《Food Bioscience》：Gut bacterial degradation of food-grade iota-carrageenan enhances its pro-inflammatory activity
编辑推荐：
摘要琼胶（CGN）是一种从红藻中提取的硫酸化多糖，在食品工业中广泛用作增稠剂和稳定剂。然而，其安全性仍存在争议，尤其是食品级琼胶能否被肠道菌群降解为具有显著促炎活性的低分子量（MW）片段。本研究探讨了 iota 琼胶（ι-CGN）的微生物降解，对降解产物进行了表征，并在体外评
摘要
琼胶（CGN）是一种从红藻中提取的硫酸化多糖，在食品工业中广泛用作增稠剂和稳定剂。然而，其安全性仍存在争议，尤其是食品级琼胶能否被肠道菌群降解为具有显著促炎活性的低分子量（MW）片段。本研究探讨了 iota 琼胶（ι-CGN）的微生物降解，对降解产物进行了表征，并在体外评估了其促炎和氧化应激效应。我们提供了实验证据，证明人体肠道菌群能够降解 ι-CGN。随后，从人体粪便样品中分离出产黄灰黄杆菌 S11（BXS11），并在厌氧条件下验证了其降解 ι-CGN 的能力。转录组分析进一步鉴定了 BXS11 中可能参与 ι-CGN 利用的候选基因簇。对从 BXS11 发酵液中回收的降解 ι-CGN（dιC）的组成和结构表征表明，dιC 发生了链的解聚，形成了显著的低价分数段，但未发生广泛的脱硫作用。在 RAW 264.7 巨噬细胞中，与天然食品级 ι-CGN 相比，dιC 以剂量依赖方式诱导了更强的促炎反应和氧化应激，表现为一氧化氮（NO）和活性氧（ROS）产生增加、NF-κB 相关促炎信号通路的激活以及 Nrf2/HO-1 应答的诱导。这些结果表明，肠道微生物对 ι-CGN 的降解可增强其体外促炎活性，从而增加了其毒理学关注程度，并强调了在肠道健康、肠道炎症和宿主-菌群相互作用的背景下评估其效应的必要性。
引言
琼胶（CGN）是从红藻（Rhodophyta）中提取的线性硫酸化多糖家族。根据硫酸酯基的数量和位置，CGN 主要分为三种类型：κ-、ι- 和 λ-CGN。凭借其优异的凝胶化、增稠和稳定特性，CGN 被广泛用作各种加工食品中的食品添加剂，包括乳制品、肉类制品、饮料和植物基替代品（Udo 等，2023）。其中，ι-CGN 每个二糖单元含有两个硫酸基，因其能在钙离子存在下形成柔软、弹性凝胶而备受重视，是布丁、巧克力牛奶和奶油类产品的常见成分（Jabeen 等，2025）。
尽管已有长期应用历史，CGN 的安全性，尤其是其引发肠道炎症的潜在风险，一直是持续争论的焦点。早期毒理学研究提示，低 MW 的降解 CGN 可能引发炎症反应，而天然食品级 CGN 因其高 MW 以及对上消化道消化酶的抗性而被认为是安全的（Cohen & Ito，2002；Weiner，2014）。这种安全性的假定长期反映在官方法规立场中。基于天然高 MW 食品级材料未观察到不良反应，CGN（E407）被分配了"未指定"组别每日允许摄入量（ADI）——这是最为有利的安全等级（FAO/WHO 食品添加剂联合专家委员会，2015）。然而，近年来，这一共识日益受到质疑：欧洲食品安全局（EFSA）对 CGN（E407）的重新评估将长期存在的 0–75 mg/kg 体重/天的组别 ADI 重新归类为临时性，引用了化学、暴露评估和毒理学数据库方面尚未解决的不确定性——包括低 MW 降解产物的生物学效应和肠道菌群相互作用——并要求在五年内补充数据（Younes 等，2018）。在中国，食品级 CGN 仍依据国家食品添加剂使用标准（GB 2760–2024）下的良好生产规范被允许作为增稠剂和稳定剂使用（中华人民共和国国家卫生健康委员会 & 国家市场监督管理总局，2024），其纯度规格——明确区分食品级材料与聚糖降解物（poligeenan）等降解形式——则定义于 GB 1886.169–2016（中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会，2016）。在上述框架中，食品级 CGN 的法规安全地位因此建立在天然高 MW 聚合物在胃肠道转运过程中基本不被降解的前提之上。然而，这一前提已被新兴证据直接挑战，即某些肠道细菌能够降解食品级 CGN（Han 等，2025；Pudlo 等，2022；Zhong 等，2025）。这些发现提出了肠道菌群降解 CGN 可能产生具有促炎效应的低 MW CGN 片段的可能性。
