浒苔多糖通过肠道菌群-肝脏轴调节胆固醇代谢缓解2型糖尿病

《Food Science & Nutrition》：Enteromorpha prolifera Polysaccharide Alleviates Type 2 Diabetes via the Gut Microbiota–Liver Axis to Modulate Cholesterol Metabolism

　　

浒苔多糖（Enteromorpha prolifera polysaccharide, EPP），一种源自绿藻的主要生物活性硫酸化多糖，具有显著的低血糖和降血脂特性。本研究旨在评估EPP在2型糖尿病（T2DM）小鼠模型中的治疗效果，并通过整合多组学方法——包括16S rRNA微生物组学、非靶向代谢组学和转录组学——阐明其潜在分子机制。研究人员的发现表明，EPP干预显著抑制了空腹血糖（FBG）水平，减轻了血脂异常，并增强了全身胰岛素敏感性。在微生物组水平上，EPP通过富集有益分类群——特别是乳杆菌属（Lactobacillus）、Ligilactobacillus和Dubosiella——同时减少与T2DM相关的布劳特氏菌属（Blautia）——来恢复肠道稳态。这些微生物变化与粪便中短链脂肪酸（SCFAs）水平的显著升高相关，包括乙酸、丙酸以及支链脂肪酸（异丁酸和异戊酸）。整合通路分析揭示，EPP显著调节类固醇激素生物合成；整合通路分析提示，EPP可能潜在调节与类固醇激素生物合成、胆固醇代谢和初级胆汁酸合成相关的通路。定量RT-PCR验证证实，EPP处理伴随胆汁酸和类固醇生成关键基因（Cyp17a1、Cyp11a1、Hsd3b7和Stard1）的上调，以及胆固醇生物合成和肝脏糖异生的主要转录调控因子Srebf2和Hnf4α的下调。相关性分析进一步表明肠道菌群变化、SCFA产生与血糖控制之间存在潜在联系。综上所述，这些结果表明EPP可能缓解T2DM症状，这与其调节肠道菌群-肝脏胆固醇代谢轴相关，使其成为代谢紊乱领域一种有前景的功能性食品成分或治疗候选物。

**论文解读：浒苔多糖通过肠道菌群-肝脏轴调节胆固醇代谢缓解2型糖尿病的机制研究**

**研究背景与问题**
2型糖尿病（T2DM）是一种以持续性高血糖、胰岛素抵抗及β细胞功能障碍为特征的慢性代谢疾病。全球高脂饮食摄入增加导致T2DM发病率显著上升，现有降糖药物虽有一定疗效，但常伴随低血糖、水肿、骨质疏松、心力衰竭等副作用。因此，开发源于天然产物的新型降糖药物或辅助疗法具有重要临床意义。浒苔多糖（Enteromorpha prolifera polysaccharide, EPP）是绿藻浒苔的主要活性成分，具有免疫调节、抗氧化、抗肿瘤、调节脂质代谢等多种生物活性。然而，EPP对T2DM的降糖作用机制尚未完全阐明，尤其缺乏从肠道菌群-肝脏轴角度系统整合多组学的研究。为此，研究人员开展了本研究。

**主要技术方法**
本研究采用以下关键技术：①通过热水提取、乙醇沉淀、中性蛋白酶除蛋白及透析纯化获得EPP，并利用离子色谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）及尺寸排阻色谱-多角度光散射-示差折光检测（SEC-MALS-RI）表征其化学组成和结构。②建立高脂高糖饮食联合链脲佐菌素（STZ）诱导的T2DM小鼠模型，将40只成功模型小鼠随机分为模型对照组（MC）、二甲双胍组（Met，250 mg/kg）及EPP低、中、高剂量组（50、100、200 mg/kg），经口灌胃5周。③采用16S rRNA基因测序（V3-V4区）分析肠道菌群；肝脏转录组测序（Illumina NovaSeq 6000）和非靶向代谢组学（超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱）进行多组学整合分析。④通过气相色谱检测粪便短链脂肪酸（SCFAs），采用加权基因共表达网络分析（WGCNA）和Spearman相关性分析揭示菌群-代谢物-表型关联。

