通过对Rhodotus palmatus和Armillaria mellea进行多组学研究，发现这两种真菌的多糖在代谢组学特征方面存在显著差异，并且其多糖具有明确的益生元潜力

《Food Chemistry》：Multi-omics comparison of Rhodotus palmatus and Armillaria mellea reveals distinct metabolomic profiles and prebiotic potential of their polysaccharides

　　摘要
食用蘑菇越来越多地被认为是具有潜在健康益处的生物活性化合物的来源，然而对于最近培育出的物种的全面表征仍然有限。本研究采用了多平台代谢组学和体外发酵方法来比较它们的化学组成和益生元潜力。GC–MS和UHPLC-HRMS检测到了RP和AM之间超过4800种差异代谢物。定向氨基酸分析显示，RP中的游离氨基酸和酸提取氨基酸（包括必需氨基酸）的水平显著高于AM，表明这两种物种之间的氨基酸谱型存在差异。脂质组学检测到了超过1500种差异脂质，为物种鉴定提供了化学分类标记。体外发酵表明，RP粗多糖显著调节了肠道微生物群，丰富了有益的Lachnospiraceae和Ruminococcaceae菌科，同时抑制了Proteobacteria。值得注意的是，RP和AM的多糖表现出不同的发酵特征，这表明它们具有特定的益生元应用潜力。这些发现证实RP是一种营养价值较高的食用蘑菇，具有良好的益生元潜力。

引言
几个世纪以来，食用蘑菇不仅被作为烹饪原料，还被认为是一种富含具有显著健康促进作用的生物活性化合物的来源（Zhao等人，2020年）。由于消费者对饮食、肠道微生物群和整体健康之间复杂关系的认识日益增加，基于蘑菇的功能食品和营养补充剂的全球市场迅速扩张（Yadav & Negi，2021年）。在蘑菇中发现的多种生物活性成分中，多糖——特别是β-葡聚糖——因其显著的免疫调节、抗氧化和益生元活性而受到广泛关注（Cerletti, Esposito, & Iacoviello, 2021; Mirończuk-Chodakowska, Kujawowicz, & Witkowska, 2021）。这些不可消化的碳水化合物能够抵抗人体上消化道中消化酶的水解，并以完整的形式到达结肠，在那里被有益的肠道微生物群选择性地发酵，从而通过产生短链脂肪酸（SCFAs）和调节微生物群落结构来促进宿主健康（Louis, Solvang, Duncan, Walker, & Mukhopadhya, 2021）。
Armillaria mellea（俗称蜂蜜蘑菇，在中文中称为“Zhen-Mo”）是一种分布广泛且被广泛研究的食用蘑菇，属于Physalacriaceae科，以其丰富的多糖、蛋白质和生物活性次级代谢物而闻名（Chen等人，2020年）。已经证明Armillaria mellee具有多种生物活性，包括抗氧化、抗炎和免疫调节作用，这些作用主要归因于其多糖成分（Li, Wang, & Yang, 2023年）。相比之下，Rhodotus palmatus（俗称皱桃蘑菇，在中文中称为“Guo-Wei-Gu”）是一种相对较少被研究的食用蘑菇，同属Physalacriaceae科，与Armillaria mellea具有相似的生态位（Li等人，2021年）。Rhodotus palmatus是一种最近被人工栽培的食用蘑菇，以其独特的粉红色子实体和独特的形态特征而著称。由于其作为栽培品种的引入时间较短，关于其化学组成、营养特性和潜在健康益处的科学研究仍然非常有限。鉴于这两种蘑菇之间的密切分类关系，拥有丰富文献资料的Armillaria mellea成为比较研究的理想参考对象，以阐明Rhodotus palmatus的独特组成特征和功能潜力。然而，迄今为止尚未进行过这两种蘑菇在多组学水平上的系统比较研究，因此在它们的组成差异和相对功能属性方面存在显著的知识空白。

