枸杞多糖通过肠道菌群相关代谢调节支持视网膜氧化还原稳态

《Food Science & Nutrition》：Dietary Lycium barbarum Polysaccharides Support Retinal Redox Homeostasis Through Gut Microbiota–Associated Metabolic Modulation

　　

膳食多糖是功能性食品的重要生物活性成分，通过与肠道菌群（gut microbiota）的相互作用在调节宿主代谢中发挥关键作用。枸杞多糖（Lycium barbarum polysaccharides, LBP）作为膳食补充剂被广泛消费；然而，其在连接肠道菌群相关代谢调节与肠外组织稳态方面的营养相关性仍不完全清楚。在本研究中，研究人员利用氧化应激的661W感光细胞和rd10小鼠，研究了膳食LBP摄入对肠道菌群组成、代谢谱和视网膜氧化还原状态的影响。在体外，LBP暴露与氧化应激条件下细胞内活性氧（reactive oxygen species, ROS）积累减少以及细胞抗氧化能力增强相关。在体内，膳食LBP摄入与外核层（outer nuclear layer, ONL）厚度和视网膜血管特征等视网膜结构参数的部分保留相关。整合16S rRNA基因测序（16S rRNA gene sequencing）和非靶向代谢组学（untargeted metabolomics）分析表明，膳食LBP摄入与肠道菌群组成及微生物来源代谢途径的协调调节相关，特别是那些与泛酸和辅酶A（coenzyme A, CoA）生物合成、芳香族氨基酸代谢以及氨酰-tRNA（aminoacyl-tRNA）生物合成相关的途径。这些代谢改变反映在视网膜代谢谱中，并伴随氧化还原平衡的改善。总体而言，本研究强调了LBP作为一种功能性多糖的营养重要性，并支持了膳食调节肠道菌群相关代谢可能有助于维持视网膜代谢稳态的概念。这些发现从营养和食品科学角度提供了膳食多糖在支持胃肠道以外组织功能方面的潜在作用。

论文解读：枸杞多糖通过肠道菌群相关代谢调节支持视网膜氧化还原稳态

**研究背景与问题**

视网膜色素变性（retinitis pigmentosa, RP）是一种进行性遗传性视网膜退行性疾病，以感光细胞不可逆损失和视力障碍为特征，氧化应激和代谢失衡被认为是疾病进展的核心因素。视网膜作为人体代谢最活跃的组织之一，对氧化还原平衡和能量代谢紊乱尤为敏感，因此代谢失调成为视网膜功能完整性的关键决定因素。尽管基因治疗和细胞疗法等策略已显示出前景，但其临床应用仍有限，凸显了在系统层面支持视网膜稳态的补充策略的重要性。膳食多糖作为功能性食品的重要生物活性成分，通过与肠道菌群的相互作用调节宿主代谢，但枸杞多糖（Lycium barbarum polysaccharides, LBP）在营养学上如何通过肠道菌群相关代谢影响肠外组织（如视网膜）的功能尚不明确。因此，研究人员开展了这项研究，从食品科学和营养学角度探讨膳食LBP摄入与肠道菌群组成、代谢谱及视网膜氧化还原状态之间的关联。

**研究内容与结论**

本研究利用氧化应激的661W感光细胞和rd10小鼠模型，评估了膳食LBP摄入对肠道菌群组成、代谢谱及视网膜氧化还原状态的影响。体外实验表明，LBP暴露与氧化应激条件下细胞内活性氧（reactive oxygen species, ROS）积累减少及细胞抗氧化能力增强相关。体内实验显示，膳食LBP摄入与视网膜结构参数（如外核层厚度和视网膜血管特征）的部分保留相关。通过整合16S rRNA基因测序和非靶向代谢组学分析，研究人员发现LBP摄入与肠道菌群组成及微生物来源代谢途径的协调调节相关，特别是泛酸和辅酶A（coenzyme A, CoA）生物合成、芳香族氨基酸代谢及氨酰-tRNA（aminoacyl-tRNA）生物合成途径。这些代谢改变反映在视网膜代谢谱中，并伴随氧化还原平衡的改善。此外，LBP摄入与视网膜内源性抗氧化和细胞存活相关蛋白（SIRT1、Nrf2和Bcl-2）表达的升高相关。该研究强调了LBP作为功能性多糖的营养意义，并支持膳食调节肠道菌群相关代谢可能有助于维持视网膜代谢稳态的概念。论文发表在《Food Science》。

