《食品科学》：新疆农业大学王伟副教授等：芜菁多糖对人源化小鼠胆汁酸代谢和肠道菌群的影响

芜菁（Brassica rapa L.），又被称为“圆根”“盘菜”“恰玛古”等。芜菁是一种药食同源类植物，其花、根、种子均可作为药材，含有碳水化合物、矿物质、维生素和胡萝卜素等多种营养成分。芜菁多糖（BRAP1-1）是芜菁块根中主要的营养物质和生物活性成分，在抗肿瘤、抗氧化、抗炎等方面显示出良好的潜在药用活性。

胆汁酸是一种含有24 个碳原子的胆烷酸衍生物，是人体重要的代谢信号因子，其中胆汁酸与肠道菌群之间相互影响。粪便中胆汁酸成分及含量的检测可以为了解体内健康状态，研究疾病发生及发展机制提供新的理论依据和研究靶点。

实验动物在生理代谢及肠道菌群构成方面与人类的存在显著差异。人源化（HFA）小鼠能相对真实地反映人肠道中的菌群环境，该模型已被证实可应用于肠道菌群方面的研究，并且可有效地避免人体实验的伦理问题。本实验室前期研究表明BRAP1-1在体外粪便悬浊液发酵过程中可有效改善肠道微生物的结构与组成。

新疆农业大学食品科学与药学学院的张梦莹、提佳艺、王伟*等人通过建立人源化小鼠模型探讨BRAP1-1对小鼠体内胆汁酸代谢过程及肠道菌群结构的影响与调节作用。旨在为理解胆汁酸与肠道菌群之间的相互作用提供新的视角，也为BRAP1-1功能性食品的研究与开发提供科学依据。

1 BRAP1-1对小鼠体质量和脏器指数影响

如图1a所示，各组小鼠体质量均高于造模前水平，并且小鼠在造模前到造模后体质量增长速度较快，造模后到摄入BRAP1-1这个时间段内体质量增长速度减慢。在摄入BRAP1-1后，其他3 组小鼠体质量均低于CK组，表明长期摄入BRAP1-1可以控制小鼠的体质量。如图1b、c所示，LB组、HB组、IN组小鼠胸腺指数均显著高于CK组（P＜0.05），HB组和IN组胸腺指数并无显著差异（P＞0.05），其中HB组胸腺指数最高，为2.92 mg/g；CK组和LB组脾脏指数差异不显著（P＞0.05），HB组和IN组小鼠脾脏指数无显著差异（P＞0.05），但都显著高于CK组和LB组（P＜0.05）。表明高剂量的BRAP1-1能有效提高小鼠胸腺指数和脾脏指数，且与IN组无显著差异（P＞0.05）。这可能是由于BRAP1-1在小鼠体内通过影响糖代谢和激素水平，同时促进其细胞因子的分泌、免疫细胞增殖及分化等机制，从而有效提高了小鼠的胸腺指数和脾脏指数，进一步证明了BRAP1-1在增强机体免疫功能方面具有显著作用，这与文献研究结果一致。

2 BRAP1-1对小鼠血清中生化指标的影响

小鼠血清中TC和TG含量变化与其体内脂质代谢密切相关，由图2a、b可知，TG浓度最高为CK组（（1.29±0.11）mmol/L），最低为HB组（（1.04±0.22）mmol/L），4 组中TG浓度并无显著差异（P＞0.05）；CK组中的TC浓度显著高于其他3 组（P＜0.05），LB组和HB组TC浓度差异显著（P＜0.05），这可能是多糖通过调节脂质代谢相关酶的活性或影响脂质代谢相关基因的表达，从而降低了血清中的TC含量，也可能是因为BRAP1-1通过调节肠道菌群间接影响了脂质代谢。MDA作为脂质过氧化后的主要产物，其含量变化能够间接体现机体细胞遭受自由基攻击的程度，对生物体内的生理活性研究具有重要意义。由图2c可知，随着BRAP1-1剂量增高，MDA浓度整体呈现下降趋势，CK组浓度最高且与其他各组之间差异显著（P＜0.05），不同BRAP1-1剂量组间MDA浓度并无显著变化（P＞0.05）。