代谢组学是系统生物学不可或缺的组成部分，它能够全面分析生物系统中的低分子量代谢物（<1000 Da），并已成为表征食品组成和质量的强大工具（Segers, SvenMangelings, DebbyVander Heyden, & YvanVan Eeckhaut, 2019; Wu等人，2022年）。非靶向代谢组学利用超高性能液相色谱与高分辨率质谱（UHPLC-HRMS）技术，可以同时检测和相对量化数千种不同化学类别的代谢物，提供无偏见的整体代谢组图谱（Utpott, Rodrigues, Mercali, & Fl?res, 2022年）。基于气相色谱-质谱（GC–MS）的代谢组学方法通过能够检测挥发性及热稳定化合物，进一步扩大了可检测代谢物的范围（Feizi, Hashemi-Nasab, Golpelichi, Saburouh, & Parastar, 2021年）。此外，靶向代谢组学（如使用多反应监测（MRM）的氨基酸分析）能够高灵敏度和选择性地对特定代谢物类别进行准确定量（Guo等人，2015年）。脂质组学作为代谢组学的专门子学科，专注于在分子物种水平上对脂质的全面表征，这些脂质在细胞膜结构、能量储存和信号转导中起着重要作用（Rustam & Reid, 2018; Sethi, Brietzke, & Mediators, 2017年）。尽管代谢组学在食品科学中的应用日益增多，但系统集成多平台代谢组学来全面比较食用蘑菇物种的化学组成仍鲜有报道，尤其是对于如Rhodotus palmatus这样的新培育物种（Utpott等人，2022年）。

肠道微生物组由数万亿微生物组成，在影响营养代谢、免疫系统发育和疾病易感性方面发挥着关键作用（Fan & Pedersen, 2021; Hou等人，2022年）。根据国际益生菌和益生元科学协会（ISAPP）的定义，益生元是“被宿主微生物选择性利用并带来健康益处的底物”，它是调节肠道微生物群组成和代谢活动的关键策略（Swanson等人，2020年）。蘑菇中的多糖，特别是β-葡聚糖，通过促进乳酸菌和双歧杆菌等有益细菌以及Lachnospiraceae和Ruminococcaceae菌科成员的生长，展现了显著的益生元潜力，这些细菌是已知的生产SCFAs的菌类（Yin等人，2020年；Zhang, Pi, Li, Huo, & Wang, 2024年）。短链脂肪酸，主要是乙酸、丙酸和丁酸，是益生元代谢的主要产物，它们作为重要的信号分子，在肠道-大脑轴上介导通信，并对宿主生理产生系统效应，包括调节能量平衡、免疫功能和炎症（Blaak等人，2020年；Bart van der Hee & Wells, 2021年）。使用人类粪便接种物的体外批量发酵模型提供了一种经济高效、可重复且符合伦理的方法来评估膳食成分的益生元潜力，避免了与人类干预研究相关的挑战，同时实现了多个测试底物的高通量筛选（Pérez-Burillo等人，2021年）。尽管人们对蘑菇来源的益生元兴趣日益浓厚，但大多数研究仍然集中在少数几种已有充分研究的物种上，包括最近培育出的Rhodotus palmatus在内的许多食用蘑菇的益生元潜力尚未得到探索（Yadav & Negi，2021年）。Saetang等人（Saetang, Ramaraj, Praphruet, & Unpaprom, 2023年）的一项研究表明，来自Schizophyllum commune的schizophyllan提取物表现出显著的益生元活性，可以刺激从酸奶中分离出的益生菌的增殖，并含有生物活性蛋白质和高含量的β-葡聚糖。然而，尚未研究Rhodotus palmatus和Armillaria mellea来源的多糖的比较益生元潜力，也不清楚物种间的代谢组和脂质组学谱型差异是否会导致肠道微生物群的差异调节。为解决这些关键知识空白，本研究以Armillaria mellea作为特征明确的参考物种，来基准测试最近培育的Rhodotus palmatus的组成和功能特性。具体目标是：（1）使用包括GC–MS代谢组学、基于UHPLC-HRMS的非靶向代谢组学、通过LC-MS/MS进行定向氨基酸分析以及脂质组学在内的综合多平台分析方法，系统地表征和比较这两种蘑菇的代谢组和脂质组谱型；（2）使用接种了六名健康捐赠者粪便微生物群的标准化批量发酵模型，评估和比较这两种蘑菇提取的粗多糖的体外益生元潜力；（3）通过16S rRNA基因扩增子测序和发酵上清液的非靶向代谢组学分析，表征发酵引起的肠道微生物群落结构变化。这项全面的研究为一种研究不足的食用蘑菇物种的化学组成和调节肠道微生物群的特性提供了新的见解，从而支持其作为功能性食品成分的潜在开发。

