《Food Chemistry: X》：Structural characterization of laminarin and its preventive effects on the gut microbiota–butyrate–pancreas axis in severe acute pancreatitis
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本研究对从海带（*Laminaria digitata*）中提取的海带多糖（laminarin）进行了系统的结构表征，评估了其在体外发酵过程中产生短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFAs）的动力学特征，并利用重症急性胰腺炎（se
本研究对从海带（*Laminaria digitata*）中提取的海带多糖（laminarin）进行了系统的结构表征，评估了其在体外发酵过程中产生短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFAs）的动力学特征，并利用重症急性胰腺炎（severe acute pancreatitis, SAP）小鼠模型进一步验证了其下游生理效应。研究人员旨在探讨海带多糖预处理是否通过“肠道菌群–丁酸盐–胰腺”轴发挥保护作用，重点关注其对肠道菌群重塑、肠道屏障强化及胰腺损伤缓解的影响。研究结果证实，海带多糖是一种由葡萄糖构成的β-(1→3)/(1→6)-葡聚糖，具有典型三股螺旋构象，并可在体外发酵中显著富集丁酸盐。在SAP小鼠模型中，海带多糖预处理可重塑肠道菌群组成，富集产丁酸盐菌属（如*Akkermansia*、*Ruminococcus*和*Lachnospiraceae_NK4A136_group*），上调丁酸盐合成相关基因（*buk*和*but*）丰度，增加结肠丁酸盐浓度，并恢复肠道紧密连接蛋白（Claudin-1、Occludin）及黏蛋白MUC2的表达。此外，海带多糖预处理显著降低了血清脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）水平、胰腺组织总细菌载量及*Escherichia coli*丰度，抑制了胰腺和结肠组织中TLR4/NF-κB/NLRP3信号通路的激活，并减轻了胰腺组织学损伤和全身炎症反应。该研究表明，海带多糖作为一种可发酵的海洋来源功能性β-葡聚糖，可通过“肠道菌群–丁酸盐–胰腺”轴增强肠道屏障完整性、抑制细菌易位及内毒素泄漏，从而缓解SAP相关的胰腺损伤，为SAP的膳食预防策略提供了新的理论依据。
**论文解读**
**一、研究背景与问题**
重症急性胰腺炎（severe acute pancreatitis, SAP）是一种死亡率极高的炎症性疾病，其特征为胰腺广泛坏死、全身炎症反应综合征和多器官功能衰竭。近年研究揭示，肠道功能障碍尤其是肠道屏障破坏是驱动SAP进展的关键因素。肠上皮完整性受损可导致细菌易位和脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）渗漏，进而触发过度炎症级联反应，加重胰腺损伤。尽管益生菌和益生元被广泛认为是以肠道菌群为基础的改善宿主健康的重要策略，但临床上仍缺乏有效且特异性地靶向“肠–胰腺轴”的干预制剂。海带多糖（laminarin）是一种主要来源于可食褐藻的水溶性β-(1→3)/(1→6)-葡聚糖，具有抵抗宿主消化、调节肠道菌群稳态及增强肠道屏障的潜在益生元特性。然而，其结构特征与其在SAP中的预防功效之间的关联，以及“发酵–丁酸盐–肠道屏障–胰腺保护”这一完整机制通路尚未被充分阐明。因此，本研究系统表征海带多糖的结构，评估其体外发酵产短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFAs）的动力学，并在SAP小鼠模型中验证其通过“肠道菌群–丁酸盐–胰腺”轴发挥保护作用的假说。
