動物所等揭示大熊貓對竹子黃酮類化合物的代謝規(guī)律及其腸道微生物適應(yīng)性響應(yīng)機(jī)制

植物次生代謝產(chǎn)物（Plant secondary metabolites，PSMs）在植食性哺乳動物的覓食生態(tài)中起到重要作用。黃酮類化合物是一類重要的PSMs，在植物中廣泛存在；具有顯著的促進(jìn)健康的作用，包括抗菌、抗病毒、增強(qiáng)免疫，以及心血管保護(hù)等功能。目前，對食源性黃酮類天然復(fù)合成分的整體代謝規(guī)律及其與動物腸道微生物的雙向作用，尚缺乏清晰的認(rèn)識；關(guān)于黃酮類化合物的生態(tài)學(xué)功能研究相對較少，特別是其對瀕危野生動物的生理影響及動物對食物中黃酮類化合物的適應(yīng)性演化機(jī)制鮮有研究。

大熊貓屬于食肉目動物，具有食肉目動物的消化生理特征，但其食性特化為專性食竹。竹中具有豐富的黃酮類化合物。因此，大熊貓-竹子為研究食源性黃酮類化合物在植食性動物與植物之間的生態(tài)學(xué)功能提供了理想模型。

9月22日，中國科學(xué)院院士、中科院動物研究所研究員魏輔文團(tuán)隊(duì)聯(lián)合成都大熊貓繁育研究基地，在Microbiome上發(fā)表了題為Multi-omicsreveals the positive leverage of plant secondary metabolites on the gut microbiota in a non-model mammal

的研究論文。該研究運(yùn)用代謝組學(xué)、宏基因組學(xué)和體外培養(yǎng)等方法，在完整的年周期內(nèi)同步采集野外大熊貓的可獲得樣本（食物和糞便）；采集成都大熊貓繁育研究基地中圈養(yǎng)大熊貓的食物、糞便和血漿，剖析了大熊貓對黃酮類化合物的吸收代謝、利用偏好和生物轉(zhuǎn)化，以及黃酮類化合物對大熊貓腸道微生物組成和功能的影響。主要研究結(jié)果如下：

大熊貓對黃酮類化合物的利用規(guī)律：利用代謝組學(xué)方法，在竹子中鑒定了97個黃酮類單體化合物；與竹筍相比，竹葉中含有更多種類和更高豐度的黃酮類化合物。因此，隨著食筍和食葉的季節(jié)性轉(zhuǎn)化，黃酮類物質(zhì)的攝入存在顯著的季節(jié)性差異。血漿靶向代謝組學(xué)檢測發(fā)現(xiàn)，直接以原型化合物的形式進(jìn)入血液的化合物僅有12種。食物與糞便代謝組的比較分析發(fā)現(xiàn)，大熊貓對食物源黃酮類化合物的利用在亞類和單體水平上均有不同的偏好性，對食物源中的38種單體具有較高的利用率，且糞便中有新的黃酮類單體化合物生成。

大熊貓腸道微生物適應(yīng)性響應(yīng)機(jī)制：糞便代謝組和宏基因組關(guān)聯(lián)分析顯示，PSMs-黃酮類化合物與腸道微生物的季節(jié)性具有顯著的相關(guān)性。體外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)證明，黃酮類物質(zhì)的季節(jié)性的差異攝入驅(qū)動了大熊貓腸道微生物的季節(jié)性變化，如野外大熊貓腸道微生物關(guān)鍵物種的變化（狹義梭菌屬1，Clostridium sensu stricto 1），特別是對有益菌的生長促進(jìn)作用，如益生菌丁酸梭菌（Clostridium butyricum）。食物中黃酮類攝入越高，大熊貓腸道微生物的多樣性越低，微生物毒力因子的豐度也更低。宏基因組功能分析揭示了70%黃酮類化合物的吸收轉(zhuǎn)化由腸道微生物參與完成，且腸道微生物也促進(jìn)大熊貓對黃酮類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和利用偏好。

以上結(jié)果證明，在長期演化過程中，大熊貓季節(jié)性食物轉(zhuǎn)化行為是大熊貓對竹中有益元素最大化利用的適應(yīng)。其中，黃酮類化合物對維持大熊貓腸道微生態(tài)的動態(tài)平衡發(fā)揮重要作用。該研究拓展了關(guān)于大熊貓營養(yǎng)生態(tài)學(xué)的認(rèn)識：有益的PSMs可以通過調(diào)控腸道微生物，正反饋調(diào)節(jié)宿主生理，從而影響大熊貓的覓食策略。此外，該研究也為圈養(yǎng)大熊貓管理提供了重要參考，即食物源黃酮類化合物是大熊貓重要的天然益生元，對大熊貓的臨床健康管理，特別是腸道疾病的治療具有廣闊的應(yīng)用前景。

該研究首次以非模式野生動物為模型，探索食源性黃酮類化合物的吸收代謝規(guī)律及其與腸道微生物的互作模式。從動物生態(tài)學(xué)的視角，應(yīng)用多組學(xué)方法探討有益的PSMs對植食性哺乳動物的生理作用。黃酮類化合物與腸道微生物的雙向作用為探究動物-腸道微生物共演化提供了新思路。研究得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、國家自然科學(xué)基金的資助。