短膳食卡瓦酒泥干预诱导健康Wistar大鼠肠道微生物组结构与功能发生性别特异性响应

本研究通过宏基因组学分析揭示了短周期膳食卡瓦酒泥（富含β-葡聚糖）干预对健康Wistar大鼠肠道菌群的调控作用。研究发现干预显著提升微生物α多样性（Shannon指数），促进双歧杆菌科（Bifidobacteriaceae）和理研菌科（Rikenellaceae）增殖，并增强丁酸盐合成基因表达。研究首次发现胆汁酸代谢（次级胆汁酸修饰基因）和氧化应激响应通路存在显著性别差异（分别通过Mann–Whitney-Wilcoxon检验，p=0.032和p=0.016），为膳食纤维的性别特异性微生态调控机制提供了新视角。

　　

引言

肠道微生物组通过复杂的宿主-微生物相互作用在宿主健康中扮演关键角色。β-葡聚糖作为酵母细胞壁中的结构多糖，已成为免疫功能和微生物生态学的潜在调节剂。卡瓦酒泥是起泡酒生产过程中的副产品，主要由酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）细胞壁组成，富含β-葡聚糖，可作为营养和治疗应用的升级循环资源。本研究旨在探究三个核心问题：健康Wistar大鼠的基础微生物组特征、卡瓦酒泥膳食纤维对菌群的短期干预效应，以及菌群组成变化是否伴随功能改变。

材料与方法

研究使用24只Wistar大鼠（12雄/12雌），随机分为对照组和处理组。处理组每日通过灌胃接受2000 mg酒泥/kg体重的干预，持续14天。通过鸟枪法宏基因组学分析评估微生物组成与功能变化。DNA提取使用QIAamp PowerFecal DNA Kit，测序在Illumina MiSeq平台完成。生物信息学分析采用MEGAHIT组装和JGI Metagenome Annotation Pipeline (MAP v.4)注释。α多样性通过Shannon指数评估，β多样性使用Bray–Curtis差异度分析。统计差异通过Mann–Whitney-Wilcoxon检验确定（p<0.05为显著）。

结果

健康Wistar大鼠基础微生物组

基线微生物组以厚壁菌门（Bacillota，雄64%/雌72%）和拟杆菌门（Bacteroidota，雄32%/雌23%）为主导，放线菌门（Actinomycetota）仅占1%。虽然在整体群落水平未发现显著性别差异，但在科水平存在性别特异性变异：雄鼠呈现较高的乳杆菌科（Lactobacillaceae）、拟杆菌科（Bacteroidaceae）、 Muribaculaceae和Akkermansiaceae丰度；雌鼠则显示出较高的颤螺旋菌科（Oscillospiraceae）和理研菌科（Rikenellaceae）丰度。

短期卡瓦酒泥干预对微生物组的影响

14天干预显著改变了雌雄大鼠的微生物组成。干预组Shannon多样性指数显著上升（雄鼠从5.804升至6.192，p=0.0089；雌鼠从5.171升至6.552，p=0.0043）。两性均观察到双歧杆菌科（Bifidobacteriaceae）和理研菌科（Rikenellaceae）的富集，以及真杆菌科（Eubacteriaceae）的减少。性别特异性响应体现在颤螺旋菌科、拟杆菌科、Akkermansiaceae和毛螺菌科（Lachnospiraceae）的变化模式上。在属水平，Blautia、Butirybacter、Roseburia、Ruminococcus、Xylanibacter和Bilophila发生显著变化，其中Bilophila丰度显著降低（雄鼠p=0.016，雌鼠p=0.0079），该菌与炎症和代谢紊乱相关。

微生物组功能分析

宏基因组功能注释显示微生物组主要参与氨基酸代谢、碳水化合物代谢和维生素/辅因子代谢。尽管全局代谢谱未呈现显著改变，但特定功能通路发生显著变化：

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  丁酸盐生产相关基因（EC:2.8.3.8; EC:2.8.3.9; EC:2.7.2.7等）丰度显著增加（从0.089%升至0.127%，p=0.05）；

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  次级胆汁酸修饰基因在雌性干预组显著上升（p=0.032）；

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  氧化应激相关基因（EC:1.11.1.21, EC:1.11.1.24等）在雄性干预组显著降低（p=0.016）；

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  碳水化合物活性酶（CAZymes）和β-葡萄糖苷酶基因丰度保持稳定；

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  氨基酸代谢产物的酶活性（如p-甲酚和吲哚生成）未发生显著改变。

讨论

健康Wistar大鼠微生物组的控制与干预响应

研究证实健康大鼠基础微生物组存在性别二态性，可能与激素介导的殖民模式有关。卡瓦酒泥中的β-葡聚糖展现出益生元潜力，通过增强微生物多样性、促进有益菌增殖（如Bifidobacteriaceae）和抑制炎症相关菌属（如Bilophila），体现了膳食干预对菌群可塑性的调控能力。性别特异性响应强调了宿主生理与微生物互作的复杂性。

微生物组功能视角

功能分析揭示了菌群在代谢网络中的专业化分工，主要代谢功能由放线菌门、拟杆菌门和厚壁菌门承担。丁酸盐合成能力的增强具有重要生理意义，因其对肠屏障完整性和抗炎症作用至关重要。性别特异性的胆汁酸代谢变化提示膳食干预可能通过微生物-宿主代谢轴影响全身能量稳态。抗氧化蛋白组分对雄性氧化应激的显著缓解作用，进一步凸显了膳食成分在微生态调控中的功能多样性。

结论与展望

本研究系统阐述了卡瓦酒泥β-葡聚糖短期干预对健康Wistar大鼠肠道微生物组结构与功能的性别特异性调节作用。未来研究需通过延长干预周期、整合多组学技术（如宏转录组和代谢组）及探索β-葡聚糖在代谢疾病治疗中的潜力，进一步揭示膳食-微生物组-宿主互作的机制基础。研究成果为开发靶向肠道微生物组的个性化营养策略提供了理论依据。