**主要关键技术方法**

研究人员主要采用了以下关键技术方法：1. 体外细胞模型：利用661W感光细胞系，通过H₂O₂诱导氧化应激，评估LBP的抗氧化和抗凋亡活性。2. 动物模型：使用rd10小鼠（携带Pde6b突变的视网膜色素变性遗传模型），并设置野生型C57BL/6小鼠作为对照，样本来源为Jackson Laboratory（美国）和湖南斯莱克景达实验动物有限公司（中国）。3. 16S rRNA基因测序：对粪便样本进行扩增子测序，分析肠道菌群组成和多样性。4. 非靶向代谢组学：利用超高效液相色谱-高分辨质谱（UHPLC-HRMS）分析粪便和视网膜代谢物。5. 蛋白质表达分析：通过Western blot和免疫荧光检测视网膜中SIRT1、Nrf2和Bcl-2的表达。6. 相关性分析：整合菌群、代谢物和视网膜表型数据，进行Spearman相关性分析。

**研究结果**

**3.1 LBP的表征及氧化应激条件下的细胞抗氧化反应**：通过离子交换色谱和高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测（HPAEC-PAD）分析，LBP主要由葡萄糖（78.3 mol%）、半乳糖（8.5 mol%）和阿拉伯糖（7.2 mol%）组成。在661W细胞中，LBP（20和40 mg/L）处理显著降低了H₂O₂诱导的ROS水平，减少了丙二醛（MDA）含量，并增加了谷胱甘肽（GSH）水平和超氧化物歧化酶（SOD）活性，表明LBP增强了细胞抗氧化能力。

**3.2 LBP相关的氧化应激下凋亡相关细胞反应调节**：流式细胞术和TUNEL染色显示，LBP处理以浓度依赖性方式减少了H₂O₂诱导的661W细胞凋亡，提示LBP改善了细胞存活率，与抗氧化能力增强平行。

**3.3 膳食LBP摄入与rd10小鼠视网膜结构完整性的保留相关**：眼底成像、光学相干断层扫描（OCT）和组织学分析显示，与未处理rd10模型小鼠相比，LBP摄入（尤其高剂量）与视网膜血管宽度、总视网膜厚度和外核层（ONL）厚度的部分保留相关。左氧氟沙星与LBP共处理组未见类似保护效果，但该组未进行菌群分析，不能确定是否由菌群改变引起。

**3.4 膳食LBP摄入与肠道菌群组成和多样性的改变相关**：16S rRNA基因测序显示，LBP摄入组与模型组和对照组在菌群组成上存在显著差异。在门水平，LBP摄入降低了rd10小鼠中升高的厚壁菌门/拟杆菌门（Firmicutes/Bacteroidetes, F/B）比值，使其趋向对照组水平。在属水平，LBP摄入增加了Eubacterium_siraeum_group、Prevotellaceae_UCG-001和Parasutterella的相对丰度，降低了Ligilactobacillus、Lactobacillus和Escherichia–Shigella的丰度，且这些菌属与视网膜结构参数（ONL厚度、血管宽度）显著相关。

**3.5 膳食LBP摄入与粪便代谢谱的协调改变相关**：非靶向代谢组学分析发现，LBP摄入组与模型组在代谢谱上存在明显分离。KEGG通路富集分析显示，最显著富集的通路包括泛酸和辅酶A生物合成、苯丙氨酸/酪氨酸/色氨酸生物合成和氨酰-tRNA生物合成，这些通路与细胞氧化还原平衡、氨基酸代谢和蛋白质合成密切相关。

**3.6 LBP相关代谢途径与视网膜抗氧化信号传导的关联**：LBP摄入与视网膜中芳香族氨基酸（L-苯丙氨酸、L-谷氨酸和L-酪氨酸）水平改变相关。Spearman相关性分析显示LBP响应菌属与粪便和视网膜代谢物之间存在显著关联。整合代谢物靶点与RP相关基因，发现重叠靶点富集于氧化应激调节和细胞存活相关生物学过程。Western blot和免疫荧光分析显示，LBP摄入组视网膜中SIRT1、Nrf2和Bcl-2蛋白表达升高。

**讨论与结论**

讨论部分指出，LBP作为一种膳食多糖，其营养作用并非直接药理干预，而是通过肠道菌群-代谢轴间接支持视网膜稳态。研究结果强调，LBP摄入与肠道菌群组成和代谢谱的协调调节相关，特别是泛酸和辅酶A生物合成、芳香族氨基酸代谢和氨酰-tRNA生物合成途径，这些途径在视网膜高代谢需求下对感光细胞存活至关重要。研究局限性包括：未建立直接因果关系；16S rRNA基因测序仅提供分类信息；rd10小鼠与对照组来源不同可能影响菌群基线；未对所有实验组进行菌群和代谢组学分析；左氧氟沙星共处理组缺乏菌群数据；LBP结构异质性等。未来需通过无菌动物、粪菌移植和靶向代谢物干预等实验进一步验证。

研究结论部分翻译如下：膳食LBP摄入与rd10小鼠肠道菌群组成、粪便和视网膜代谢谱以及视网膜抗氧化信号传导的协调调节相关。这些发现支持了LBP作为一种功能性多糖的营养相关性，并为肠道菌群相关代谢调节在视网膜稳态中的进一步研究提供了基础。