《Food Science & Nutrition》：Integrated Multi-Omics Analysis of Polygonatum odoratum Polysaccharide in D-Galactose-Treated Mice Reveals Changes in Oxidative Stress Markers and Gut Microbiota
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年龄相关的变化与氧化应激、代谢失调及肠道菌群的改变有关。尽管玉竹多糖（Polygonatum odoratum polysaccharide, POP）已显示出抗氧化和神经保护作用，但其与肠道细菌组成、循环代谢物及组织基因表达的关联仍不明确。研究人员采用D-半
年龄相关的变化与氧化应激、代谢失调及肠道菌群的改变有关。尽管玉竹多糖（Polygonatum odoratum polysaccharide, POP）已显示出抗氧化和神经保护作用，但其与肠道细菌组成、循环代谢物及组织基因表达的关联仍不明确。研究人员采用D-半乳糖处理的小鼠模型，评估了海马组织学及氧化应激标志物，并进行了细菌16S rRNA测序、非靶向血清代谢组学以及海马和结肠转录组学分析。POP处理与改善的海马组织学、降低的丙二醛（MDA）水平、升高的谷胱甘肽（GSH）水平及超氧化物歧化酶（SOD）活性相关。POP处理还与特定肠道细菌类群和血清脂质代谢物的变化、结肠中NF-κB相关基因（Btk、Lat 和 Tnfrsf13c）表达水平的降低以及海马中 Ninj2 表达水平的降低有关。跨组学分析揭示了这些细菌特征、代谢物和基因表达之间的相关性。这些发现确定了在D-半乳糖处理小鼠中伴随POP效应的候选肠-血清-组织关联。需要进行功能研究来确定这些变化中的任何一个是否介导了其效应。
论文解读文章
研究背景与研究问题
衰老是一个伴随生理功能渐进性衰退、组织稳态失衡、慢性炎症及氧化应激加剧的复杂过程，显著增加了神经退行性和代谢性疾病的风险。随着全球人口老龄化加速，寻找安全有效的抗衰老干预措施已成为重大挑战。然而，衰老涉及多系统的协调性变化，单一分子或单一路径的研究难以全面揭示天然产物的整体调控机制。近年来，整合微生物组学、代谢组学和转录组学的多组学技术为系统性解析衰老及其干预机制提供了可能，能够从系统生物学角度更清晰地阐明天然生物活性化合物的协同、多靶点抗衰老效应。
玉竹（Polygonatum odoratum）是中国传统药食同源植物，其多糖（POP）是主要活性成分。已有研究表明POP在D-半乳糖处理的动物模型中具有保护作用，但POP处理是否伴随肠道细菌组成、循环代谢物以及海马和结肠基因表达的变化，尚不清楚。因此，研究人员提出假设：在D-半乳糖处理的小鼠中，POP相关的海马组织学和氧化应激标志物改善将与肠道细菌组成、血清代谢物及海马和结肠基因表达的变化同时发生，并通过跨组学关联分析探索候选的肠-血清-组织关联。
研究方法概述
本研究采用D-半乳糖（150 mg/kg/d皮下注射）诱导的雄性C57BL/6小鼠衰老模型，将小鼠随机分为对照组、模型组和POP组（4 g/kg/d灌胃），持续8周。研究人员综合运用了多种关键技术：粪便样本进行16S rRNA基因扩增子测序（V3-V4区，Illumina NovaSeq 6000平台）分析肠道菌群；血清样本进行非靶向超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）代谢组学分析；海马和结肠组织进行转录组测序（DNBSEQ-T7平台）及RT-qPCR验证。此外，还检测了海马组织的氧化应激指标（SOD、MDA、GSH）并进行HE和尼氏染色观察病理变化。
研究结果
3.1 POP改善D-半乳糖诱导衰老小鼠的神经元损伤并减轻脑内氧化应激
通过HE和尼氏染色观察到，模型组小鼠海马CA1区神经元排列紊乱、细胞数量减少、核固缩、尼氏体减少。POP处理后，神经元结构恢复、排列有序、尼氏体和细胞核数量增加。生化检测显示，模型组脑组织中MDA水平显著升高，GSH水平和SOD活性显著降低，而POP处理则逆转了这些变化，表明POP可缓解D-半乳糖诱导的脑内氧化应激。
3.2 POP影响D-半乳糖诱导衰老小鼠的肠道菌群丰度
