《Food Bioscience》：Microbiome-metabolomics revealed the mitigative effect of
Laminaria japonica fucoidan on high-fat diet induced colonic mucus layer injury
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摘要高脂饮食会扰乱肠道微生物群并损害肠道黏液屏障。虽然岩藻多糖具有维护肠道健康的作用，但其作用机制尚不明确。本研究建立了高脂饮食诱导的结肠黏液层损伤小鼠模型，以探究日本海带岩藻多糖对修复受损黏液屏障的效应。研究结果表明，该岩藻多糖显著降低了高脂饮食小鼠的体重增加、异常脂肪积累以及
摘要
高脂饮食会扰乱肠道微生物群并损害肠道黏液屏障。虽然岩藻多糖具有维护肠道健康的作用，但其作用机制尚不明确。本研究建立了高脂饮食诱导的结肠黏液层损伤小鼠模型，以探究日本海带岩藻多糖对修复受损黏液屏障的效应。研究结果表明，该岩藻多糖显著降低了高脂饮食小鼠的体重增加、异常脂肪积累以及结肠炎症程度。它通过提高混合黏蛋白与酸性黏蛋白的比例，以及上调黏蛋白2和岩藻糖转移酶2的表达，改善了与结肠黏液层完整性相关的指标。有趣的是，在肠道微生物群被清除的小鼠中，该岩藻多糖对肠道黏液层的保护作用减弱，但通过粪便微生物群移植后这种作用又得到恢复，这一现象从结肠组织中黏蛋白2和岩藻糖转移酶2表达水平的上升得到了证实。此外，该岩藻多糖还通过增加Blautia、Akkermansia和Parabacteroides等菌属的丰度，改变了肠道微生物群的组成。它还能促进色氨酸代谢，生成血清素和5-羟基吲哚-3-乙酸，并提高芳烃受体表达水平。同时，该岩藻多糖还降低了胆酸和鹅脱氧胆酸等初级胆汁酸的水平。综上所述，这些研究结果表明，该岩藻多糖通过调节肠道微生物群和色氨酸代谢，提升了黏液层完整性的相关指标。
引言
肠道黏液层在限制肠道微生物群与肠道上皮细胞直接接触方面起着关键作用（Corfield, 2015），而长期高脂饮食会对其造成损伤（Ma et al., 2023）。例如，高脂饮食会增加条件致病菌Enterobacter的丰度（Du et al., 2025），同时减少能够降解黏蛋白的细菌如Akkermansia muciniphila和Bacteroides thetaiotaomicron的数目，进而阻碍肠道黏液层的更新（Sonnenburg et al., 2005）。此外，高脂饮食还会促使Clostridium属细菌增多，这些细菌通过胆盐水解酶使胆盐发生去结合反应，从而产生脱氧胆酸，进而破坏肠道屏障功能（Zheng et al., 2024）。最新研究表明，即使C57/6小鼠仅暴露于高脂饮食48小时，其固有淋巴细胞ILC3分泌IL-22的能力也会在恢复标准饲料喂养后的21天内依然受到影响。IL-22是一种重要的细胞因子，它参与肠道上皮黏液的合成以及紧密连接蛋白的表达，有助于维持肠道屏障的完整性（Xiong et al., 2025）。作为肠道黏液层的重要功能成分，黏蛋白2是一种高度糖基化的蛋白质，其有序的蛋白质结构以及特定的糖基化模式对于维持肠道黏液屏障的结构和功能完整性至关重要。黏蛋白2的O-糖链末端带有岩藻糖、唾液酸和硫酸基团，这些末端基团的存在对于保持黏蛋白2 O-糖链结构的稳定性极为重要。黏蛋白2 O-糖链末端的岩藻糖基化是由岩藻糖转移酶2催化完成的（Arike et al., 2017）。值得注意的是，高脂饮食引起的肠道微生物群失衡会降低黏蛋白2和岩藻糖转移酶2的表达，进而减少肠道黏液层的厚度和黏附性（Zhang et al., 2024）。
