十字花科微型蔬菜通过物种特异性方式调控肠道菌群及代谢功能：基于体外胃肠消化与结肠发酵的多组学研究

本研究通过体外胃肠消化和结肠发酵模型，结合粪便宏基因组学与非靶向代谢组学，首次揭示8种十字花科微型蔬菜（microgreens）以物种依赖性方式重塑肠道菌群结构并影响功能代谢物谱。研究发现芝麻菜（arugula）发酵产物中Parabacteroides merdae与异硫氰酸盐显著相关，而甘蓝类蔬菜（Brassica oleracea）发酵产物中Roseburia spp.与抗炎代谢物伪氧化尼古丁（pseudooxynicotine）及短链脂肪酸（SCFA）产量增加密切相关，为微型蔬菜的精准营养干预提供理论依据。

　　

研究背景与意义
近年来，十字花科微型蔬菜（microgreens）因其高密度营养和生物活性成分成为功能性食品研究热点。这类植物在幼苗期富含多酚、硫代葡萄糖苷（glucosinolates）等物质，其健康效益包括抗氧化、抗炎和代谢调节作用。然而，这些植物化学物质如何通过消化过程与肠道菌群互作，进而影响宿主健康，仍是未被充分探索的领域。现有研究多关注成熟蔬菜，对微型蔬菜在消化过程中的生物可及性（bioaccessibility）及其对肠道微生态的调控机制知之甚少。

研究设计与方法
由土耳其Lal Microfarm提供的8种十字花科微型蔬菜（红甘蓝、花椰菜、小白菜、羽衣甘蓝等）经过标准化体外胃肠消化（INFOGEST协议）和20小时结肠发酵后，采用三重技术路线：

1. 靶向宏基因组学：通过16S rRNA测序分析粪便菌群结构；
2. 非靶向代谢组学：UHPLC-HRMS检测消化/发酵产物的2713种代谢物；
3. 多组学整合：DIABLO算法关联菌群-代谢物网络。

主要发现
3.1 微型蔬菜对肠道菌群的差异化调控

• 物种α/β多样性分析显示红甘蓝、花椰菜和芝麻菜显著改变菌群结构（PERMANOVA p<0.05）。
• 随机森林模型鉴定27个差异菌属，如芝麻菜富集Parabacteroides（相对丰度↑2.1倍），红甘蓝特异性增加Roseburia spp.。

3.2 短链脂肪酸(SCFA)生产特征

• 红芥菜（red mustard）发酵产物总SCFA最高（4.81 mmol/g DM），其中乙酸占比51%。
• 相关性分析揭示Christensenellaceae与丁酸（r=0.91）、Lachnospiraceae与乙酸（r=0.99）显著相关。

3.3 代谢组学动态变化

• AMOPLS模型显示消化阶段贡献49.9%代谢变异，硫代葡萄糖苷衍生物（如1-异硫氰酸-7-甲硫基庚烷）为物种标志物。
• 发酵阶段发现伪氧化尼古丁（红甘蓝组↑3.2倍）和吲哚-3-丙酮酸（芝麻菜组↑1.8倍）等菌群衍生代谢物。

3.4 多组学整合揭示关键互作

• DIABLO网络分析锁定两个核心簇：
  簇1：芝麻菜中P. merdae与异硫氰酸盐（r>0.9）共现，提示菌群介导的生物转化。
  簇2：红甘蓝中Roseburia spp.与伪氧化尼古丁（抗炎产物）及SCFA协同升高。

结论与展望
该研究首次系统阐明十字花科微型蔬菜通过物种特异性代谢途径调控肠道微环境：芝麻菜通过P. merdae促进异硫氰酸盐释放，而甘蓝类蔬菜经Roseburia转化尼古丁为抗炎代谢物。这种"食物-菌群-代谢"三位一体机制为开发基于微型蔬菜的精准营养策略奠定基础，尤其对代谢性疾病（如肥胖、糖尿病）的膳食干预具有潜在价值。未来需结合体内实验验证特定菌株（如P. merdae）的代谢调控功能，并探索微型蔬菜在个性化营养中的应用潜力。

（注：所有数据均源自原文，技术细节如UHPLC-HRMS参数、DIABLO模型构建等未展开描述以保持简洁）