引言
在现代饮食模式中，高能量密度食物（如高脂肪和高糖饮食）的过度消费、宏量营养素组成的不平衡以及膳食纤维摄入不足变得越来越普遍（Pan et al., 2025; Tufail & Schmitz, 2025）。这些不健康的饮食习惯与多种代谢紊乱密切相关，包括肥胖、胰岛素抵抗、血脂异常、肝脏脂质积累和葡萄糖稳态受损（Du et al., 2025; Sepúlveda-Pontigo et al., 2025）。新兴证据表明，这种由饮食引起的代谢紊乱与肠道微生物群的组成和功能的改变密切相关（Wang, Li, et al., 2025c; Xiao et al., 2024）。具体来说，饮食失衡会导致肠道微生物群失调，其特征是微生物多样性降低、厚壁菌门/拟杆菌门（F/B）比例失衡、有益共生细菌减少以及机会性微生物增多（Cai et al., 2024; Jiang et al., 2024）。这些变化通过破坏黏液屏障、增加肠道通透性和改变微生物代谢物谱型（特别是短链脂肪酸SCFAs）来扰乱肠道稳态，从而加剧宿主的代谢功能障碍（Zhao et al., 2022, 2023）。由于饮食是肠道微生物群的主要调节因素，因此营养干预策略已成为恢复微生物平衡和改善代谢健康的有效且实用的方法。
在各种饮食策略中，针对肠道微生物群调节的功能性食品成分的开发受到了广泛关注。Akkermansia muciniphila是一种存在于肠道黏液层中的黏蛋白降解细菌，它与宿主肠道稳态和代谢健康有很强的关联性（Bakshani et al., 2025; Ioannou et al., 2025; Wu et al., 2025; Zhang, Liu, et al., 2025）。越来越多的证据表明，饮食成分可以调节A. muciniphila的数量和活性，从而影响宿主与微生物群之间的相互作用。最近的研究表明，活的A. muciniphila补充剂可以有效缓解饮食引起的肥胖和胰岛素抵抗，减少肝脏脂肪变性，减轻肠道炎症，并通过上调紧密连接蛋白表达和黏液分泌来增强肠道屏障功能（Gao et al., 2024; Tang et al., 2024; Wang & Fan et al., 2025b）。然而，由于A. muciniphila严格的厌氧要求、在加工和储存过程中的稳定性有限以及在胃肠道条件下的存活率低，直接将其纳入食品系统仍然具有挑战性。超过90%的活A. muciniphila细胞在上消化道被胃酸和胆盐灭活，限制了它们到达主要作用部位结肠的能力。此外，活A. muciniphila的服用可能会带来潜在的生物安全风险，包括细菌血症和心内膜炎等机会性感染，尤其是在免疫系统受损的个体和肠道屏障功能受损的患者中，因此其适用范围受到限制（Peng et al., 2020）。这些限制阻碍了其作为功能性食品成分的实际应用。
为了克服活性益生菌的上述局限性，后生物制剂作为一种更安全、更稳定的替代品出现在食品应用中。2021年，国际益生菌和益生元科学协会（ISAPP）正式将后生物制剂定义为对宿主具有健康益处的无生命微生物和/或其成分（Ioannou et al., 2025）。与活性益生菌相比，后生物制剂具有更好的加工和储存稳定性，对胃肠道条件的耐受性更强，安全风险更低，包括不存在水平基因转移或机会性感染的风险，从而扩大了其在功能性食品系统中的应用范围（Abraham et al., 2025; Wu et al., 2025）。一项里程碑式的研究首次证实，经过巴氏杀菌（热灭活）的A. muciniphila对其宿主代谢的有益效果甚至优于其活的形式，这引发了人们对A. muciniphila后生物制剂的广泛研究兴趣（Depommier et al., 2019）。后续研究进一步证实，灭活的A. muciniphila可以调节肠道屏障功能，减轻肠道炎症，并改善宿主的代谢紊乱（Gao et al., 2024; Mo et al., 2024; Wang & Wang et al., 2025a; Wu et al., 2025; Zhou, 2017）。这些发现共同支持将其作为针对肠道微生物群的饮食干预策略中的有前途的后生物制剂候选者。尽管取得了这些进展，但关于A. muciniphila后生物制剂的代谢组成和生物活性的影响，尤其是制备方法对其的影响，仍然研究不足。此外，缺乏标准化生产和质量控制协议继续阻碍其在食品系统中的工业应用。
