酪醇糖基化及其糖单元变异通过调控肠道菌群与代谢物发挥卓越的益生元样效应

本研究探讨了酪醇及其糖苷（包括天然酪醇β-葡萄糖苷和人工合成的酪醇β-半乳糖苷）对C57BL/6J小鼠肠道菌群和代谢物的调节作用。研究发现糖基化显著增强了酪醇的益生元样功能，其中β-半乳糖苷在促进双歧杆菌（Bifidobacterium）和阿克曼菌（Akkermansia）增殖、抑制致病相关菌属以及富集异黄酮类代谢物方面表现尤为突出，为开发新型功能性食品添加剂提供了理论依据。

　　

在当今追求健康饮食与精准营养的时代，肠道微生物群作为人体“第二基因组”的角色日益凸显。它们不仅参与食物的消化与吸收，更通过代谢产物与宿主进行着密切的对话，深刻影响着我们的整体健康。酚类化合物，作为常见的食物成分，已被证实具有促进益生菌增殖、维护肠道健康的潜力。然而，这些化合物如何在复杂的肠道环境中被加工、其生物活性如何被调控，仍是科学家们探索的前沿。其中，糖基化修饰——为分子连接上一个糖单元——被认为是增强其水溶性、稳定性和生物活性的关键策略之一。

在此背景下，一项聚焦于天然酚类化合物酪醇（Tyrosol）及其糖苷衍生物的研究应运而生。酪醇广泛存在于橄榄油、红酒以及名贵药用植物红景天中，其葡萄糖苷形式——红景天苷（Salidroside，酪醇β-葡萄糖苷）——是红景天提取物的主要活性成分之一，以其抗疲劳、抗氧化和神经保护等多种功效闻名。但一个有趣的问题随之而来：如果改变连接在酪醇上的糖单元，其生物学功能，特别是对肠道微生态的调节作用，会发生怎样的变化？尤其是，能否通过引入半乳糖（Galactose）——一种公认的优质益生元 galacto-oligosaccharides (GOS) 的核心结构单元——来创造出一种兼具酪醇活性和强效益生元功能的新型分子？

为了回答这些问题，来自华中科技大学同济医学院药学系的研究团队在《Current Research in Food Science》上发表了他们的最新研究成果。他们巧妙地利用固定化β-半乳糖苷酶（β-galactosidase）生物催化合成了一种新型化合物——酪醇β-半乳糖苷（Tyrosol β-galactoside），并系统地比较了酪醇、红景天苷和酪醇β-半乳糖苷三者对C57BL/6J小鼠肠道菌群结构及其代谢产物的影响，深入揭示了糖基化及其糖单元变异如何精确调控肠道微环境。

本研究主要采用了以下关键技术方法：利用固定化酶技术高效合成并纯化酪醇β-半乳糖苷；使用C57BL/6J小鼠模型进行体内干预实验；通过16S rDNA扩增子测序（V3-V4区）全面解析肠道菌群组成与结构；联合运用非靶向液相色谱-质谱联用（LC-MS）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术对小鼠粪便代谢物进行深度 profiling；并综合运用多种生物信息学统计方法（如LEfSe分析、PCA、PLS-DA、KEGG通路富集分析等）对海量数据进行挖掘和阐释。

3.1. Effects of tyrosol and its glycosides on gut microbiota（酪醇及其糖苷对肠道菌群的影响）

研究人员发现，糖基化的存在与否对肠道菌群结构产生了比糖单元种类差异更为显著的影响。与对照组和酪醇组相比，两个糖苷干预组（红景天苷组和酪醇β-半乳糖苷组）的肠道微生物丰富度（Chao指数）和多样性（Shannon指数）均有所降低。Principal coordinate analysis (PCoA) 分析显示，两个糖苷组的菌群结构高度相似，但与酪醇组和对照组明显分离。这表明，给酪醇分子加上一个糖“尾巴”，极大地改变了它被肠道微生物利用的方式，从而重塑了菌群整体结构。

3.1.2. Effects on the abundance of microbiota at the phylum and genus levels（对门和属水平微生物丰度的影响）

在属水平上，研究揭示了糖基化带来的精细调控：

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  促进益生菌：三种化合物均能促进乳酸杆菌（Lactobacillus）和双歧杆菌（Bifidobacterium）的增殖，但效果存在差异。红景天苷对乳酸杆菌的促进作用最强，而酪醇β-半乳糖苷对双歧杆菌的增殖效果最为显著，这很可能得益于其半乳糖单元，因为双歧杆菌拥有高效利用半乳糖苷的酶系统。