16S rRNA测序结果显示，虽然Chao1指数无显著差异，但香农指数（Shannon index）和辛普森指数（Simpson index）表明各组间α多样性存在显著差异，NMDS分析也显示β多样性存在差异。在门水平上，拟杆菌门（Bacteroidota）和厚壁菌门（Firmicutes）为优势菌门。在属水平上，模型组中 Adlercreutzia_404257、Allobaculum 和 Duncaniella 的相对丰度显著升高，而POP处理使其显著降低。这些菌属此前被报道分别与阿尔茨海默病、高脂饮食诱导的系统性非消退性炎症和炎症性肠病易感性相关。
3.3 POP介导D-半乳糖诱导衰老小鼠血清代谢物的改变
非靶向代谢组学PCA分析显示各组血清代谢谱明显分离。筛选标准（VIP>1, p<0.05, FC≥2或≤0.5）下，模型组与对照组间有63种差异代谢物，POP组与模型组间有41种差异代谢物。KEGG富集分析表明，模型组与对照组的差异代谢物主要富集于甘油酯代谢、肌醇磷酸代谢等途径；POP组与模型组的差异代谢物则显著富集于甘油磷脂代谢和磷脂酰肌醇代谢途径。特别地，与模型组相比，对照组和POP组中1-十六烷基-sn-甘油-3-磷酸和1-硬脂酰-2-亚油酰-sn-甘油的血清水平均显著升高。
3.4 POP对D-半乳糖诱导衰老小鼠脑部基因表达的影响
海马转录组PCA分析显示模型组与对照组明显分离，POP组则呈现部分重叠模式。差异表达基因（DEGs）筛选（|FC|≥2, p≤0.05）发现，模型组与对照组间有252个DEGs（188上调，64下调），POP组与模型组间有173个DEGs（118上调，55下调）。RT-qPCR验证结果表明，Mybpc3 和 Ninj2 的表达变化与RNA-seq结果一致，其中 Ninj2 在POP处理后表现出最显著的变化。Ninj2 属于神经损伤诱导蛋白家族，既往研究提示其可通过TLR4/NF-κB相关信号参与神经炎症和氧化应激。
3.5 POP对D-半乳糖诱导衰老小鼠肠道基因表达的影响
结肠转录组分析显示，模型组与对照组间有1318个DEGs（921上调，397下调），POP组与模型组间有2542个DEGs（1647上调，895下调）。KEGG富集分析表明这些DEGs显著富集于NF-κB信号通路。基因集富集分析（GSEA）进一步证实，NF-κB信号通路在衰老小鼠中被显著激活，而POP处理后受到显著抑制。RT-qPCR验证支持了 Btk、Lat 和 Tnfrsf13c 的表达模式。BTK是B细胞受体和Toll样受体下游的关键酪氨酸激酶，可激活NF-κB；LAT是T细胞受体信号的关键适配蛋白；TNFRSF13C（BAFF-R）介导B细胞存活和NF-κB激活，参与肠道IgA免疫网络。
3.6 肠道菌群、代谢物和差异表达基因的综合分析
相关性分析显示，血清中1-十六烷基-sn-甘油-3-磷酸和1-硬脂酰-2-亚油酰-sn-甘油的浓度与 Adlercreutzia_404257、Allobaculum 和 Duncaniella 的丰度呈负相关。在海马中，这两个代谢物与 Chrdl2 和 Mybpc3 的表达呈正相关，与 Ninj2 的表达呈负相关。在结肠中，它们与NF-κB相关基因 Btk、Lat 和 Tnfrsf13c 的表达呈负相关。
讨论与结论
讨论部分指出，本研究通过整合多组学方法，从肠道菌群、血清代谢物和转录组三个层面探讨了POP对衰老小鼠的保护作用。POP处理降低了衰老小鼠肠道中 Adlercreutzia_404257、Allobaculum 和 Duncaniella 等菌属的异常增加，调节了体内甘油酯代谢和肌醇磷酸代谢的稳态，其作用机制可能与调节脑和肠中与氧化应激相关基因（如 Ninj2、Btk、Lat 和 Tnfrsf13c）的表达有关。值得注意的是，海马中 Ninj2 的下调和结肠中NF-κB信号通路的抑制可能是POP发挥抗衰老作用的关键环节。然而，这些相关性并不证明因果关系，未来需要通过菌群耗竭、粪菌移植或靶向基因功能验证来确定肠道菌群变化是否因果性地驱动了所观察到的代谢物和基因表达变化。
研究结论：在D-半乳糖处理的小鼠中，POP处理与改善的海马组织学和氧化应激标志物、肠道细菌组成、血清代谢物以及海马和结肠基因表达的变化相关。跨组学分析确定了所选细菌类群、循环脂质代谢物、海马 Mybpc3 和 Ninj2 以及结肠NF-κB相关基因之间的相关性。这些发现为进一步研究候选的肠-血清-组织关联奠定了基础。菌群、代谢物或组织基因表达变化是否介导了POP的效应，有待功能研究确定。
