大蒜多糖通过抑制肠道微生物乳酸过度产生来改善早期脂质积累

《Food Bioscience》：Garlic Polysaccharide Ameliorates Early-Stage Lipid Accumulation by Restraining Gut Microbial Lactate Overproduction

　　

摘要

植物来源的多糖因其通过重塑肠道菌群来改善脂质代谢紊乱的能力而得到广泛认可。然而，在早期高脂饮食（HFD）喂养阶段——即显著肝脏脂质蓄积和全身性代谢功能障碍出现之前的关键窗口期——其功效仍缺乏深入了解。在此，我们研究了一种结构明确的蒜（Allium sativum L.）多糖（GP），并证明GP给药可显著减轻2周HFD小鼠模型中的内脏脂肪蓄积和血脂异常。为阐明潜在的微生物机制，我们采用了体外粪便发酵系统，结合16S rRNA测序和基于PICRUSt2的功能预测。GP特异性地抑制了产乳酸菌群的过度增殖，包括Ligilactobacillus和Lactobacillus，同时下调了与之相关的发酵途径及乳酸脱氢酶的丰度，导致终末乳酸蓄积显著减少。细胞学实验进一步证明乳酸可直接加重肝细胞内脂质沉积，从而在机制上将GP驱动的乳酸限制与脂质稳态改善联系起来。这些发现揭示了大蒜多糖在早期代谢保护中一个此前未被认识的功能，其机制在于靶向抑制肠道微生物乳酸的过度产生。

引言

脂质代谢紊乱是全球性的主要健康负担，其成因在很大程度上与高脂饮食模式的广泛流行有关（Neeland等，2024）。由于该疾病涉及多器官且症状复杂，目前尚缺乏高效且无不良反应的药物治疗手段（Adhyaru & Jacobson，2018；Mahmoudi等，2022；Smits & Van Raalte，2021）。值得注意的是，不健康的饮食模式，如高脂饮食的摄入（Varlamov，2017），在干预的早期阶段即会引发肠道菌群（Las Heras等，2019；Liu等，2025）、胰岛素敏感性和血脂谱的显著异常（Foley等，2018；Xiong等，2025）。此外，早期的高脂饮食还可显著增加体重、脂肪组织质量和胰岛素抵抗（Lee等，2011；Zou等，2023）。然而，这一早期窗口期早于大量肝脏或脂肪组织蓄积及严重全身性炎症的出现（Chiazza等，2016）。因此，这一早期阶段代表了一个关键但被忽视的时间窗口，在此期间肠道菌群仍可通过饮食进行调控，从而避免不可逆的菌群失调。在此阶段进行干预对于预防脂质代谢紊乱的下游进展具有特别的潜力。

植物来源的多糖已被证实是有效的代谢调节性饮食益生元，主要通过选择性地富集有益肠道菌群并将微生物代谢产物谱向有利于健康的方向引导来发挥作用（Jung等，2025；Sun等，2023）。长期补充这些多糖已被证明可通过持续的菌群重塑来改善慢性高脂饮食诱导的肥胖和血脂异常（Wei等，2023）。然而，高脂饮食在早期阶段即可引起肠道微生物群落的快速变化（Foley等，2018）。尽管其长期益处已得到充分证实，但植物多糖在预防早期高脂饮食诱导的代谢和肠道紊乱方面的功效和机制仍不清楚。

大蒜（Allium sativum L.）被广泛认可为一种重要的药用和食用资源，大蒜多糖（GP）是其主要的生物活性成分之一。在我们先前的研究中，我们鉴定出GP是一种独特的大蒜水溶性多糖，平均聚合度（DP≈10）。我们此前已证明GP可有效调节免疫反应，并在结肠炎模型中恢复肠道微生物生态，确立了其与肠道微生物组相互作用和重塑的能力（Shao等，2020；Wu等，2024）。鉴于肠道菌群重塑是饮食多糖发挥代谢益处的核心机制，我们认为GP已知的微生物组调节活性可能延伸至脂质代谢的调节，特别是在高脂饮食诱导菌群失调的早期阶段，这一功能尚未被探索。

