香港理工大学：黑树莓多酚与不同来源的肠道菌群互作及代谢归宿的研究

展源 2022-12-05

香港理工大学赵丹玥课题组：黑树莓多酚与不同来源的肠道菌群互作及代谢归宿的研究 Food Chemistry ●近日，香港理工大学赵丹玥助理教授（通讯作者）课题组在《Food Chemistry》(IF=9.23

香港理工大学赵丹玥课题组：黑树莓多酚与不同来源的肠道菌群互作及代谢归宿的研究

Food Chemistry

●近日，香港理工大学赵丹玥助理教授（通讯作者）课题组在《Food Chemistry》(IF=9.23, JCR Q1)上发表题为“Metabolic fate of black raspberry polyphenols in association with gut microbiota of different origins in vitro”的研究论文，主要探究的问题为：“具有什么特征的肠道菌群可以产生特定的有生物活性且易于吸收的多酚代谢物？而这些酚类物质又如何影响不同来源的肠道菌群？”首次采用优化工艺提取黑树莓多酚，课题组应用超高效液相色谱串联高分辨率质谱（UHPLC-QTOF-MS/MS）对黑树莓多酚进行了综合表征分析，并对来自成人、婴儿、大鼠以及小鼠的肠道菌群（来源于新鲜粪便）进行体外厌氧发酵比较发酵前后的酚类成分（代谢组学方法）和肠道菌群组成（16S rDNA测序）。生物信息学综合分析结果揭示了独特的多酚-菌群相互作用，并且发现了多种可以将难以吸收的黑树莓多酚转化为有生物活性且可被吸收利用的多酚代谢物的细菌种类。香港理工大学应用生物及化学科技系的陈逸天、黄可晴以及香港城市大学的黄嘉婷为并列第一作者。

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成果介绍

多酚在植源性食物中普遍存在，有多重健康功效，但大多数多酚类化合物生物利用度极低。由于大多数多酚无法被小肠吸收而进入大肠，并在大肠内被代谢成具有多种生物活性且更具生物利用度的代谢产物，因此肠道菌群的组成对于多酚能够最大限度地发挥健康益处至关重要。黑树莓 (Black raspberry，简称BRB) 中富含可促进健康但难以吸收的多酚，主要是鞣花单宁 (Ellagitannin) 和花青素 (Anthocyanin)。找到可以有效代谢难以吸收的多酚物质的菌种，对于促进多酚分解成更好吸收的活性小分子物质有着重要的意义。

本研究首次采用了响应面法（RSM）优化从黑树莓中提取（图1）及纯化多酚的工艺，并采用了三个 UHPLC 系统，结合二极管阵列检测 (DAD) 或串联质谱 (MS/MS) 分析BRB提取物的多酚成分及其代谢组，其中包括使用UHPLC-DAD 进行总体代谢趋势分析，使用UHPLC-QTOF-MS/MS进行非靶向酚类物质分析，以及使用UHPLC-QqQ-MS/MS进行靶向酚类代谢物分析。肠道菌群分析方面，采用16S rDNA测序分析组成及多样性。最后使用Spearman相关性分析将肠道菌群特征与代谢物组分进行关联。

图1 通过响应曲面法优化黑树莓多酚的提取（以总酚含量为主要评价标准）

代谢组学分析的结果（图2）揭示了不同来源的肠道菌群改变酚类代谢组的独特能力。如图2A所示，接种了成人粪便菌群发酵后尿石素 (Urolithin) 含量有明显增加，特别是最主要的代谢物—尿石素A，其次是尿石素C和M7。此外，如图2C所示，接种了大鼠菌群发酵后鞣花酸 (Ellagic acid, EA) 向尿石素M6和尿石素C的转化很显著。在成人发酵样品中，尿石素M6没有观察到如此明显的增加，这可能是由于负责分解代谢EA的细菌在不同肠道菌群之间有较大差异。相反地，在婴儿样本中未检测到尿石素，它们的EA含量也保持相对恒定，这可能是由于婴儿肠道不存在产生尿石素的细菌，或者其含量极低。

图2 在BRB提取物中添加不同来源微生物发酵后的酚类化合物的变化分析

肠道菌群的α多样性以及β多样性分析表明，不同来源的肠道菌群受到BRB提取物的影响程度差别很大（图3）。

图3 肠道菌群多样性分析

微生物种类与酚类代谢物的相关性分析（图4）提供了关于关键细菌种类鉴定的宝贵信息，例如普通拟杆菌 (Bacteroides vulgatus)、直肠真杆菌 (Eubacterium rectale) 和普氏梭菌 (Faecalibacterium prausnitzii)的丰度与一些酚类代谢产物的含量呈正相关，它们很有可能是参与代谢生产这些具有生物活性和生物利用度的酚类代谢物的关键细菌。此外，特定的酚类化合物，例如5-(3,4-二羟基苯基)戊酸 (3,4-diHPVA)，没食子酸 (Gallic acid)和3-(4-羟基苯基)丙酸 (4-HPPA)，能够在抑制致病菌的同时增加有益菌的丰度。