**二、研究内容与结论**
研究人员从*Laminaria digitata*中提取并纯化海带多糖，通过化学组成分析、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、核磁共振波谱（NMR）、刚果红实验和扫描电镜（SEM）等手段确认其为均一的β-(1→3)/(1→6)-葡聚糖，分子量Mw=12,272 g/mol，具有三股螺旋构象。体外粪便发酵实验显示，海带多糖可被肠道菌群快速发酵，产生以丁酸盐富集为特征的SCFA谱，24小时总SCFA浓度显著升高，且丁酸比例高于常见膳食纤维。在体内SAP小鼠模型中，海带多糖预处理（100 mg/kg和200 mg/kg，灌胃14天）剂量依赖性地降低血清淀粉酶、脂肪酶和髓过氧化物酶（myeloperoxidase, MPO）活性，减少促炎细胞因子（TNF-α、IL-6、IL-1β）水平，减轻胰腺和结肠组织病理损伤。机制研究表明，海带多糖重塑了SAP小鼠的肠道菌群结构，富集*Akkermansia*、*Ruminococcus*、*Lachnospiraceae_NK4A136_group*、*Faecalibaculum*等有益菌属，抑制*Desulfovibrio*、*Coriobacteriaceae_UCG-002*等促炎菌属；同时上调丁酸合成关键基因（*buk*和*but*）丰度，恢复结肠丁酸盐水平，并增强紧密连接蛋白（Claudin-1、Occludin）和黏蛋白MUC2的表达，从而降低血清LPS水平、胰腺组织细菌总载量和*E. coli*丰度。此外，海带多糖可显著抑制胰腺和结肠组织中TLR4/MyD88/NF-κB/NLRP3信号通路的激活。该研究首次将海带多糖的结构特征、体外发酵产酸动力学与体内SAP保护效应相整合，揭示了其通过“肠道菌群–丁酸盐–胰腺”轴发挥预防作用的分子机制，为开发海带多糖作为预防SAP的功能性食品成分提供了实验依据。
**三、关键技术与方法**
本研究采用多学科技术手段。结构表征方面，运用高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测（HPAEC-PAD）分析单糖组成，凝胶渗透色谱（GPC/SEC）测定分子量分布，FT-IR和NMR（包括1H、13C、COSY、HSQC）解析糖苷键连接方式，刚果红实验判断三股螺旋构象，SEM观察微观形貌。体外发酵实验采用健康C57BL/6J小鼠新鲜粪便制备接种物，在严格厌氧条件下以海带多糖为底物发酵24小时，并用气相色谱-质谱联用（GC–MS）定量7种SCFAs。体内实验使用雨蛙素联合脂多糖诱导的SAP小鼠模型（C57BL/6J，6–8周龄，每组12只），通过组织学评分、ELISA、RT-qPCR、Western blot、16S rRNA基因测序（Illumina NovaSeq 6000，针对16S rRNA V3–V4区）、qPCR绝对定量检测胰腺组织细菌载量等手段评估表型和机制。样本均来源于宁波大学实验动物中心，所有动物实验经动物伦理委员会批准。
**四、主要研究结果**
**1. 海带多糖的结构与组成表征**
化学组成分析显示，海带多糖总碳水化合物含量为81.33%，蛋白和硫酸根含量低，纯度较高。单糖组成分析证实其为仅含葡萄糖的同聚多糖，分子量分布窄（PDI=1.107），提示结构均一。刚果红实验显示最大吸收波长红移至506 nm，表明具有有序三股螺旋构象。FT-IR在890 cm?1处出现特征吸收峰，确认β-糖苷键的存在。NMR进一步明确其主链由β-(1→3)和β-(1→6)连接的葡萄糖残基组成。