多糖类物质已被视为缓解高脂饮食诱导的肠道黏液屏障损伤的潜在有效物质。例如，Zexie Tang多糖治疗可增加高脂饮食小鼠的黏蛋白2产量，促进杯状细胞增殖，并恢复肠道黏液层的厚度（Zhang et al., 2025）。在各类多糖中，硫酸化岩藻多糖由于其独特的结构特征，通过调节肠道微生物群及其代谢产物，展现出显著的肠道屏障保护作用（Chen et al., 2024）。其中，日本海带属于褐藻门，是一种具有商业价值的海洋藻类，在东亚沿海地区广泛种植。有研究指出，日本海带岩藻多糖可增加高脂饮食小鼠体内Bacteroides和Akkermansia的丰度，同时减少条件致病菌Peptococcus的数目（Deng et al., 2021; Shang et al., 2016）。值得关注的是，这两种有益共生菌分别通过不同的代谢途径在肠道腔内生成重要的芳烃受体配体。Akkermansia muciniphila能够促进色氨酸代谢，生成血清素（5-HT）（Pan et al., 2025），而Bacteroides thetaiotaomicron则能促进吲哚衍生物的合成（Luo et al., 2025）。这两种化合物都能与芳烃受体结合（Krishnan et al., 2018），并通过上调黏蛋白2和岩藻糖转移酶2的表达来增强肠道屏障功能（Hong et al., 2024; Saxena et al., 2024）。此外，日本海鞘岩藻多糖还能促进5-HIAA的生成，进而提升黏蛋白2的mRNA水平（Qin et al., 2025）。尽管这些研究都表明岩藻多糖具有保护结肠的功能，但日本海带岩藻多糖具体是如何缓解高脂饮食诱导的肠道黏液层损伤的，其作用机制仍不清楚。
因此，本研究旨在建立高脂饮食诱导的结肠黏液层损伤小鼠模型，并利用16S rRNA测序和代谢组学方法，探讨日本海带岩藻多糖对肠道黏液层的保护作用。研究重点分析了结肠炎症、与黏蛋白相关的蛋白质、肠道微生物群及其代谢产物等方面的作用机制。此外，还在伪无菌小鼠中通过混合抗生素处理和粪便微生物群移植实验，深入研究了肠道微生物群在缓解结肠黏液层损伤中的作用。
章节节选
Fud的结构特征分析
该岩藻多糖是从日本海带中用热水提取的。通过比色分析法测定，其总糖含量约为68.3%，硫酸根含量约为21.7%。通过高效液相色谱法分析，该多糖由岩藻糖、半乳糖和甘露糖按5.4:1.8:1.0的摩尔比组成，而通过高压凝胶渗透色谱法检测其分子量约为107.8 kDa（Zhang et al., 2025）。该多糖的傅里叶变换红外光谱如图S1所示，3453.9 cm-1处的宽峰对应于O-H键的伸缩振动。
高脂饮食小鼠的指标分析
经过8周的高脂饮食喂养后（图1A），高脂饮食组小鼠的体重显著上升，达到了初始体重的160%（图1B），这证明了高脂饮食诱导小鼠模型的成功建立（Zhang et al., 2024）。如图1C所示，三组小鼠的进食量没有显著差异。但由于高脂饮食的能量密度较高，高脂饮食组小鼠的能量摄入量明显更高（图1
结论
日本海带岩藻多糖通过上调黏蛋白2和岩藻糖转移酶2的表达，修复了高脂饮食诱导的结肠黏液层损伤，同时通过调节炎症细胞因子和NLRP3炎性小体，抑制了结肠炎症。通过肠道微生物群清除实验和粪便微生物群移植实验，我们证明该岩藻多糖对结肠黏液层的保护作用与肠道微生物群密切相关。该岩藻多糖增加了Akkermansia的相对丰度，改变了色氨酸代谢途径，并促进了血清素的生成
作者贡献说明
Wanshuang Cai：研究实施、数据分析。Hongxia Che：数据分析。Chuqiao Zhang：数据分析。Huiru Li：数据分析。Dezhao Yang：研究实施。Hongyan Li：文章撰写与修改、研究指导、项目管理
未引用参考文献
Chen et al., 2024; Chiang and Ferrell, 2020; Krajmalnik-Brown et al., 2012; Luo et al., 2026; Yang et al., 2024; Zheng et al., 2023; Zheng et al., 2023; Zheng et al., 2024.
致谢
本研究得到了青岛市自然科学基金的支持（编号：24-4-4-zrjj-141-jch）。
Wanshuang Cai|Dezhao Yang|Huiru Li|Chuqiao Zhang|Hongxia Che|Hongyan Li
中国山东省青岛市青岛科技大学生物工程学院，邮编266042