3 BRAP1-1对小鼠结肠组织形态的影响

结肠组织切片可以清晰地观察到结肠组织的形态和结构，对反映组织的病变情况具有重要的作用。由图3可知，相较于CK组，LB、HB、IN组小鼠结肠形态规则，隐窝和杯状细胞排列有序、形态清晰（图中方框），说明BRAP1-1可提高结肠绒毛的发育程度。

4 小鼠粪便中胆汁酸的靶向代谢组学分析

4.1 小鼠粪便中胆汁酸的含量

如图4a所示，相较于CK组，其他3 组中33种粪便胆汁酸的总含量显著增加，LB、HB、IN组粪便中总胆汁酸的含量分别升高了24.14%、25.47%、27.37%（P＜0.05），其中实验组总胆汁酸含量呈现LB组＜HB组＜IN组，但组间无显著差异（P＞0.05），胆汁酸的组成可分为4 类：初级胆汁酸、次级胆汁酸、初级结合型胆汁酸和次级结合型胆汁酸。如图4b所示，4 组的初级胆汁酸含量没有显著差异（P＞0.05），但相对于CK组，其他3 组有不同程度的升高。而次级胆汁酸中，LB组、HB组和IN组都显著高于CK组（P＜0.05），相对于IN组，LB组和HB组分别降低5.33%和6.26%。由图4c可以看出，LB组的初级结合胆汁酸显著高于其他组（P＜0.05），这可能是由于在不同剂量下，BRAP1-1对胆汁酸代谢的影响可能呈现非线性关系，也有可能是小鼠之间存在个体差异，导致不同组别之间出现差异。而在次级结合胆汁酸中CK组显著高于其他各组（P＜0.05），其他各组并无显著差异（P＞0.05）。综上所述，BRAP1-1的干预整体上增加了小鼠粪便中总胆汁酸、初级胆汁酸和次级胆汁酸的水平，改变了粪便中胆汁酸的组成，能显著促进小鼠胆汁酸的排泄。

4.2 胆汁酸丰度分析

丰度柱形图揭示了小鼠粪便中胆汁酸的占比情况，图5为丰度前18的胆汁酸，相较于CK组，LB组中HDCA、DCA、LCA显著提高，同时HDCA在3 个实验组都出现增加的现象，相关研究表明HDCA能显著增加益生菌的丰度，上调肝脏法尼松X受体的表达，在治疗非酒精性脂肪性肝病方面表现出独特的机制和治疗潜力；而CA、β-MCA、α-MCA、T-α-MCA所占比例则相对减少。相对于LB组，HB组中的HDCA、β-MCA、CDCA有不同程度的增加。

4.3 胆汁酸代谢主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）

如图6所示，PC1方差贡献率为54.98%，PC2方差贡献率为13.03%，表明通过前两个主成分解释了大约68%的数据变异，说明小鼠粪便中胆汁酸结构和种类多样，数据分布较为分散。CK组和其他3 组的散点呈现明显的分离，说明给予多糖可以致使小鼠粪便胆汁酸组成发生变化；LB组和HB组也呈现明显的分离趋势，说明不同浓度的BRAP1-1对胆汁酸代谢有一定的影响；然而HB组和IN组散点聚集在一定区域内，说明BRAP1-1和菊粉对于小鼠粪便胆汁酸代谢组成具有一定的相似性。

如图7所示，4 组散点均明显分离，同时每组内散点相对聚集。表明CK组、LB组、HB组和IN组之间的粪便胆汁酸组成均存在差异。通过置换检验验证OPLS-DA模型拟合效果，Q2的回归线在纵坐标轴上的截距小于0，表明此模型无过度拟合现象，具有较好的可预测性和拟合度，可准确地描述数据。

4.4 胆汁酸差异代谢物筛选及京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析

以变量投影重要性（VIP）＞1，P＜0.05为筛选条件，从33种胆汁酸中筛选出各组之间的差异胆汁酸，结果如表3所示。相对于CK组，LB组有7种胆汁酸水平变化显著，其中HDCA、alloLCA、3β-UDCA、HCA、TCA、T-α-MCA显著上调（P＜0.05），TUDCA显著下调（P＜0.05）；HB组TDCA、HDCA、isoLCA、alloLCA、CDCA、HCA水平显著升高（P＜0.05，P＜0.01），TDCA、TUDCA水平显著降低（P＜0.05）。相对IN组，LB组HCA水平显著升高（P＜0.05），NorCA、GDCA水平显著降低（P＜0.05）；HB组GUDCA和HCA水平显著升高（P＜0.05），NorCA水平显著降低（P＜0.05）。