化学试剂
HPLC级甲醇、乙腈和甲酸购自Thermo Fisher Scientific（FairLawn, NJ, USA）。超纯水从Millipore Milli-Q系统（Millipore, MA, USA）获得。二十三种氨基酸标准品和两种稳定同位素标记的内标（L-丙氨酸-d?和苯丙氨酸-d?）购自Sigma-Aldrich（St. Louis, MO, USA）。发酵培养基成分，包括蛋白胨、间苯二酚、L-半胱氨酸和Na?S·9H?O，也来自...

GC–MS代谢组学分析
为了全面表征这两种蘑菇的代谢物组成，首先采用了基于GC–MS的非靶向代谢组学方法。在12个蘑菇样本中（每种蘑菇6个生物学重复）共检测到486种代谢物。PCA得分图显示，Rhodotus palmatus（RP）组和Armillaria mellea（AM）组在第一主成分（PC1）上明显分开，表明这两种物种在GC可检测的代谢组方面存在显著差异。

讨论
本研究是首次使用已充分研究的Armillaria mellea（AM）作为参考物种，对最近培育的食用蘑菇Rhodotus palmatus（RP）进行全面的多组学表征，并初步评估了RP来源的粗多糖的益生元潜力。通过采用包括GC–MS、基于UHPLC-HRMS的非靶向代谢组学、定向氨基酸分析、脂质组学、16S rRNA基因扩增子测序在内的综合分析策略...

结论
本研究通过将Rhodotus palmatus（RP）与已建立的Armillaria mellea（AM）进行系统多组学比较，首次全面表征了这种最近培育的食用蘑菇物种。结合GC–MS、基于UHPLC-HRMS的非靶向代谢组学、定向氨基酸分析、脂质组学、16S rRNA基因扩增子测序和发酵代谢组学的综合分析方法得出了几个关键结论。首先，RP和AM在代谢组方面存在显著差异...

作者贡献声明
Yinlu Gao：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，项目管理，方法学，概念设计。Mengmeng Shan：软件开发，数据管理。Tianlong Wang：软件开发，数据管理。Ying Wang：软件开发，数据管理。Yue Liu：软件开发，数据管理。Xiaoe Wang：监督。

知情同意声明
不适用。

机构审查委员会声明
本研究严格按照赫尔辛基宣言进行，方案得到了吉林工程师范大学伦理委员会的批准（项目编号：2026SY10301）。所有参与研究的受试者都获得了知情同意。本研究涉及从六名健康捐赠者那里收集人类粪便样本进行体外发酵实验，这被认为是无需侵入性的涉及人类生物材料的研究。所有捐赠者的知情同意和患者详细信息均已获得。

人类和生物材料
本研究包括器官或组织捐赠者。该研究使用了人类生物材料，并获得了捐赠者或其近亲或法定代理人的同意，用于本研究及文章的发表。本研究使用的样本并未使用生成式AI或AI辅助技术。

资金
本研究未获得公共部门、商业部门或非营利部门的任何特定资助。该工作得到了吉林省教育厅科技项目（JJKH20251207KJ）和吉林工程师范大学博士研究项目（BSKJ202502）的支持。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。