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我会常务理事 中科院微生物所刘宏伟研究员团队揭示茯苓调节肠道菌群抗代综合征新机制——中药“健脾”离不开肠道菌群。

【CJNM高被引文章】中药“健脾”离不开肠道菌群-中科院微生物所刘宏伟研究员团队揭示茯苓调节肠道菌群抗代综合征新机制

近年来，全世界代谢综合征患病率迅速上升。代谢综合征有以下特征，包括胰岛素抵抗、中心性肥胖、高血压、血脂异常和高血糖。肠道微生物区系是一个复杂的生态系统，在人类胃肠道中由大约1200个物种组成，是一个完整的生态系统。调节肠道微生物区系是控制代谢综合征，如肥胖、糖尿病和非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的一种新的治疗策略。

茯苓为多孔菌科真菌茯苓Poria cocos(Schw.)Wolf的干燥菌核，是常用名贵中药，也是药食同源资源。茯苓被誉为“四时神药”，功善健脾。中医认为脾主运化水谷精微，输布全身，负责人体对食物的吸收和新陈代谢。脾虚会导致糖尿病和高血脂症等代谢性疾病。茯苓含有80%以上的不溶性多糖，不易被人体吸收，但可以和肠道微生物相互作用。这些不溶性多糖是茯苓发挥药效的物质基础，但是其抗代谢综合征的作用和机制长期不清。基于此，中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室刘宏伟研究员团队首先从茯苓菌核中分离鉴定了一种水不溶性多糖(WIP)，进而研究WIP改善糖脂代谢作用和调节肠道菌群机制。研究揭示了茯苓健脾依赖于茯苓多糖的肠道菌群调节作用，为难溶性中药作用机制研究提供了新思路。

研究成果发表于CJNM 2019年第一期，文章标题为An insoluble polysaccharide from the sclerotium of Poria cocos improves hyperglycemia, hyperlipidemia and hepatic steatosis in ob/ob mice via modulation of gut microbiota，研究证明WIP可通过调节ob/ob小鼠的肠道微生物区系改善糖脂代谢，减轻炎症和肝脏脂肪变性。

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WIP的结构表征

从茯苓菌核中获得了WIP，产率为39.8%。WIP的傅里叶变换红外光谱(FT-IR)在3395、2914、1200-1000 cm-1处有吸收峰，分别对应于O-H、C-H、C-O、C-O-C键的振动。在1074 cm-1和890 cm-1处的吸收表明糖是具有β异构体的吡喃糖形式。通过酸水解和相应衍生物的HPLC分析，确定多糖的单糖组成为D-葡萄糖。根据在103.1/4.51(d，J=7.5 Hz，H-1)，72.8/3.26(H-2)，86.4/3.44(H-3)，68.4/3.19(H-4)，76.3/3.26(H-5)，60.9/3.68(H-1) 及3.44(H-6)处观察到的信号，确定了该多糖的主链为1,3-β-D-葡聚糖。

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WIP治疗改善高血糖和胰岛素抵抗

使用ob/ob小鼠评价WIP的降血糖和降血脂作用。以菊粉作为阳性对照。WIP (1.0g/kg，0.5g/kg)灌胃，每日1次，疗程4周。观察到WIP (1.0g/kg和0.5g/kg)在治疗7d后显著降低空腹血糖和自由饮食血糖。糖化血红蛋白A1c (HbA1c)显著降低。WIP治疗还改善了糖耐量和胰岛素抵抗。与模型组比较，1.0mg/kg和.5 mg/kgWIP可使肥胖小鼠的胰岛素敏感性指数分别升高49%和33%。相反，菊粉的阳性对照对糖耐量和胰岛素抵抗影响不大。

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WIP改善高脂血症和肝脏脂肪变性

WIP和菊粉处理对膳食摄入量、体重和肝脏指数均无显著影响。而血清总胆固醇 (TC)、甘油三酯 (TG)和低密度脂蛋白胆固醇 (LDL-C)水平则明显低于赋形剂组。结果表明，WIP组小鼠血清总胆固醇 (TC)、甘油三酯 (TG)和低密度脂蛋白胆固醇 (LDL-C)水平明显低于赋形剂组。低密度脂蛋白-胆固醇 (LDL-C)降低剂在临床试验中被证实对治疗血脂异常有效。H&E染色的白色脂肪组织切片 (W、A、T)显示ob/ob小鼠白色脂肪组织内脂肪细胞体积增大。口服WIP或菊粉可防止脂肪细胞肥大，表明WIP和菊粉可改善脂肪变性。

