低分子量铁皮石斛寡糖通过消除碳分解代谢抑制促进植物乳杆菌FN107增殖的机制研究

本研究针对功能性寡糖对益生菌的促增殖机制不明确的问题，通过优化铁皮石斛寡糖(DMOS)的酶法制备工艺，发现低分子量DMOS能显著提升植物乳杆菌FN107的增殖效率（较葡萄糖提高50%）。通过转录组学和生物信息学分析，揭示DMOS通过规避碳分解代谢抑制(CCR)关键调控蛋白CcpA对cre元件的抑制作用，激活糖酵解/糖异生等代谢通路。该成果为开发靶向肠道菌群的功能性寡糖提供了理论依据，发表于《Carbohydrate Polymers》。

　　

在功能性食品和微生态调节领域，如何精准调控益生菌代谢一直是研究热点。传统观点认为，葡萄糖等易吸收碳源最利于微生物生长，但近年发现某些寡糖能突破这一认知边界——它们虽不易被宿主吸收，却能特异性促进益生菌增殖。这种"反常理"现象背后的分子机制，尤其是如何规避细菌固有的碳分解代谢抑制(CCR)系统，成为解开益生元作用密码的关键。

浙江农林大学的研究团队以传统中药铁皮石斛提取的葡甘露聚糖(DOP)为切入点，通过新型内切甘露糖苷酶Thms优化制备低分子量寡糖(DMOS)，发现其对植物乳杆菌FN107的促增殖效果远超葡萄糖。研究采用转录组学结合生物信息学分析，首次揭示DMOS能绕过碳分解代谢控制蛋白A(CcpA)对46个关键代谢基因的cre元件调控，使糖酵解、脂肪酸合成等通路摆脱葡萄糖的抑制效应。这项发表于《Carbohydrate Polymers》的研究，为开发靶向肠道菌群的精准营养干预策略提供了新视角。

关键技术包括：1) 采用Thermobifida halotolerans来源的Thms酶定向水解DOP制备DMOS；2) 通过生长曲线和短链脂肪酸测定评估益生菌增殖效果；3) RNA-seq分析差异表达基因；4) 生物信息学预测cre元件与CcpA的互作模式。

【主要研究结果】

1. 低分子量DMOS制备
   重组表达的Thms酶可将DOP高效水解为聚合度2-3的寡糖，酶解12小时产物得率达78.6%，显著提高植物乳杆菌对碳源的利用率。

2. 益生菌增殖效应
   DMOS培养组菌体密度(OD₆₀₀)较葡萄糖组提升1.63倍，短链脂肪酸产量增加2.1-5.3倍，证实低分子量组分更易被代谢利用。

3. 转录组调控机制
   发现46个差异基因富集于糖酵解(如pfkA上调4.2倍)和丙酮酸代谢通路，其5'UTR均含有典型cre回文序列(TGNNANCGNTNCA)。

4. CCR规避机制
   EMSA实验显示CcpA对cre元件的结合活性在葡萄糖环境下增强5.29倍，而DMOS组几乎完全解除这种抑制，证实其独特的碳源信号传递路径。

【结论与意义】
该研究阐明DMOS通过结构特异性破坏CcpA-cre调控网络，使益生菌突破"葡萄糖抑制"的代谢瓶颈。这种"代谢开关"效应不仅解释了传统中药多糖的益生机制，更为设计抗CCR的功能性寡糖提供了分子模板。从应用角度看，低分子量DMOS可作为一种精准微生态调节剂，在改善肠道菌群失衡、增强黏膜免疫等方面具有转化潜力。研究首次将中药多糖活性与细菌碳代谢调控网络相关联，为中医药现代化研究提供了创新范式。