由图8可知，CK组和LB组的差异代谢物被显著富集的KEGG通路有5 条，分别为牛磺酸和次牛磺酸代谢、代谢途径、胆固醇代谢、初级胆汁酸生物合成、胆汁分泌。CK组和HB组的差异代谢物被显著富集的KEGG通路有3 条，分别为代谢途径、初级胆汁酸生物合成、胆汁分泌。CK组和HB组显著富集的KEGG通路有3 条，分别为胆固醇代谢、初级胆汁酸生物合成、胆汁分泌。

5 BRAP1-1对小鼠肠道菌群影响

5.1α多样性分析

α多样性能够反映微生物群落的丰度和多样性。如表3所示，与CK组相比，其他3 组中ACE指数、Chao1指数显著上升（P＜0.05），说明实验组的多糖能促进一些特定细菌的生长，使得菌群丰度和物种数目相对增加。在LB组和HB组中，Shannon指数、ACE指数和Chao1指数相对于CK组显著升高（P＜0.05），说明随着多糖浓度的增加，肠道菌群多样性呈现一定浓度效应。对比各实验组的Simpson指数，从整体来看，CK组＞LB组＞IN组＞HB组，且CK组与HB、IN组之间存在显著差异（P＜0.05），LB组、HB组和IN组并无显著差异（P＞0.05）。以上结果说明不同浓度BRAP1-1的添加对肠道菌群总数和肠道菌群结构多样性具有一定调节作用。

5.2

β多样性分析在微生物群落研究中用于评估不同样本之间微生物组成的相似性或差异性。由图9可以看出，PC1方差贡献率为60.70%，PC2方差贡献率为13.53%，表明通过前两个主成分解释了大约74%的数据变异。与CK组相比，其他3 组的位置发生了明显位移，表明BRAP1-1的摄入可以引起小鼠肠道菌群的差异；但LB组相较于HB组未发生明显位移，表明两者群落组成较为相似。从整体来说，各组样本菌群结构相对有较大差异，肠道菌群组成发生了一定程度的改变，菌群结构较为复杂。

5.3 肠道菌群结构分析

在属水平上，选取丰度排名前30的物种进行分析，如图10所示，属水平鉴定出的微生物主要包括赖氨酸芽孢杆菌（Lysinibacillus）、UCG-005、Solibacillus、理研菌科_RC9肠群（Rikenellaceae_RC9_gut_group）、拟杆菌属（Bacteroides）、另枝菌属（Alistipes）、克里斯滕森氏菌（Christensenellaceae_R-7_group）、真杆菌属（[Eubacterium]_coprostanoligenes_group_genus）等。其中赖氨酸芽孢杆菌（Lysinibacillus）和UCG-005占比最高，平均占比为26.45%和8.80%。与CK组相比，不同浓度BRAP1-1组中赖氨酸芽孢杆菌（Lysinibacillus）、Solibacillus、理研菌科_RC9肠群（Rikenellaceae_RC9_gut_group）、拟杆菌属（Bacteroides）、另枝菌属（Alistipes）的丰度升高；dgA-11_gut_group、Monoglobus、p-251-o5_genus、密螺旋体属（Treponema）、丛毛单胞菌属（Comamonas）、黄杆菌属（Flavobacterium）的丰度降低。其中Rikenellaceae_RC9_gut_group是一种重要的肠道细菌类群，在维持肠道菌群多样性、与疾病的关系以及与其他菌群的相互作用等方面可能具有重要作用，黄亦辉等在槐耳醇提物对小鼠胃癌抑制作用及对肠道菌群影响的研究中发现，槐耳醇提物干预后的小鼠肠道菌群中，Rikenellaceae_RC9_gut_group相对丰度增加。Alistipes是肠道重要菌属，该菌属对机体既有益又有害。Alistipes finegoldii能有效缓解由葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎小鼠症状，但又能通过白细胞介素-6/信号转导和转录激活因子3信号（interleukin-6/signal transducer and activator of transcription 3 signaling，IL-6/STAT3）通路促进右半结肠癌。研究结果表明，通过添加不同浓度的BRAP1-1，各组别小鼠肠道菌群中Alistipes相对丰度略有上升，但整体上能够维持平衡。由图10可知，黄杆菌属（Flavobacterium）在CK中占比3.34%，其他3 组中几乎不存在。黄杆菌属（Flavobacterium）作为一种肠道致病菌，其在肠道中的增殖可能改变肠道菌群的结构，导致某些有益菌的减少和有害菌的增多。