目前，A. muciniphila后生物制剂的制备主要依赖于单一的热灭活方法，而高压处理、紫外线照射和超声波处理等替代方法尚未得到充分探索（Chervet et al., 2025; Liang & Xing, 2023）。然而，过度的热处理可能会损害热敏性生物活性成分的完整性，包括蛋白质、肽和小分子代谢物，从而降低所得后生物制剂的功能效果。作为一种特定分解黏蛋白的细菌，A. muciniphila的生长和代谢活动高度依赖于黏蛋白，黏蛋白是其主要的碳和氮来源（Bakshani et al., 2025; Liu et al., 2025; Tang et al., 2024）。因此，在培养过程中补充黏蛋白已被证明可以促进A. muciniphila的增殖，并上调与肠道健康相关的功能性代谢物的产生，这是一种提高后生物制剂功能的有效策略（Zhao et al., 2024）。同时，超声波辅助灭活已被广泛用于后生物制剂的制备，因为它能够破坏细菌细胞结构并促进细胞内生物活性化合物的释放。重要的是，这种方法可以在相对温和的热条件下进行，从而保留热敏性代谢物，并部分克服传统热灭活的局限性。尽管取得了这些进展，但关于将黏蛋白补充与超声波辅助热灭活结合用于A. muciniphila后生物制剂制备的系统评估仍然缺乏。因此，这种后生物制剂的代谢组谱型和关键功能成分尚未得到全面表征，A. muciniphila后生物制剂对人类肠道微生物群的调控作用也尚未得到系统的阐明。
因此，本研究旨在通过整合后生物制剂的制备和功能评估来解决上述研究空白。首先，采用黏蛋白补充与超声波辅助热灭活（U300W）相结合的方法制备了A. muciniphila后生物制剂，并利用基于UHPLC-Q-TOF/MS的无需目标检测的代谢组学方法对其代谢组谱型进行了全面分析，以识别核心功能成分。U300W相对于传统制备的后生物制剂（FM0%）在氨基酸和嘌呤代谢物方面的优势为其在后续实验中作为活性成分的选择提供了功能依据。因此，本研究在发酵实验中未将FM0%负载的颗粒作为平行处理组。其次，通过挤压-球形化工艺使用丁酰化淀粉涂层制备了靶向结肠的后生物制剂颗粒，实现了后生物制剂向结肠的控释。最后，采用in vitro人类粪便发酵模型结合16S rRNA高通量测序、PICRUSt2基于的功能预测和GC-MS，系统评估了这些配制剂颗粒对肠道微生物群组成、多样性、代谢功能和SCFAs产生的时间和剂量依赖性影响。总体而言，本研究提供了将后生物制剂的功能组成与肠道微生物群重塑联系起来的机制和技术框架，并为A. muciniphila后生物制剂作为靶向结肠的功能性食品成分的发展提供了科学支持。
章节片段
材料
Akkermansia muciniphila标准菌株（GDMCC NO. 1.1346）购自中国广东省微生物培养中心。丁酰化玉米淀粉（BS, DS = 1.79 ± 0.39, Mw = 5.641?106 g/mol）是通过吡啶溶剂法合成的。微晶纤维素、交联羧甲基纤维素、黏蛋白和羟丙基甲基纤维素购自中国上海的Yuanye Biotechnology有限公司。脑心浸出液（BHI）培养基购自HuanKai Microbial公司。
超声波处理后的A. muciniphila后生物制剂的代谢组学特征
如图1A所示，高分辨率质谱检测到总共2420种代谢物，其中正离子模式下有1449种，负离子模式下有971种。在人类代谢组数据库（HMDB）的超类水平上进行数据整合和注释后，有机酸及其衍生物是最丰富的类别，其次是有机杂环化合物、脂质和类脂质分子以及苯类化合物。与FM0%相比，U300W保持了相同的组成
结论
本研究开发了加载了丁酰化淀粉涂层的靶向结肠的后生物制剂A. muciniphila颗粒。通过与黏蛋白补充结合超声波辅助热灭活制备的A. muciniphila后生物制剂，显示出富含氨基酸、嘌呤代谢物和有机酸衍生物的独特且稳定的代谢谱型，这相对于传统热灭活的制剂来说是一个显著优势。丁酰化淀粉涂层的颗粒具有梯度负载
CRediT作者贡献声明
Jiahao Li:撰写 – 原初草案，方法学，正式分析，数据整理，概念化。Xixi Zeng:可视化，验证，方法学，正式分析，概念化。Qiyong Guo:可视化，验证，正式分析。Zengjiang Zhang:撰写 – 审稿与编辑，正式分析，数据整理，概念化。Ling Chen:撰写 – 审稿与编辑，监督，项目管理，资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢中国国家重点研发计划（2022YFF1100101）和国家自然科学基金（32372276）的财政支持。
Jiahao Li|Xixi Zeng|Qiyong Guo|Zengjiang Zhang|Ling Chen
