海洋源多糖調(diào)控腸道菌群的研究進(jìn)展

馬小清，黃鴻艷，周亞楠，王淑敏，盧 旭

（福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院 閩臺(tái)特色海洋食品加工及營養(yǎng)健康教育部工程研究中心 福建省特種淀粉品質(zhì)科學(xué)與加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國-愛爾蘭國際合作食品物質(zhì)學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究中心 福州 350002）

多糖是一種高分子化合物，是由10 個(gè)或10個(gè)以上的單糖脫水縮合形成的長鏈化合物，分子質(zhì)量可達(dá)數(shù)百至數(shù)千萬，在自然界中分布廣泛，主要存在于植物、動(dòng)物和微生物中[1]，具有整腸，免疫調(diào)節(jié)，降低血糖、血脂，控制肥胖，抗腫瘤，抗病毒，抗氧化，抗衰老，抗炎等多種生物活性[2]。海洋面積占地球表面積的70.78%，海洋內(nèi)生物占地球總生物的87%[3]。海洋生物中富含多種生物活性代謝產(chǎn)物，例如多糖、蛋白質(zhì)、肽、氨基酸和礦物質(zhì)鹽等[4]。研究發(fā)現(xiàn)，海洋生物中存在許多天然活性多糖，越來越多研究人員開始注重對(duì)各種海洋類多糖結(jié)構(gòu)和活性的研究[3]。海洋植物多糖的來源包括多種海洋植物，以海藻類多糖為主，海藻多糖主要通過水提醇沉法或以微波、超聲波、酶解法和超臨界CO2萃取法從綠藻、紅藻、褐藻及藍(lán)藻中提取[5]。海藻廣泛分布于冷溫帶的大陸沿岸和部分熱帶以及亞熱帶海岸，其中以我國廣東沿岸最高，其次是福建、臺(tái)灣和南海諸群島，最少的是黃海西岸（包括渤海區(qū)）[6]。中國是全球海藻生產(chǎn)的佼佼者，年產(chǎn)量高達(dá)135 萬t（干品），占全球海藻產(chǎn)量的3/4，其中野生海藻占全球每年海藻收獲量的27%，栽培海藻占全球每年收獲量的72%，因此海藻多糖是我國海洋生物中含量最豐富的植物多糖，其中多糖含量為其干重的20%～76%[4]。海洋動(dòng)物多糖主要包括以D-葡萄糖為基本結(jié)構(gòu)，在動(dòng)物體內(nèi)起貯藏作用的淀粉和糖原，分別為以葡萄糖醛酸、硫酸葡萄糖胺為基本結(jié)構(gòu)且具有一系列生物活性的肝素、透明質(zhì)酸，以及以半乳糖、N-乙酰葡萄糖胺為基本結(jié)構(gòu)的硫酸角質(zhì)素等[1]。海洋微生物多糖的來源主要是一些典型的海洋微生物，包括細(xì)菌（放線菌屬、菌絲菌屬、藍(lán)細(xì)菌屬和變形桿菌屬）、真菌（子囊菌、擔(dān)子菌屬和梭菌屬）、酵母菌（子囊菌和擔(dān)子菌屬的幾個(gè)屬）[7-8]。有研究發(fā)現(xiàn)，海洋多糖的功能主要集中在抗腫瘤、抗氧化、調(diào)節(jié)免疫、減輕代謝綜合征等幾個(gè)方面[9]。

近年來隨著“腸道菌群”這一代名詞的出現(xiàn)，有新證據(jù)表明駐留在哺乳動(dòng)物腸道中的腸道菌群在宿主健康、營養(yǎng)、代謝和免疫穩(wěn)態(tài)方面起著至關(guān)重要的作用[10]，而這些作用的發(fā)揮主要依賴于不易消化的纖維和多糖作為菌群的能源物質(zhì)，然而，海洋多糖屬于另一類膳食纖維，其保持生物活性的同時(shí)對(duì)機(jī)體無其它顯著影響，這可能與腸道菌群有關(guān)[11]。周雪為解析口服肝素對(duì)胃腸道環(huán)境的影響，對(duì)小鼠灌胃熒光肝素，通過體外培養(yǎng)腸道菌群與肝素及肝素類衍生物體外共孵育，發(fā)現(xiàn)灌胃1 個(gè)月，對(duì)小鼠的生長無明顯毒害作用，體重變化趨勢(shì)，結(jié)腸長度，結(jié)腸結(jié)構(gòu)和脾重指數(shù)均沒有明顯差異；長期灌胃導(dǎo)致小鼠腸道菌群生物多樣性下降，通過LEfSe（LDA effect size）分析發(fā)現(xiàn)灌胃后在屬水平上對(duì)菌群機(jī)構(gòu)差異影響較大，如灌胃肝素后共生菌 （Parasutterella）、抗炎細(xì)菌艾克曼菌（Akkermansia）、產(chǎn)丁酸腸道單胞菌（Intestinimonas butyricimonas）和另枝菌屬（Alistipes）相對(duì)豐度增高，而腸桿菌屬 （Enterorhabdus）、嗜膽菌屬（Bilophila）、厭氧棍狀菌屬（Anaerotruncus）、杜氏桿菌屬（Dubosiella）等菌屬豐度下降，說明肝素具有調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，富集擬桿菌，抑制大腸桿菌志賀菌屬生長的作用，而對(duì)小鼠正常生長、行為和狀態(tài)均無影響[12]。