**2. 体外发酵产生丁酸盐富集的SCFA谱**
体外厌氧发酵实验中，海带多糖作为底物时，乙酸、丙酸、丁酸和戊酸浓度随时间呈递增趋势，其中丁酸在12–24小时产生最显著，占总SCFA的28.84%，显著高于常见膳食纤维。24小时总SCFA浓度达569.47 μg/mL，接近阳性对照菊粉组，且发酵液pH明显下降，说明海带多糖具备良好的可发酵性和产丁酸倾向。
**3. 海带多糖预处理减轻SAP小鼠病理特征**
与SAP模型组相比，海带多糖预处理组血清淀粉酶和脂肪酶活性呈剂量相关性降低，胰腺MPO活性显著下降，血清TNF-α、IL-6、IL-1β水平均被逆转，表明海带多糖可有效缓解SAP严重程度。
**4. 海带多糖预处理减轻胰腺和结肠炎症**
RT-qPCR结果显示，海带多糖显著下调胰腺和结肠组织中TNF-α、IL-6、IL-1β和CCL2的mRNA表达。组织学染色显示，海带多糖预处理减少了胰腺腺泡水肿、炎性浸润和空泡化，并改善了结肠隐窝萎缩和炎性浸润，证实其全身性抗炎作用。
**5. 海带多糖抑制胰腺和结肠TLR4/NF-κB/NLRP3信号通路**
Western blot分析表明，SAP显著上调胰腺和结肠组织中TLR4、MyD88、NLRP3蛋白水平并增强NF-κB p65磷酸化，而海带多糖预处理有效逆转这些变化，提示其抗炎作用与抑制TLR4/MyD88/NF-κB/NLRP3级联激活相关。
**6. 海带多糖减轻肠道屏障破坏与细菌易位**
海带多糖预处理显著恢复SAP小鼠结肠Claudin-1、Occludin和MUC2的mRNA及蛋白表达，免疫组化进一步验证了Occludin表达的恢复。同时，海带多糖显著降低血清LPS浓度、胰腺组织16S rRNA基因拷贝数和*E. coli*相对丰度，表明其强化肠道屏障并抑制细菌易位。
**7. 海带多糖改善SAP相关的肠道菌群失调**
16S rRNA基因测序显示，SAP小鼠α多样性（Chao1、Simpson、Shannon指数）显著降低，菌群结构偏离正常；海带多糖（尤其高剂量）部分恢复多样性，主坐标分析（PCoA）显示海带多糖处理组向正常组靠近。在属水平上，海带多糖富集*Akkermansia*、*Ruminococcus*、*Lachnospiraceae_NK4A136_group*和*Faecalibaculum*，并抑制*Desulfovibrio*等促炎菌属。LEfSe分析鉴定出多个SCFA产生菌科（Ruminococcaceae、Lachnospiraceae、Clostridiaceae）在预处理组富集。Spearman相关性分析显示产SCFA菌属与炎症因子负相关、与紧密连接蛋白正相关。
**8. 海带多糖恢复SAP小鼠SCFA产生**
GC–MS检测显示，SAP小鼠结肠内容物中7种SCFA浓度均显著下降，海带多糖预处理（尤其高剂量）显著恢复丁酸等SCFA水平。qPCR表明，高剂量海带多糖显著增加丁酸激酶（*buk*）和丁酰辅酶A:乙酸辅酶A转移酶（*but*）基因丰度，表明肠道菌群产丁酸的遗传潜力增强。相关性分析进一步证实产丁酸菌属与SCFA浓度呈正相关。
**五、讨论与结论**
讨论部分指出，海带多糖的β-(1→3)/(1→6)糖苷键结构使其能抵抗宿主消化而到达结肠，被特定菌群发酵利用；其中等偏高的分子量可能有利于产生均衡且持久的SCFA谱。体外发酵和体内结果共同证实了其作为益生元的可发酵性。在SAP状态下，海带多糖通过重塑肠道菌群、富集产丁酸菌并上调丁酸合成基因，增加结肠丁酸水平；丁酸作为结肠上皮主要能量底物和屏障基因转录调节因子，上调紧密连接蛋白和MUC2，增强肠道屏障完整性，进而减少细菌易位和LPS渗漏，最终抑制TLR4/NF-κB/NLRP3介导的胰腺和结肠炎症。研究结论认为，海带多糖的发酵特性和益生元潜力有助于在SAP背景下维护肠道健康并减轻胰腺损伤，支持其作为海洋来源功能成分应用于SAP的膳食预防。但研究人员也指出，仍需通过粪菌移植或抗生素清除实验来验证菌群因果贡献，并需更全面的剂量-反应研究确定最佳有效剂量，同时海带多糖与宿主受体（如TLR4）的直接相互作用也需进一步探究。
