《食品科学》：福州大学严芬副教授等：褐藻胶寡糖调节肠道菌群稳态及短链脂肪酸代谢并改善炎症性肠病

褐藻胶寡糖（AOS）是由海藻酸盐水解产生的聚合度小于20的功能性寡糖。AOS的分子质量和黏度较低，使得人体更容易吸收。因此AOS比海藻酸盐具有更多对人体更积极的生物和药理学活性，包括免疫调节、抗菌活性和改善高血压作用，这种天然产物没有毒性、安全可靠，极大激发了人们在食品工业和医药行业中对AOS的兴趣。

炎症性肠病（IBD）是一种慢性非特异性肠道炎症性疾病，涉及直肠、结肠和回肠部位。溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）是IBD的两个主要类型，临床表现包括腹泻、腹痛和便血。

有研究表明，肠道微生物群落与IBD的发病机制密切相关。在IBD患者中有肠道菌群紊乱的症状，并且总是伴随着菌群的多样性和数量的减少。AOS被证实能够促进肠道双歧杆菌和乳杆菌的生长，并抑制肠杆菌和肠球菌生长。

福州大学生物科学与工程学院的任晓敏、秦明珍、严芬*等使用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导小鼠IBD模型，以AOS为治疗药物，通过测定体质量、结肠长度、疾病活动指数（DAI）评分和组织损伤探讨AOS对IBD的治疗作用，检测炎症因子（TNF-α、IL-1β、IL-6、NF-κB）和由紧密连接蛋白（ZO-1）和G蛋白偶联受体43（GPR43）组成的细胞因子以及肠道微生物菌群在肠道环境中产生的SCFAs，分析IBD的发病机制，以期为探究肠道微生物菌群及SCFAs代谢对IBD的调控作用、开发IBD益生元疗法的天然药物提供理论依据。

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AOS对DSS诱导结肠炎的影响

实验小鼠的体质量变化情况反应小鼠肠炎的严重程度，体质量下降越快则说明肠炎越严重。实验期间小鼠的体质量减轻情况如图1所示，正常组的体质量趋势相对稳定，其余组均在第6天开始出现体质量下降趋势。与模型组相比，给药阳性药物和不同含量AOS均有缓解小鼠体质量下降的作用，其中高剂量组对体质量减轻具有显著阻碍效应（P＜0.05），说明高剂量的AOS能够有效缓解肠炎小鼠体质量的下降，对结肠炎具有抑制作用。

DAI评分综合反应小鼠肠炎的严重程度，评分越高则肠炎越严重。实验期间的DAI评分结果如图2所示，与模型组相比，阳性对照组、AOS中剂量组及高剂量组DAI评分在一定程度上降低，其中AOS高剂量组小鼠与模型组小鼠相比DAI评分降低最显著（P＜0.01），说明说明高剂量的AOS能够有效降低肠炎小鼠DAI评分，对结肠炎具有抑制作用。

第10天处死小鼠并获取小鼠结肠，测量其长度。小鼠结肠长度反应肠炎的病变情况，结肠越短则小鼠炎症越严重。各组小鼠结肠长度如图3所示，相较于正常组，模型组结肠显著缩短，说明DSS诱导的小鼠炎症模型造模成功。阳性对照组和AOS低、中、高剂量组的小鼠结肠均比模型组的小鼠结肠长，其中同时AOS高剂量组与模型组相比具有显著差异（P＜0.01），这表明高浓度的AOS能够抑制肠炎小鼠的结肠缩短，对结肠炎具有抑制作用。