迄今为止，大多数研究集中在肠道菌群对 κ- 和 λ-CGN 的降解上。例如，已确定产黄灰黄杆菌是 λ-CGN 的关键降解菌，其降解产物被证实可激活巨噬细胞中的炎症反应（Han 等，2025；Pudlo 等，2022）。κ-CGN 已确认可被从哺乳动物肠道中分离的产黄灰黄杆菌、张文宏拟杆菌和困难拟杆菌降解（Zhong 等，2025）。尽管 Zhong 等（2025）通过基因组分析在产黄灰黄杆菌和张文宏拟杆菌的基因组中鉴定了推定的 ι-琼胶酶基因，但这些细菌或人粪便菌群降解 ι-CGN 的能力并未经过实验评估。ι-CGN 降解功能证据的缺失使得 CGN 家族的毒理学评估不完整。鉴于 CGN 各类型之间的结构差异，其对细菌降解的敏感性及所产生的片段的生物学活性可能显著不同。因此，确定 ι-CGN 能否被肠道菌群利用、鉴定负责菌株并评估其降解产物的潜在促炎效应至关重要。
在本研究中，我们假设 ι-CGN 可被人体肠道菌群的特定成员降解，且由此产生的降解产物可能具有促炎活性。为验证这一假设，我们首先利用混合人粪便菌群对 ι-CGN 进行了体外厌氧发酵。通过监测 pH 变化、碳水化合物消耗、分子量降低和短链脂肪酸产生，确认了 ι-CGN 的降解。随后，我们分离并鉴定了一株 ι-CGN 降解菌——产黄灰黄杆菌 S11（BXS11）。进行了转录组分析以鉴定可能参与 ι-CGN 利用的基因。最后，我们从发酵液中回收了降解 ι-CGN（dιC），表征了其组成和结构特征，并评估了其在 RAW 264.7 巨噬细胞中的促炎和氧化应激效应。总体而言，本研究首次进行了肠道微生物 ι-CGN 降解的整合性功能性研究，建立了体外机制基础，用于理解食品级 ι-CGN 如何被肠道菌群降解并诱导显著的促炎效应，同时强调了微生物介导的降解是 CGN 安全评估中需要考虑的因素。
章节摘要
材料与化学试剂
食品级 ι-CGN（Carra-FD455），作为精制 ι-CGN 提供，未故意添加其他类型的 CGN，购自 AEP Colloids（美国纽约）。产黄灰黄杆菌胆汁七叶苷（BBE）琼脂平板购自 Anaerobe Systems（美国加州）。基础培养基（BM）的所有成分购自 Fisher Scientific（美国新罕布什尔州）。RAW 264.7 巨噬细胞购自美国模式培养物保藏中心（美国马里兰州）。定量实时 PCR（RT-qPCR）的引物由
人体肠道菌群对 ι-CGN 的降解
食品级 CGN 通常被认为对宿主人体胃肠道中的消化酶具有抗性，而在体外制备的化学降解 CGN 已被报道可诱导炎症效应（Cohen & Ito，2002；Weiner，2014）。因此，食品级 CGN 能否被肠道菌群降解是 CGN 安全性争论中的关键因素。近期研究表明，λ 和 κ-CGN 可被人肠道菌群降解，并鉴定了若干相应的菌株（Han 等，
结论
总体而言，本研究证明食品级 ι-CGN 可被人体肠道菌群降解，且微生物解聚使其转化为低 MW 片段，后者可在巨噬细胞中诱导炎症和氧化应激。从人体粪便样品中分离的 BXS11 可在纯培养条件下降解 ι-CGN，支持其作为该过程特定贡献者的作用。转录组分析进一步在 BXS11 中鉴定了候选 ι-CGN 响应基因簇，其推定参与底物
CRediT 作者贡献声明
Ji Ruya：撰写——初稿、可视化、方法学、调查研究。Li Xiaoqing：撰写——审阅与编辑、方法学、调查研究。Guo Xiaojing：方法学、调查研究。Zhu Zhenjun：方法学、调查研究。Qiu Zhichang：方法学。Thanuphol Pongpol：方法学。Han Yanhui：撰写——审阅与编辑、构思、资金获取。Xiao Hang：监督、资金获取、构思、项目管理、资源、撰写——审阅与编辑。
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究部分由国家自然科学基金（32302232）资助授予 Han，以及美国农业部Hatch 多州项目MAS00606资助授予 Xiao。
Ji Ruya|Li Xiaoqing|Guo Xiaojing|Zhu Zhenjun|Qiu Zhichang|Thanuphol Pongpol|Han Yanhui|Xiao Hang
美国马萨诸塞大学阿默斯特分校食品科学系，马萨诸塞州阿默斯特市，邮编 01003，美国