本研究探讨了GP对抗早期高脂饮食诱导脂质蓄积的能力，并阐明潜在的肠道微生物机制。我们首先利用2周HFD小鼠模型建立了GP在减轻内脏脂肪蓄积和血脂异常方面的体内功效。为精确阐明这一保护作用的微生物学基础——排除宿主吸收和饮食干扰的影响——我们采用以GP为唯一碳源的体外粪便发酵系统，并结合16S rRNA基因测序和基于PICRUSt2的功能预测。该方法揭示GP特异性地抑制产乳酸菌群及其相关发酵途径的过度增殖，导致终末乳酸蓄积显著减少。最后，通过HepG2细胞实验直接验证了乳酸的促脂合成作用，并确认了GP驱动的乳酸限制与肝脏脂质稳态改善之间的机制联系。

章节摘要

GP的提取与表征

GP提取自金乡大蒜，其新鲜重量中多糖含量为26%-30%。GP的提取、纯化和结构表征方法参考并改良了Shao等人的方案（Shao等，2020）。具体而言，GP通过热水提取、乙醇沉淀和脱蛋白处理，随后利用DEAE-52和Sephadex G-100柱进行纯化。其结构表征使用了HPGPC、HPIEC、甲基化-GC-MS、FTIR等技术。

GP有效缓解早期HFD小鼠的脂质蓄积

与正常饮食（ND）组小鼠相比，高脂饮食喂养两周后体重增加显著增加（P = 0.0001），腹股沟白色脂肪组织（iWAT，P = 0.0188）、生殖白色脂肪组织（gWAT，P = 0.0081）和肠系膜白色脂肪组织（mWAT，P = 0.0057）质量均显著增加（图1B，D–F及补充图2），证实该短期饮食挑战成功建立了早期脂肪蓄积模型。重要的是，两周HFD喂养尚未引发明显的肝脏脂质蓄积或LDL-C升高。

讨论

本研究确立了一个此前未被认识的大蒜多糖功能，即保护机体免受早期高脂饮食诱导的脂质蓄积，并鉴定出抑制肠道微生物乳酸过度产生是这一保护作用的机制基础。利用2周HFD小鼠模型，我们证明GP在肝脏脂肪变性尚未发生的一个阶段即可有效减轻内脏脂肪蓄积和血脂异常，确认了其早期干预的能力。

结论

总之，我们的研究确立了GP在预防早期高脂饮食诱导脂质蓄积方面优于HP。通过整合体外发酵模型，我们鉴定出这一生理益处源于精确的微生物生态重塑。首先，GP抑制产乳酸菌群（如Ligilactobacillus）及其相关酶系，同时富集Parabacteroides以替代缺失的Bacteroides。因此，这种靶向性

作者贡献声明（CRediT）

余国兴：初稿撰写、可视化、软件、调查、数据整理、概念构思。林擎冉：调查、形式化分析。罗楷文：资源、数据整理。周天雨：软件、资源。姚红：审阅与编辑、监督、资金支持获取。吴羲阳：审阅与编辑、监督、资金支持获取。邓清伟：审阅与编辑、资源。塔希尔·穆罕默德：审阅与编辑。德尔德·米克森：审阅与

利益冲突声明

作者声明他们不存在可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

数据可用性

本文使用的数据属于机密信息。

利益冲突声明

? 作者声明他们不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究获得广东省国际科学技术合作项目（项目编号：2023A0505050160）、国家自然科学基金（编号：32502212和32001708）、广东省国际科学技术合作基地项目（2021A0505020016）以及广州市科技项目（项目编号：2025A04J3352）的资助。

余国兴|林擎冉|罗楷文|周天雨|邓清伟|塔希尔·穆罕默德|德尔德·米克森|姚红|吴羲阳

暨南大学食品科学与工程系，中国广州 510632