6 BRAP1-1对小鼠产SCFAs的影响

SCFAs包括乙酸、丙酸、丁酸等，由特定肠道菌群通过分解代谢碳水化合物所产生，如表4所示，与CK组相比，LB组和HB组的乙酸、丁酸、异丁酸含量显著升高（P＜0.05），IN组的乙酸、丙酸、异丁酸含量显著升高（P＜0.05）。相较于IN组，LB组乙酸和丙酸含量显著降低（P＜0.05），HB组丙酸含量显著降低（P＜0.05），异丁酸含量则显著升高（P＜0.05）。各组的戊酸和异戊酸含量都高于CK组，但差异并不显著（P＞0.05）。结果表明，添加一定浓度的BRAP1-1能够有效促进SCFAs的产生，对肠道环境具有一定的改善作用。

7 粪便胆汁酸组成与肠道微生物群相关性分析

如图11所示，小鼠粪便胆汁酸组成与肠道菌群具有较强的相关性，其中Christensenellaceae_R-7_group菌属与LCA、CDCA呈正相关；Muribaculaceae_genus菌属与GDCA、CDCA、LCA呈正相关；这些菌属在不同浓度BRAP1-1的作用下丰度有所升高，同时在Yu Zichao等的研究中发现，Muribaculaceae_genus等肠道微生物在治疗肝纤维化中发挥重要作用，此外，其丰度变化与胆汁酸谱的变化密切相关。Flavobacterium、p-251-o5_genus等菌属与TUDCA、TDCA呈正相关，与HDCA、alloLCA、3β-UDCA呈负相关。Bacteroides菌属与TUDCA、TCDCA、THCA呈负相关，与HDCA呈正相关，这些菌属可能与肠道中胆汁酸的代谢转化过程存在关联。

讨论与结论

BRAP1-1作为一种天然的植物多糖，以多种方式参与调控机体脂质代谢、胆固醇合成和分解、胆汁酸的合成和代谢等生理过程，在维持或改善脂质代谢平衡中发挥着重要的作用。其中胆汁酸作为体内关键的代谢信号分子，不仅参与了营养物质的消化吸收过程，同时在调节脂质代谢、葡萄糖稳态以及能量平衡中具有一定作用。有相关研究表明胆汁酸能刺激胰腺分泌胰液从而帮助人体消化脂肪，同时胆汁酸的的淤积会造成肝脏功能的损伤。此外，有研究表明，部分次级胆汁酸如TCA、UDCA及TUDCA等，在抗炎作用、脂质代谢调节以及肝脏保护方面展现出了显著的效果。本研究则是通过灌胃健康人体粪便悬浊液建立人源化小鼠模型，实验结果表明，补充一定剂量BRAP1-1能够促进人源化小鼠粪便胆汁酸的排出和抑制小鼠体质量增长，这与蒋燕妮等得出的结论一致。相对于CK组，其他3 组中33种粪便胆汁酸的总含量显著增加，同时显著增加了次级胆汁酸的含量（P＜0.05）。这可能是因为肠道菌群在胆汁酸肠道生物转化中起到了关键的作用，胆汁酸脱羟基是肠道微生物介导的关键转化之一，7α-脱羟基是经典途径的限速酶，CA和CDCA经肠道菌群中某些菌属的修饰后，生成DCA和LCA，从而将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸。通过多元统计分析和差异胆汁酸筛选发现，与CK组相比，LB组和HB组中均有7种差异胆汁酸，其中多种胆汁酸被证明具有一系列的生物活性，可能在BRAP1-1调节脂质异常的过程中发挥着关键作用，并通过KEGG富集分析得出各组之间的不同代谢通路。