非酒精性脂肪性肝病 (NAFLD)与肥胖和肥胖相关疾病密切相关。因此，作者研究了WIP对肝脂代谢和肝损伤的影响。研究发现，WIP能有效降低ob/ob小鼠肝脏中的甘油三酯、总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平，降低血清丙氨酸氨基转移酶 (ALT)、天冬氨酸转氨酶 (AST)的活性，提高超氧化物歧化酶 (SOD)的活性。AST、ALT是肝功能的重要临床指标，AST、ALT升高提示肝功能损害。SOD能清除肝脏中的氧自由基，减轻氧化应激。此外，肝脏切片染色表明，1.0g/kg和0.5g/kgWIP能明显减轻ob/ob小鼠肝脏的巨大脂肪变性和肝细胞肿胀。相比之下，菊粉处理的ob/ob小鼠对AST、ALT、SOD和肝脏大块脂肪变性的改善作用较小。结果表明，WIP减轻肝脏脂肪变性和肝损伤的有效性。

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WIP对肠道微生物区系组成的影响

众所周知，多糖可以作为肠道微生物区系的主要能源和碳源，从而有利于肠道微生物区系的生长。为了探讨WIP对肠道微生物区系的影响，我们从ob/ob小鼠盲肠内容物中进行了16SrRNA基因V3-V4高变区的高通量测序 (HiSeq)。剔除不合格序列后，平均每个样本获得525个操作分类单元(OTU)。每组的OTUS平均值和重叠使用VINE图进行。

OTU水平上的主成分分析表明，每一组微生物区系组成都有明显的聚类。同时，与模型组相比，WIP组和菊粉组的α多样性都明显降低。计算出的细菌在门水平上的相对丰度如图所示。与赋形剂处理相比，WIP处理的ob/ob小鼠显著提高了类杆菌的丰度。在WIP处理显著改变的20个属中，6个单链脂肪酸产生菌显著增加，它们是拉氏螺旋菌、别雷弗氏菌、副杆菌属、梭状芽孢杆菌IV属、瘤胃球菌和类杆菌。同时，WIP诱导的巨型单胞菌和变形杆菌的丰度分别降低了120倍和101倍。线性判别分析(LDA)效应大小证实了WIP组产SCFA的泪囊藻、XIVa梭菌和Ⅳ梭菌的增加。菊粉处理中阿克曼属(Akkermansia)和双歧杆菌(Bifidobacteriales)数量明显增加，说明WIP和菊粉对肠道微生物区系的调节作用不同。因此，口服WIP对肠道微生物区系的组成有很大的调节作用。

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WIP可提高丁酸盐产量并保持肠道完整性

肠道微生物区系产生的各种代谢物，如胆汁酸衍生物、单链脂肪酸、氨基酸衍生物和脂多糖，是连接肠道微生物区系与宿主生理病理的重要功能分子。口服WIP处理显著增加了小鼠粪便中丁酸的产量。作者研究了WIP对ob/ob小鼠粘膜屏障功能的影响。结果表明， 1.0g·kg-1处理组回肠粘膜完整蛋白 (MUC-5)、紧密连接蛋白 (ZO-1)的表达明显增加。代谢性内毒素血症，即血浆脂多糖 (LPS)水平升高，会引起慢性低度炎症 (CLGI)。在1.0g·kg-1剂量下，ob/ob小鼠与赋形剂对照组相比，血浆内毒素水平降低了10.9%。同时，WIP可显著降低脂多糖刺激的重要炎症因子TNF-α水平。血浆中升高的肿瘤坏死因子-α已被认为是代谢综合征的重要危险因素。丁酸可以减少对兼性厌氧细菌的氧气或硝酸盐供应，从而控制兼性厌氧细菌的非生物扩张。丁酸激活上皮PPAR-γ信号，增加脂肪酸的β氧化，降低硝酸盐的释放。我们发现，WIP上调了PPARG的mRNA表达，显著降低了结肠腔内的硝酸盐水平。因此，WIP提高丁酸产量可以改善肠道屏障功能和预防革兰氏阴性变形杆菌(变形杆菌、肠杆菌科)的产生。

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粪便移植改善高血糖和脂代谢

为了进一步证实肠道微生物区系在介导WIP效应中的作用，我们将WIP处理的小鼠的微生物区系转移到ob/ob小鼠，随后检测了代谢综合征相关指标。与溶剂组相比，WIP治疗组的粪便移植显著降低了自由饮食大鼠的血糖、血浆TC和TG，增加了胰岛素敏感指数。这些结果进一步证实了肠道微生物区系对WIP改善糖脂稳态的有益作用。

作者简介

刘宏伟，男，博士，研究员，先后获得沈阳药科大学药物化学博士学位、日本东京水产大学水产学博士学位。2019年入选“百千万人才”国家级人选、中青年有突出贡献专家。 长期开展我国高等真菌及其共寄生真菌活性次级代谢产物高效发现、生物合成和成药性研究。

现任中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室副主任、中国菌物学会第七届常务理事/副秘书长，中国菌物学会菌物化学专业委员会主任委员。作为课题负责人主持国家重点研发计划课题2项和国家自然科学基金项目3项，以通讯/第一作者在Nat. Comm.、Cell Rep.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Med. Chem.、Org. Lett.等发表SCI论文100余篇，参编英文著作两部。获得授权专利20余项，9项专利成功转让实施。获得西藏自治区科学技术一等奖、二等奖，中国菌物学会戴方澜优秀青年奖等奖项。

中国菌物学会