此外，一系列研究發(fā)現(xiàn)，海洋多糖與腸道菌群之間具有相互協(xié)同改善腸道健康的作用[2]。一方面，海洋類多糖可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群比例，從而增加有益菌數(shù)量，降低有害菌數(shù)量。海參多糖干預(yù)會(huì)加快腸道菌群的恢復(fù)和平衡重建。正常小鼠抗生素處理后，有益菌厚壁菌門（乳桿菌屬和梭菌屬）明顯降低，出現(xiàn)致病菌擬桿菌門（卟啉單胞菌屬），并占據(jù)主導(dǎo)地位，經(jīng)海參多糖處理后，厚壁菌門數(shù)量逐漸恢復(fù)，擬桿菌門逐漸減少[12-13]。海帶多糖和巖藻多糖可使乳酸桿菌益生菌（可通過與樹突狀細(xì)胞兩者濃度變化引起抗感染因子和促炎因子表達(dá)的變化，起到調(diào)節(jié)腸黏膜免疫功能的作用）增加，使大腸桿菌致病菌（使腸道功能得以改善，同時(shí)維持體液和電解質(zhì)平衡以及給宿主提供所需能量）降低[14-15]。另一方面，腸道菌群可將多糖降解為單糖，促進(jìn)機(jī)體的消化吸收，同時(shí)還能產(chǎn)生具有一定生物活性的代謝產(chǎn)物。如短鏈脂肪酸（Short chain fatty acids，SCFAs），包括甲酸、乙酸、丙酸和丁酸（化學(xué)式見表1[16-19]）。據(jù)相關(guān)報(bào)道，哺乳動(dòng)物近端結(jié)腸SCFAs 濃度為120 mol/L，遠(yuǎn)端結(jié)腸SCFAs 濃度為90 mol/L，乙、丙、丁酸含量最高占90%，比例為3 ∶1∶1，水產(chǎn)動(dòng)物中，乙酸濃度最高，20～29 mmol/L，而丙酸、丁酸濃度較低。所有SCFAs 中，丁酸和丙酸可以調(diào)節(jié)腸道生理和免疫功能，而乙酸是脂肪合成和糖異生作用的底物[15]。Zhu 等[10]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明海參硫酸多糖（Sulfated polysaccharide from sea cucumber，SCSP）及其解聚多糖（Depolymerized SCSP，d-SCSP）可通過促進(jìn)BALB/c 增加小鼠腸道內(nèi)益生菌——艾克曼菌（Akkermansia）、擬普雷沃菌（Alloprevotella）、厚壁菌門屬（Blautia）、擬桿菌屬（Bacteroides）和梭狀芽孢桿菌BB60 組（Clostridialesvadin）的豐度，減少有害菌變形桿菌（Proteobacteria）的豐度，同時(shí)經(jīng)SCSP 和d-SCSP 處理使總SCFA 顯著增加，產(chǎn)生SCFAs 的細(xì)菌系統(tǒng)型的上調(diào)與盲腸中SCFAs水平的升高呈正相關(guān)，特別是乙酸和丙酸。值得注意的是，SCSP 顯著提高了丁酸的濃度，而d-SCSP沒有提高。

表1 短鏈脂肪酸的化學(xué)式及其生物活性Table 1 Chemical formula and biological activity of short-chain fatty acids

1 海洋多糖的種類和結(jié)構(gòu)

海洋生物多糖種類繁多，根據(jù)其來源可分為海藻多糖、海洋動(dòng)物多糖、海洋微生物多糖3 類。海藻多糖主要從海藻中提取出來的，海藻主要集中在我國福建、山東、遼寧和廣東地區(qū)，其中以海帶為主要來源，約占70%，以裙帶菜、紫菜和江蘺為來源的分別占16%，10%，13%，其它海藻來源的占1%[20]。根據(jù)其天然色素沉著，海藻通常在門類級(jí)別上可分為三大類，即褐藻類、紅藻類和綠藻類[17]。褐藻類指富含蛋白、藻酸鹽和巖藻糖聚糖類型的多糖，包括單糖亞基，例如葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、巖藻糖、木糖、甘露糖、葡糖醛酸和甘露糖醛酸；紅藻類指富含角叉菜膠、瓊脂和瓊脂糖類型的多糖，其多糖成分主要由葡萄糖、半乳糖和3，6-脫水半乳糖組成；綠藻類指包含纖維素、甘露聚糖、硫酸鼠李聚糖的多糖，由單糖亞基組成，例如葡萄糖、甘露糖、鼠李糖、木糖、艾杜糖醛酸和葡萄糖醛酸。具體見圖1[4]。