**研究结果**
**3.1 EPP的化学组成与结构表征**
EPP总糖含量69.07%，蛋白质1.95%，单糖组成以鼠李糖（Rha）、葡萄糖醛酸（GlcA）、木糖（Xyl）为主（摩尔比57.84:18.97:12.29）。分子量约415.97 kDa，多分散指数4.658，构象为高度紧凑的超支化或球形结构。FTIR显示α-糖苷键构型及吡喃糖环特征。

**3.2 EPP改善T2DM小鼠血糖控制和胰岛素敏感性**
与MC组相比，EPP高剂量（EPP-H）组空腹血糖（FBG）降低31.8%（p<0.01），口服葡萄糖耐量试验（OGTT）曲线下面积（AUC）显著减小（p<0.001）。胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）降低39.1%（p<0.0001），定量胰岛素敏感性检查指数（QUICKI）升高（p<0.05）。糖化血红蛋白（HbA1c）水平显著下降（p<0.01）。EPP-H疗效与二甲双胍相当。

**3.3 EPP改善T2DM小鼠血脂异常和肝脂肪变性**
EPP-H显著降低血清甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C），升高高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）（p<0.01至p<0.0001）。肝脏H&E染色显示EPP-H明显减轻肝细胞肥大、脂质空泡化和肝板结构紊乱。

**3.4 EPP通过调节菌群组成缓解糖尿病诱导的肠道菌群失调**
16S rRNA测序表明，MC组α多样性（Chao1指数）显著降低（p<0.01），EPP干预有效恢复。门水平上，EPP显著降低糖尿病升高的厚壁菌门/拟杆菌门（F/B）比值（p<0.05）。属水平上，EPP富集了乳杆菌属（Lactobacillus）、Ligilactobacillus和Dubosiella，同时减少布劳特氏菌属（Blautia）。LEfSe分析确认上述属为组间差异标志。

**3.5 WGCNA揭示EPP通过肠道菌群介导肝脏代谢调控**
WGCNA分析识别出21个代谢模块，其中5个模块与Lactobacillus、Colidextribacter、Ligilactobacillus、Bacteroides及Atopobiaceae等菌属高度相关（|r|≥0.7，p<0.01）。EPP组显著上调和下调的肝脏代谢物富集于类固醇激素生物合成、初级胆汁酸合成和胆固醇代谢通路。关键代谢物如三羟基粪固醇酸、甘氨胆酸、皮质醇等与多个菌属显著相关。

**3.6 多组学整合揭示EPP通过调节胆固醇相关通路发挥降糖活性**
转录组与代谢组联合分析发现29条共享通路，EPP主要调控初级胆汁酸生物合成、类固醇激素生物合成、糖酵解/糖异生、胆汁分泌及胆固醇代谢。qPCR验证了6个枢纽基因的表达趋势：Cyp17a1、Cyp11a1、Hsd3b7、Stard1上调，Srebf2和Hnf4α下调，与转录组数据一致。

**3.7 EPP对SCFAs水平的影响及与糖尿病标志物和菌群的Spearman相关性**
EPP干预显著升高粪便乙酸（p<0.01）、丙酸（p<0.05）、异丁酸（p<0.01）、异戊酸（p<0.05）及总SCFAs（p<0.01）。Spearman相关性显示，Lactobacillus、Ligilactobacillus、Dubosiella与FBG、AUC、HOMA-IR、HbA1c、TG、TC、LDL-C呈负相关，与QUICKI和HDL-C呈正相关；Blautia等则相反。六种SCFAs均与血糖血脂指标呈负相关，且与有益菌呈正相关。

**讨论与结论**
讨论部分指出：EPP通过调节肠道菌群组成（富集Lactobacillus、Dubosiella等产胆汁盐水解酶（BSH）菌株）促进SCFAs生成，后者经门静脉转运至肝脏，激活胆固醇向胆汁酸转化通路（Cyp11a1、Stard1、Hsd3b7），同时抑制胆固醇合成（Srebf2）和糖异生（Hnf4α）关键转录调控因子，从而改善血糖和血脂。该机制得到了多组学整合分析的支持。结论部分总结：本研究提示EPP可能通过肠道菌群-肝脏轴和胆固醇代谢缓解T2DM，创新之处在于提供了EPP介导肠道菌群变化通过胆汁酸合成影响肝脏胆固醇稳态的机制框架，支持其作为T2DM管理潜在膳食补充剂的前景，但需进一步蛋白水平验证和靶向胆汁酸谱分析。论文发表在《Food Science》。