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AOS对组织病理学损伤的影响

观察处理后的小鼠结肠组织的病变状态，腺体结构损伤、黏膜溃疡和炎症细胞浸润等情况反应肠炎的严重程度。如图4所示，正常组结肠未见溃疡和坏死，固有层肠腺完整，排列有序。模型组的腺体扭曲、肿胀和排列无序，并且出现局部糜烂，同时在黏膜下和肌肉层中观察到许多炎症细胞。相较于模型组，低剂量AOS组炎症有所缓解但腺体仍相对肿胀。相比之下，用阳性药物、中剂量和高剂量AOS治疗的小鼠结肠组织阻止了炎症细胞的浸润，水肿的程度降低。说明一定量的AOS能够有效缓解和抑制结肠炎。

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AOS对细胞因子表达的影响

炎症细胞因子的增加通常伴随着结肠炎的发生，为探究AOS对结肠炎学小鼠细胞因子的影响，测定了AOS对结肠中的炎症细胞因子TNF-α、NF-κB、IL-6、IL-1β的影响。其中TNF-α、IL-6、IL-1β是常见的促炎因子，NF-κB参与调控多种细胞因子的表达和分泌，在IBD的发病过程中发挥作用。由图5可知，模型组的小鼠与正常小鼠相比，TNF-α、NF-κB、IL-6、IL-1β这4 种炎症因子的mRNA表达显著升高（图5A～D）。3 种剂量的AOS均明显抑制了IL-6和IL-1β的mRNA表达，并且高剂量组AOS显著降低了TNF-α和NF-κB的mRNA表达，说明AOS通过降低促炎因子的表达量缓解小鼠肠炎。

ZO-1是黏膜的重要组成部分，起着保护黏膜的作用。ZO-1的表达会影响黏膜结构对肠道的保护作用，表达下降可能会引发肠道疾病。在图5E中，相较于正常组，模型组ZO-1 mRNA表达明显减少，说明DSS药物引发了小鼠肠道炎症，而在阳性药物和中剂量AOS处理的小鼠中其表达量显著增加（P＜0.001），说明高剂量AOS能有效促进ZO-1的表达从而保护小鼠黏膜。

GPR43是肠道中SCFAs的一种受体，对肠道吸收SCFAs并发挥生理活性有重要作用。GPR43表达量的增加可能促进肠道菌群吸收SCFAs从而改善肠炎。由图5F可知，AOS对GPR43 mRNA表达的促进作用表现出明显的剂量依赖性，与模型组相比，高剂量能够促进GPR43的mRNA表达（P＜0.05）。

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AOS对粪便微生物群的影响

IBD患者常常伴随肠道菌群的失调，主要表现为菌群多样性和数量的降低。IBD患者的微生物失衡和免疫失调会使得肠道黏膜发生病变。健康人的肠道微生物丰富度通常较高，而炎症患者的肠道微生物种类较少。从生态学的角度来看，随着生物多样性的丰富，生态系统抵抗外界环境扰动的能力也会增强。并且，增加的微生物种类之间的竞争性相互作用可能有助于维持肠道微生物组稳定性。

α多样性分析可以反映微生物的多样性和丰富度。Shannon、Simpson和Fisher用来显示细菌的多样性，S.obs、S.chao1和S.ACE则表明了微生物的丰富性。如表2所示，与正常组相比，模型组的Shannon指数明显降低；与模型组相比，阳性对照组和3 种剂量的AOS组中的Shannon指数明显增加。此外，相比模型组，高剂量AOS显著提高了Simpson指数，中剂量组也显著提高了S.obs、S.chao1、S.ACE指数。这些结果显示AOS组和模型组的样品之间存在明显的差异，并且通过AOS处理可以显著提高物种的多样性和丰富度。表明AOS增加了肠道物种多样性和丰度调节肠道菌群稳态并且缓解肠炎。

