《Biochemical and Biophysical Research Communications》：Solubilized lignin promotes the growth of Akkermansia muciniphila and improves insulin sensitivity
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仓川拓人|福岛索菲亚|天美裕太|中旦诚太|新井由里香|田端良明|永井良则|栗原信|生城信一|古泽幸弘日本富山县富山大学工程学部生物技术系，日本富山县今泉黑川5180，邮编939-0398摘要溶解木质素是一种水溶性木质素衍生物，而木质素通常被归类为不可溶性的膳食纤维。研究表明，它具
仓川拓人|福岛索菲亚|天美裕太|中旦诚太|新井由里香|田端良明|永井良则|栗原信|生城信一|古泽幸弘
日本富山县富山大学工程学部生物技术系，日本富山县今泉黑川5180，邮编939-0398
摘要
溶解木质素是一种水溶性木质素衍生物，而木质素通常被归类为不可溶性的膳食纤维。研究表明，它具有与传统膳食纤维不同的结构和物理化学特性。在本研究中，我们评估了溶解木质素摄入对小鼠肠道微生物组成、肠道屏障功能以及胰岛素敏感性的影响。在瘦型小鼠和饮食诱导的肥胖小鼠中，补充溶解木质素均显著增加了粘液芽孢杆菌的丰度。体外实验表明，溶解木质素有助于粘液芽孢杆菌的生长，这暗示其具有独特的底物利用机制。在饮食诱导的肥胖小鼠中，摄入溶解木质素可提高胰岛素敏感性，表现为胰岛素耐量试验中血糖水平下降。从机制上来看，溶解木质素增加粘液芽孢杆菌的数量的同时，还带来了肠道屏障功能的适度改善以及肠道炎症标志物表达的降低，这些变化可能与胰岛素敏感性的提升有关。此外，微生物途径分析表明，溶解木质素对粪便碳水化合物代谢的调控也可能有助于维持血糖稳定。综上所述，这些研究结果表明，溶解木质素可作为粘液芽孢杆菌的益生元，通过调节肠道屏障功能和代谢功能来改善胰岛素敏感性。因此，摄入溶解木质素可能是一种针对特定肠道微生物、缓解代谢性疾病的新型饮食策略。
引言
代谢综合征是全球范围内重要的公共卫生问题，与肥胖和2型糖尿病密切相关[1]。近期研究指出，肠道菌群失衡——即肠道微生物在组成或功能上的不平衡——与肥胖、2型糖尿病以及多种慢性炎症性疾病的发生发展有关[2]。膳食纤维摄入不足是导致肠道菌群失衡的重要因素[3]，因此增加日常纤维摄入量可能有助于调节肠道菌群，从而预防这些疾病[4]。
《食品法典》委员会将膳食纤维定义为“由十个或更多单体单元组成的碳水化合物聚合物，这类聚合物无法被人小肠内的内源酶水解”[5]。膳食纤维不会在小肠中被吸收，而是由肠道微生物中的特定菌株产生的酶在结肠中进行代谢[6]。膳食纤维可分为可溶性和不可溶性两类，它们具有不同的生理作用[7]。一般来说，可溶性膳食纤维更易被肠道细菌利用，在调节肠道微生物组成方面发挥着更为重要的作用[8]。重要的是，包括我们的研究在内的多项对比研究表明，微生物群的变化程度、方向以及由此带来的益处会因可溶性膳食纤维的种类不同而有所差异[9]、[10]、[11]、[12]。这些发现凸显出有必要进一步阐明不同可溶性膳食纤维对肠道微环境及代谢综合征的影响。
本研究聚焦于溶解木质素，这是一种原本为不可溶性膳食纤维的木质素所转化而来的可溶形式。木质素是植物次生细胞壁的主要结构成分，属于一类由4-羟基苯丙酸经氧化偶联形成的芳香族聚合物。其单体单元包括邻香豆醇、对羟基苯乙醇（松脂醇）以及芥子醇[13]。与主要由碳水化合物构成的大多数膳食纤维不同，木质素是一种具有独特芳香结构的酚类聚合物。溶解木质素的制备过程是在提取木质素时使用亚硫酸钠对其进行部分磺化，随后进行脱磺化和脱甲基化处理，最终在碱性条件下使其具备水溶性。
鉴于溶解性是决定许多膳食纤维是否可发酵以及能否被微生物利用的关键因素，我们推测木质素的溶解化能提高其被肠道细菌利用的概率，进而引发微生物组成的改变。目前，关于溶解木质素的代谢效应及其对肠道微生物群的影响尚不清楚，其对于肠道生态系统的具体作用也尚未得到研究。在本研究中，我们探讨了溶解木质素对肠道微生物组成的影响，以及它调节肠道环境的能力，同时观察了这些变化是否有助于改善与2型糖尿病相关的症状。
章节节选
实验动物与膳食纤维
实验用雄性C57BL/6J小鼠（4周龄）购自日本SLC公司（日本滨松市），在富山大学动物实验设施中于无特定病原体环境下饲养，光照周期为12小时亮/12小时暗。小鼠可自由获取水和食物，实验环境温度维持在22–26℃，湿度为50–55%。笼子每周清洁一次。经过1周的适应期后，小鼠开始摄入实验饲料。
溶解木质素购自东京化学工业公司，
讨论
截至2019年，全球约有4.63亿人患有糖尿病，如果当前趋势持续，这一数字到2045年可能会上升至7亿[34]。由于超过90%的糖尿病患者患有2型糖尿病[35]，因此制定有效的预防策略是一项重要的公共卫生任务。2型糖尿病的发展与肠道微生物群密切相关，已有研究表明，调节肠道微生物群有望预防疾病发生并缓解病情
结论
在本研究中，溶解木质素能够增加体内粘液芽孢杆菌的丰度，可在体外促进其生长，并在饮食诱导的肥胖小鼠模型中提高胰岛素敏感性，这些结果表明它具有作为选择性益生元的潜力。
CRediT作者贡献说明
生城信一：写作——审稿与编辑、监督、资源提供、方法设计、正式分析。古泽幸弘：写作——初稿撰写、验证、监督、软件使用、项目管理、方法设计、资金筹集、正式分析、数据整理、概念构建。仓川拓人：写作——初稿撰写、可视化处理、验证、软件使用、项目管理、方法设计、实验开展、正式分析、概念构建。福岛索菲亚：实验开展。天美裕太：
数据与材料的获取情况
用于支持本研究资金的相关数据，可在合理请求下向通讯作者获取。
致谢
我们感谢Hideshima Mayuko为本研究提供的技术支持。本研究得到了日本学术振兴会KAKENHI项目（编号20K05929，资助给Y.F.）、LOTTE基金会（资助给Y.F.）、田村科学技术基金会（资助给Y.F.）、武田科学基金会（资助给Y.F.）、饭岛藤十郎食品科学技术基金会（资助给Y.F.）以及日本科学技术振兴机构SPRING项目（编号JPMJSP2188，资助给T.K.）的支持。