大部分多糖不能被人体直接消化吸收，却可以通过人体消化道安全到达远端肠道后与肠道菌群相互作用。多糖能够作为肠道菌群的能量来源，促进有益菌群的生长，并通过其代谢副产物调节肠道菌群的构成，进而改变肠道微生态的多样性，从而发挥益生元的功能。在健康人体的肠道微生物群落中，厚壁菌门和拟杆菌门占比超过90%，此外还包括少量的变形菌门和放线菌门细菌等。有研究结果表明变形菌门的增多被视为肠道生态失衡的一个标志，其丰度的上升会触发肠道生态的紊乱，而拟杆菌门则被视为与肠道黏膜相关联的细菌，其丰度变化与促炎因子的水平呈正相关，它的失衡可能导致细菌感染、腹泻以及肠炎等一系列胃肠道疾病的发生。本研究通过16S rDNA技术对灌胃BRAP1-1的不同剂量组人源化小鼠粪便进行检测，研究表明，与CK组相比，不同浓度BRAP1-1组中Lysinibacillus、Rikenellaceae_RC9_gut_group、Bacteroides、Alistipes的丰度升高；dgA-11_gut_group、Monoglobus、p-251-o5_genus、Flavobacterium的丰度降低。故添加一定剂量的BRAP1-1显著增加了小鼠粪便中有益菌相对丰度，降低了有害菌的丰度，并显著提高了粪便中SCFAs的含量。对肠道菌群和胆汁酸代谢组成进行相关性分析，Christensenellaceae_R-7_group、Muribaculaceae_genus等有益菌属与GDCA、CDCA、LCA呈正相关，表明BRAP1-1是通过调控肠道菌群、促进胆汁酸转化，从而维持肠道稳态。

综上所述，BRAP1-1可能通过对结肠组织结构进行改善，调整肠道菌群的结构和丰度，以及提升有益代谢物的含量和代谢能力，从而对肠道起到保护作用。本研究可为BRAP1-1进一步应用于功能性食品领域提供科学依据，为肠道菌群在代谢病防治及相关天然产物的研究与开发提供新思路。

作者简介

通信作者：

王伟 副教授

新疆农业大学食品科学与药学学院

王伟，男，1978年4月生，博士（后），副教授，硕士生导师，新疆农业大学食品科学与药学学院食品营养与安全系主任，主要从事林果加工及营养调控方面的研究工作。先后主持、参加国家级、省部级等科研项目20余项，发表科研论文50余篇，其中在《International Journal of Food Science & Technology》《International Journal of Biological Macromolecules》等杂志上发表SCI文章20余篇，申请国家发明专利3 项。参编《食品标准与法规》、《食品微生物检验》《食品专业英语》等普通高等院校食品科学与工程、食品质量与安全专业的本科教材三部；以第一作者获得第十六届自治区自然科学优秀学术论文二等奖1 项。同时以第一指导教师指导学生先后获得中国研究生乡村振兴科技强农+创新大赛之第一届乡村振兴志愿服务技能大赛全国决赛二等奖1 项、全国大学生“食品安全与营养中国行”志愿服务大赛全国总决赛二等奖1 项、第十四届全国大学生电子商务“创新、创意及创业”挑战赛全国总决赛二等奖1 项、第六届全国食品专业工程实践训练综合能力竞赛全国总决赛二等奖1 项、新疆自治区第二届大学生乡村振兴创意大赛决赛金奖1 项、第九届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛新疆赛区银奖1 项、第十三届“挑战杯”自治区大学生创业计划竞赛中新疆赛区铜奖1 项。

第一作者：

张梦莹 硕士研究生

新疆农业大学食品科学与药学学院

张梦莹，女，硕士研究生，新疆农业大学食品科学与工程专业，主要研究方向为活性成分提取及营养调控。共以第一作者发表论文3 篇，其中包括中文EI 2 篇，中文核心1 篇，并获得硕士生学校奖学金和自治区奖学金。

本文《芜菁多糖对人源化小鼠胆汁酸代谢和肠道菌群的影响》来源于《食品科学》2025年46卷第12期191-201页，作者：张梦莹，提佳艺，李 薇，毕凯悦，吴予涵，李颜博，赵宇，王伟。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241130-214。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：陈丽先 ；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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