Lachnoclostridium和Desulfovibrio）。此外，通过主成分分析（PCA）进一步评估了不同组别之间微生物群落的差异，发现RP治疗组的微生物群落结构与NC组更为相似，而HTGAP模型组则表现出显著的分离。这一结果表明，RP能够有效重塑肠道微生物群，促进其恢复至正常状态。

为了揭示RP对肠道代谢的影响，研究人员进行了未靶向代谢组学分析。通过液相色谱-质谱联用（LC-MS）对盲肠内容物中的代谢物进行了分析，发现HTGAP模型组与NC组在代谢物组成上存在显著差异，尤其是色氨酸代谢相关代谢物的变化。RP治疗能够显著逆转这些代谢物的异常，表明其对肠道微生物介导的代谢过程具有调节作用。通过Spearman相关性分析，研究人员构建了微生物与代谢物之间的互作网络，进一步揭示了RP如何通过影响色氨酸代谢来发挥其治疗作用。例如，色氨酸代谢产物如色氨醇（tryptophol）和3-羟基吲哚乙酸（3-HAA）在HTGAP模型组中显著升高，而RP治疗能够有效降低这些代谢物的水平，从而减轻肠道炎症反应。

### 3. 研究结果与讨论

本研究的结果表明，RP在HTGAP小鼠模型中展现出显著的治疗潜力。首先，从结构上来看，RP的分子量约为26 kDa，主要由葡萄糖和阿拉伯糖组成，其结构特征符合多糖的典型特征。此外，通过FTIR、LC-MS、SEC和UV–Vis分析，研究人员进一步确认了RP的纯度和单糖组成，为其后续的药理活性提供了依据。

其次，从药理活性来看，RP能够显著降低HTGAP小鼠的血清淀粉酶和脂肪酶水平，表明其对胰腺损伤具有一定的缓解作用。同时，RP治疗组的胰腺和结肠组织病理学评分显著低于HTGAP模型组，进一步证实了其对组织损伤的保护作用。此外，免疫组化分析和RT-qPCR结果均显示，RP能够有效上调ZO-1和Occludin的表达，从而增强肠道屏障功能，减少炎症反应。

在肠道微生物群方面，16S rRNA基因测序结果显示，HTGAP模型组的微生物群落结构发生了显著变化，表现为厚壁菌门和Desulfobacterota的丰度增加，而变形菌门的丰度降低。RP干预能够显著逆转这些变化，富集有益菌群并减少致病菌群。例如，RP治疗组中乳酸杆菌、阿克曼氏菌和Bacteroides酸化菌的丰度显著提高，而Lachnoclostridium、Alistipes indistinctus、Desulfovibrio、Oscillospiraceae、Tuzzerella、Bilophila和Muribaculum等致病菌的丰度则显著下降。这些结果表明，RP通过调节肠道微生物群的组成，能够有效缓解HTGAP引起的肠道菌群失调，进而对宿主的免疫和代谢功能产生积极影响。

在代谢组学方面，未靶向代谢组学分析揭示了RP对肠道代谢物的调节作用。通过LC-MS分析，研究人员检测到了6763种代谢物，其中3522种可被归类为28种代谢物类别，包括抗生素、肽类、类固醇、核苷酸、激素和神经递质、维生素和辅因子、碳水化合物、脂质和有机酸等。KEGG通路富集分析进一步表明，HTGAP引起的代谢物变化主要集中在色氨酸代谢、苯丙烷类生物合成和植物次生代谢物的合成等通路。RP干预能够显著逆转这些代谢物的异常，尤其是色氨酸代谢相关代谢物的变化，如色氨醇、3-羟基吲哚乙酸、5-羟基吲哚乙酸和色胺。这些结果表明，RP的治疗作用可能与其对色氨酸代谢的调节密切相关。

此外，通过构建微生物与代谢物之间的互作网络，研究人员发现某些微生物（如g_Annaerotignum_189163）与色氨酸代谢产物之间存在显著的正相关，而另一些微生物（如g_CAG-485）则与琥珀酸、丙酮酸和L-异亮氨酸等代谢物存在负相关。这些发现进一步支持了RP通过调节肠道微生物群和代谢产物的相互作用，从而发挥其治疗作用的假设。例如，某些有益菌可能通过促进色氨酸代谢来减轻肠道炎症反应，而某些致病菌则可能通过干扰色氨酸代谢来加剧炎症。

### 4. 研究的局限性与未来方向

尽管本研究取得了诸多有意义的成果，但仍存在一些局限性。首先，研究结果主要基于相关性分析，未能明确RP干预与肠道微生物群变化之间的因果关系。因此，未来的研究需要进一步通过粪菌移植、抗生素耗竭模型或特定通路的激活/抑制实验来验证这些相关性是否具有因果性。其次，由于RP是从大黄中提取的多糖成分，其可能与其他非多糖成分（如蒽醌类化合物）存在相互作用，这些非多糖成分的潜在影响尚需进一步排除。此外，为了明确RP作为单一活性成分的作用，未来需要使用更高纯度的RP样本，并与其他成分进行比较研究，以确定其独特的治疗效果。

### 5. 研究结论

综上所述，本研究证实了大黄多糖（RP）在HTGAP小鼠模型中具有显著的治疗作用。RP通过调节肠道微生物群和宿主代谢，能够有效缓解胰腺和肠道的病理损伤，增强肠道屏障功能，并促进肠道微生物群的恢复。此外，通过多组学整合分析，研究人员进一步揭示了RP的治疗机制可能与色氨酸代谢的调节密切相关。这些发现不仅为RP在HTGAP治疗中的应用提供了理论依据，也为探索其在其他代谢性疾病的治疗潜力奠定了基础。

### 6. 未来展望

尽管本研究提供了关于RP治疗HTGAP的重要信息，但仍有许多问题需要进一步探索。首先，需要明确RP干预与肠道微生物群变化之间的因果关系，以确保其治疗效果的可靠性。其次，应进一步研究RP在调节关键色氨酸代谢通路中的具体作用机制，以确定其对宿主免疫和代谢的调控方式。此外，与其他大黄成分的比较研究将有助于明确RP的独特治疗价值，并为其在临床中的应用提供更全面的依据。通过解决这些问题，可以更深入地理解RP的治疗作用，并推动其在HTGAP及相关代谢性疾病的临床转化。