基于体外消化系统的灵芝时空消化特性与肠道微生物发酵机制研究

本研究针对传统动物模型难以模拟人体胃肠动力环境的局限，采用动态仿生胃肠反应器(BGR)系统，首次揭示了灵芝(Ganoderma lucidum, GL)颗粒在体外消化过程中的结构降解规律及其对肠道菌群的调控作用。通过FTIR、SEM等技术证实GL经消化后功能基团改变，显著提升丙酸、丁酸等短链脂肪酸(SCFAs)产量，并促进乳杆菌(Lactobacillus)增殖而抑制大肠杆菌-志贺菌(Escherichia–Shigella)，为灵芝作为益生元改善肠道健康提供了新证据。

　　

灵芝作为传统药食两用真菌，其多糖和三萜类成分已被证实具有抗肿瘤、调节免疫等功效。然而，现有研究多聚焦于单一活性成分提取，且依赖静态消化模型或动物实验——这些方法既无法模拟人体胃肠道的动态机械剪切力，也难以实时监测消化过程中的气体代谢变化。更关键的是，小鼠与人类肠道菌群存在显著差异，使得动物实验结果难以直接转化应用。如何精准解析灵芝在人体消化系统中的时空降解规律及其与微生物的互作机制，成为制约其功效开发的瓶颈问题。

江南大学附属医院团队创新性地采用自主开发的动态仿生胃肠反应器(BGR)系统，结合多组学分析技术，首次全景式揭示了灵芝颗粒在模拟人体消化环境中的结构演变与功能转化。该系统通过精确控制胃部蠕动、小肠分段pH梯度及结肠厌氧发酵条件，成功复现了食物在人体消化道内的真实转运过程。研究通过离子色谱和核磁共振(NMR)鉴定了灵芝多糖(GLPs)的单糖组成（岩藻糖2.68%、半乳糖5.45%等），并分离出4种特征性单体化合物，包括具有神经保护作用的麦角甾醇和胸苷等。

材料与方法
研究采用动态BGR系统模拟胃肠消化和结肠发酵过程，通过扫描电镜(SEM)观察灵芝颗粒形貌变化，傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析官能团转化，气相色谱定量短链脂肪酸(SCFAs)，16S rRNA测序解析菌群结构。人体粪便样本经伦理审查后用于构建体外发酵模型。

结构变化与成分鉴定
SEM显示灵芝颗粒经胃肠消化后表面出现明显蚀刻孔洞，FTIR光谱中1720 cm^-1处酯羰基峰强度降低，表明三萜类物质发生降解。从乙醇提取物中分离的4种单体经高分辨质谱(HR-MS)鉴定为类胡萝卜素、麦角甾醇(ergosterol)、脱氧尿苷和胸苷(thymidine)，其中麦角甾醇可通过血脑屏障发挥神经保护作用。

微生物代谢调控
发酵72小时后，灵芝组丙酸产量较空白组提升2.3倍，丁酸和戊酸分别增加187%和154%。16S rRNA测序显示乳杆菌(Lactobacillus)相对丰度提高4.8倍，而致病性大肠杆菌-志贺菌(Escherichia–Shigella)降低62%。这种调控可能通过NLRP3/NF-κB通路抑制炎症小体激活。

气体代谢特征
动态监测发现灵芝发酵产生的氢气与甲烷比例呈现时空特异性：升结肠阶段氢气占比达68%，而降结肠甲烷产量显著增加，提示不同肠段微生物对灵芝底物的差异化利用。

该研究不仅建立了首个能模拟灵芝在人体内全消化过程的动态模型，更揭示了其多糖和三萜类成分经微生物转化后产生的活性代谢物谱系。特别是发现灵芝可通过"结构降解-菌群重塑-代谢物生成"三级联反应发挥益生效应，为开发靶向肠道微生态的功能食品提供了理论依据。未来研究可进一步解析特定菌株（如乳杆菌LY-66）对灵芝三萜的生物转化机制，推动精准营养干预策略的发展。