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  调控新一代益生菌：一个关键的发现是关于阿克曼菌（Akkermansia）。酪醇反而抑制了阿克曼菌的生长，使其在肠道中几乎检测不到。而酪醇β-半乳糖苷则显著促进了这种与改善代谢健康、增强肠道屏障功能密切相关的“下一代益生菌”的丰度。

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  影响黏液降解菌：酪醇抑制了多种黏液降解共生菌（如Allobaculum, Bacteroides），而两种糖苷，尤其是酪醇β-半乳糖苷，则显著促进了这些菌群的生长。这些细菌能够利用宿主或膳食来源的糖链，产生短链脂肪酸（SCFAs），对肠道健康有益。

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  抑制疾病相关菌属：三者均能抑制多种与疾病相关的菌属，如Colidextribacter、Blautia、Lachnospiraceae_NK4A136_group、Oscillibacter等，其中酪醇β-半乳糖苷的抑制效果最为广泛和强烈。

LEfSe 分析进一步确定了各组的特征性菌群标记物，例如红景天苷组富集乳酸杆菌目（Lactobacillales）和乳酸杆菌属（Lactobacillus），而酪醇β-半乳糖苷组则显著富集了放线菌门（Actinobacteriota）、双歧杆菌科（Bifidobacteriaceae）和Allobaculum属。

3.2. Effects of tyrosol and its glycosides on gut metabolomics（酪醇及其糖苷对肠道代谢组的影响）

代谢组学分析揭示了菌群变化背后的功能性产出：

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  代谢模式差异：PCA 和 PLS-DA 分析再次证实，两个糖苷组的代谢物谱高度相似，但与酪醇组和对照组迥异。这表明糖基化修饰深刻改变了肠道微生物的代谢输出。

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  关键差异代谢通路：与酪醇组相比，两个糖苷组最显著的差异富集于异黄酮生物合成（Isoflavonoid biosynthesis） 通路。糖苷干预组中，大豆异黄酮类化合物（如染料木素(Genistein)、大豆苷元(Daidzein)、黄豆黄素(Glycitein)及其糖苷形式）的含量显著上调。

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  其他差异通路：还包括嘌呤代谢、β-丙氨酸代谢、泛酸和CoA生物合成等通路。

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  菌群-代谢物关联：Spearman相关性分析发现，异黄酮类代谢物与双歧杆菌、乳酸杆菌等益生菌呈显著正相关。这是因为这些益生菌能够产生β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase）和酯酶（esterases），将饲料中大豆粕的异黄酮糖苷（结合形式）水解为生物活性更高的游离苷元（aglycones）和游离糖苷，从而使其在粪便中被检测到的含量增加。

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  糖苷间的代谢差异：比较两种糖苷（红景天苷 vs. 酪醇β-半乳糖苷），GC-MS 分析揭示了它们在半乳糖代谢、鞘脂代谢、精氨酸生物合成等通路上的不同。酪醇β-半乳糖苷组中，L-苯丙氨酸、L-赖氨酸、角鲨烯（Squalene）、β-谷甾醇（β-Sitosterol）等有益代谢物的水平更高。

4. Discussion（讨论）与 5. Conclusion（结论）

本研究系统性地阐明，对酪醇进行糖基化修饰，以及改变其所连接的糖单元（葡萄糖 vs. 半乳糖），能够差异化地调控肠道菌群的特异性和丰度，并显著改变代谢物的组成模式。

其重要意义在于：

1. 1.

   揭示了结构-功能关系：证明了酚类化合物的糖基化修饰是其发挥益生元样作用的关键，而糖单元的种类（如半乳糖）则进一步精细调控了其作用的特异性（如优先促进双歧杆菌）。

2. 2.

   凸显了酪醇β-半乳糖苷的应用潜力：人工合成的酪醇β-半乳糖苷在促进益生菌（特别是双歧杆菌和阿克曼菌）、抑制有害菌、富集有益代谢物（如异黄酮、角鲨烯）方面展现出综合优势，其效果甚至优于天然的红景天苷。这使其成为一种极具潜力的新型功能性食品添加剂或膳食补充剂候选物，可用于通过调控肠道菌群来促进健康。

3. 3.

   提供了作用机制见解：研究通过多组学关联分析，将特定的菌群变化（如益生菌增殖）与功能性的代谢输出（如异黄酮苷元释放增加）直接联系起来，为理解膳食酚类-菌群-宿主健康互作提供了深入的机制性见解。

总之，这项研究不仅深化了我们对膳食成分结构修饰其生物功能的理解，也为开发靶向肠道微生态的精准营养策略和创新型功能性食品提供了重要的科学依据和候选分子。