通过研究肠道微生物的组成和增殖情况，研究AOS对DSS诱导的小鼠结肠炎肠道微生物群落的影响，选择8 个重要的细菌分析它们在属分类中的变化。拟杆菌、梭状菌和肠球菌是本土细菌，双歧杆菌是有益细菌，丁酸单胞菌、乳酸杆菌和丙酸杆菌为SCFAs产生菌，放线菌为有害细菌。如表3所示，与正常组相比，模型组双歧杆菌属和丙酸杆菌属的数量显著减少。在AOS中剂量和高剂量组中，丙酸杆菌的相对丰度均高于模型组。通过AOS不同浓度处理之后肠球菌和放线菌分别出现明显下调。这说明AOS处理增加了肠道有益细菌以及SCFAs产生菌并缓解了小鼠肠炎。

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AOS对结肠SCFAs浓度的影响

SCFAs是肠道菌群发酵膳食纤维产生的代谢产物，是一类活性小分子，能够调节肠道菌群、为肠道细胞提供营养等，具有改善结肠炎的功效。为了评价AOS对DSS诱导的结肠炎小鼠肠道产生SCFAs的影响，使用HPLC测量结肠中的SCFAs，包括乳酸、乙酸、丙酸。由图6所示，与正常组相比，模型组中乳酸、乙酸和丙酸的水平均显著降低。阳性对照以及低剂量、中剂量、高剂量AOS均能够促进SCFAs的产生，其中高剂量AOS促进SCFAs产生效果最佳。这说明AOS能够促进结肠炎小鼠肠道产生SCFAs。

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为了评估AOS对DSS诱导的结肠炎的影响，测量了体质量、结肠长度、DAI评分和组织损伤等参数，用于评估结肠损伤。并且还通过测定细胞因子的mRNA表达、结肠SCFAs浓度和粪便微生物变化分析IBD的病因。在此研究中，高剂量的AOS对结肠炎有更好的抑制作用。该组显著地阻止了体质量减轻和结肠缩短，并且降低了DAI评分，改善了组织损伤。不同剂量AOS均显著抑制IL-6和IL-1β的mRNA的表达。高剂量的AOS显著抑制了TNF-α、NF-κB的mRNA的表达。使用中剂量和高剂量AOS则分别显著增强了ZO-1和GPR43 mRNA的表达。

体质量变化已经被广泛认为是反映许多疾病的一个症状，并且在IBD中也有观察到。先前的研究表明，在DSS诱导小鼠的结肠炎的9 d里，小鼠体质量减轻到86%，原始小鼠体质量减轻到80%。在本实验中，实验结束时，模型组的小鼠体质量减轻到0 d时的87%；高剂量组显著降低到0 d时的97%并且降低了DAI。结肠的长度被认为是与结肠炎病重程度相关的一个标志，在本研究中，与模型组相比，用高剂量AOS治疗结肠炎具有显著的抑制结肠缩短的效果。这些结果都表明了AOS具有改善结肠炎的保护作用。

在UC的过程和发展中，TNF-α、IL-1β和IL-6等炎症细胞因子的过表达都被认为是关键因素。TNF-α通过破坏上皮屏障，抑制肠上皮细胞摄取核黄素而对肠上皮造成损伤。抗TNF-α疗法是通过下调中性粒细胞的分泌来调节肠道稳态和衰减IBD指数。根据粒细胞的积累和先天淋巴细胞的聚集和激活，鉴定出IL-1β可以刺激肠道炎症。IL-6被认为在调节促炎T细胞亚群和诱导调节T细胞之间的平衡方面发挥作用，它在体内的过度产生会抑制T细胞的产生，从而诱导炎症。这些由激活的NF-κB控制的促炎细胞因子的转录已经得到证实，其表达的增加对探究IBD的发病机制至关重要。上述发现都表明，促炎因子表达量的减少对缓解IBD有积极的作用。在之前的报告中，发现由AOS与鲑鱼肌纤维蛋白结合制备的肽可以减少促炎因子TNF-α和IL-6的分泌。AOS也被发现在治疗动脉瘤患者时可以降低NF-κB、IL-1β和IL-6的水平。在本研究中，与模型组相比，不同剂量AOS显著抑制了NF-κB、TNF-α、IL-6和IL-1β的mRNA的表达，表明AOS具有抑制促炎因子表达和减轻结肠炎的潜力。

ZO-1是肠黏膜最关键的成分之一，与肠黏膜的保护密切相关。DSS诱导的结肠炎中ZO-1的减少被认为是由于膜的通透性增加和结肠炎的发展。研究发现AOS不仅增加ZO-1的表达水平，而且还可以增加断奶仔猪肠道中双歧杆菌和乳酸杆菌的数量并抑制了大肠杆菌的增殖。本研究进一步支持了AOS显著增强ZO-1的基因表达，并促进乳酸杆菌的产生。乳酸杆菌可以通过增加ZO-1基因表达水平减少肠屏障损伤和增强肠免疫。这些结果表明，AOS对DSS诱导的结肠炎的保护作用可能依赖于通过增加乳酸杆菌的数量保护肠道屏障。

肠道菌群对于维持肠道内稳态和健康是不可或缺的，细菌失调包括微生物多样性和丰富度的减少、有益细菌的减少和病原菌的丰富都可能导致疾病的发展。有报告表明，微生物群与IBD的病因密切相关，益生菌、抗生素和益生元都有被用于IBD的治疗。这些发现表明，肠道细菌的改善可能对IBD有治疗作用。在本研究中，AOS被发现能显著增加微生物的多样性和丰富度。此外，双歧杆菌在AOS组中的比例高于模型组。丁酸单胞菌、乳酸杆菌和丙酸杆菌分别是丁酸、乳酸和丙酸的主要生产者。乳酸杆菌和丙酸杆菌在预防IBD中都显示了功效。肠球菌和放线菌是肠道中常见的致病菌，它们的丰度可能与IBD有关。因此，有益细菌的增加或有害细菌的减少可能会有益于对肠道炎症的保护。实验发现AOS可以增加肠道菌群的多样性和丰富性，并且还能上调双歧杆菌和乳杆菌水平，显著增加丙酸杆菌，同时抑制肠球菌和放线菌，这些数据表明AOS减轻DSS诱导的结肠炎可能与微生物平衡的改善相关。

SCFAs是从肠道微生物群中膳食纤维发酵产生的主要产物，SCFAs对肠道的能量供应、肠黏膜屏障的维护及其与肠道疾病的关系至关重要。SCFAs能抑制炎症，主要是通过抑制NF-κB信号通路和减少炎症因子的表达，诱导T细胞产生和增加IL-10的表达水平。丙酸酯可以通过改善肠屏障功能和减少炎症因子抑制结肠炎。GPR43是肠道中SCFAs的受体，对肠道健康至关重要。GPR43与SCFAs结合可能为饮食、肠道菌群代谢、免疫和炎症反应之间的相互关系提供了分子机制。在本实验中，高剂量AOS显著提高了GPR43的mRNA水平以及乳酸、乙酸和丙酸的浓度。这些上调可能是产生SCFAs的细菌如乳酸杆菌和丙酸杆菌的生长刺激导致。上述结果表明，AOS对结肠炎的抑制作用可能与促进SCFAs产生和GPR43 mRNA表达有关，这两种物质对肠道健康有积极作用，对结肠炎的治疗至关重要。

总之，本次研究表明AOS能够抑制DSS诱导的小鼠结肠炎，并且这可能是由于显著抑制NF-κB、TNF-α、IL-1β和IL-6等炎症因子的mRNA表达，上调ZO-1的mRNA表达增强肠道屏障的保护作用，促进GPR43 mRNA表达与SCFAs的产生和改善肠道微生物群有关。这些结果为AOS在IBD未来治疗中的潜力提供了证据。

本文《褐藻胶寡糖调节肠道菌群稳态及短链脂肪酸代谢并改善炎症性肠病》来源于《食品科学》2025年46卷第15期224-231页，作者：任晓敏，秦明珍，张少龙，张 帆，严 芬。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250214-048。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：南伊；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