圖1 紅藻類、綠藻類和褐藻類的多糖類型及其分子結(jié)構(gòu)Fig.1 The polysaccharose types and molecular structures of red algae，green algae and brown algae

海洋動(dòng)物多糖來源于海洋動(dòng)物結(jié)締組織基質(zhì)和細(xì)胞間質(zhì)，包括從海綿、刺參、海星中提取的硫酸多糖，從蝦、蟹中提取的甲殼質(zhì)，從烏賊、扇貝、文蛤、鮑魚中提取的糖胺聚糖和酸性黏多糖等[21]。海洋微生物分布廣泛，近?？?、海口、海洋內(nèi)灣處、深海底泥、海洋層積物和海洋極端環(huán)境中均有分布。而海洋微生物多糖是指從某些細(xì)菌、真菌、放線菌及酵母中產(chǎn)生的碳水化合物的總稱，其從形態(tài)上可分為3 類：胞內(nèi)多糖、胞壁多糖、胞外多糖。其中胞內(nèi)多糖是構(gòu)成微生物細(xì)胞的主要成分，如淀粉和糖原，胞壁多糖黏附在細(xì)胞表面，是構(gòu)成微生物細(xì)胞壁（由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸組成糖鏈結(jié)構(gòu)的肽聚糖）的主要成分，而胞外多糖是由微生物細(xì)胞產(chǎn)生并分泌到微生物細(xì)胞外部培養(yǎng)基中的多糖。如黃桿菌屬中的黃原膠，根瘤菌中的琥珀酰聚糖，假單胞菌屬和棕色固氮菌中的細(xì)菌藻酸鹽以及出芽短梗霉菌中的普魯蘭多糖等[7]。同一種類的海洋多糖又具有多種組成成分，其組成形式眾多，包括糖苷鍵類型連接方式異頭碳構(gòu)型、糖環(huán)構(gòu)型、取代基等多種形式（具體見表2[1，22]）。

表2 海洋類多糖的種類及結(jié)構(gòu)Table 2 Types and structures of marine polysaccharides

（續(xù)表2）

2 海洋多糖對(duì)腸道菌群的作用

2.1 調(diào)節(jié)腸道菌群的結(jié)構(gòu)和組成

腸道是營養(yǎng)極其豐富的人體內(nèi)環(huán)境，含有大量的微生物，腸道微生物根據(jù)細(xì)菌的代謝特點(diǎn)可分為需氧菌、厭氧菌和兼性厭氧菌。根據(jù)細(xì)菌對(duì)宿主的作用可分為共生菌、條件致病菌、病原菌[37]。其中，腸道的優(yōu)勢(shì)菌群是占腸道微生物的99%以上的共生菌，由厭氧菌及兼性厭氧菌構(gòu)成，如擬桿菌、雙歧桿菌（調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和細(xì)胞增殖，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，降低患代謝綜合癥的風(fēng)險(xiǎn)[38]）、乳桿菌（可通過減少動(dòng)物腸道內(nèi)致病性大腸桿菌的易位，增加peyer 結(jié)中淋巴細(xì)胞數(shù)量，從而改善腸道免疫功能，也可黏附于腸上皮細(xì)胞，促進(jìn)黏液糖蛋白的分泌，同時(shí)加強(qiáng)細(xì)胞間緊密連接功能，上調(diào)細(xì)胞保護(hù)性熱休克蛋白，起到防止IEC 凋亡的作用[39]）。條件致病菌以兼性厭氧菌為主，在腸道內(nèi)數(shù)量較多，與共生菌達(dá)成生態(tài)平衡，在腸道菌群紊亂時(shí)可大量增殖，如腸球菌、大腸桿菌（治療潰瘍性結(jié)腸炎有顯著的效果，它的治療機(jī)制是通過Toll 樣受體2（TLR-2）識(shí)別系統(tǒng)減少促炎性細(xì)胞因子白介素2（IL-2）、腫瘤壞死因子（IFN-γ）和腫瘤壞死因子（TNF-α）的表達(dá)，同時(shí)提高白介素10（IL-10）、白介素8（IL-8）和白介素1β（IL-1β）的分泌量[40]）。在消化道中占主導(dǎo)地位的腸道菌群由五大門類包括厚壁菌門 （Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、放線菌門（Actinobacteri）、變形菌門（Proteobacteria）、疣微菌門（Verrucomicrobia）以及古生菌中的廣古菌門（Euryarchaeota）構(gòu)成[38]。其中擬桿菌門和厚壁菌門占腸道微生物的90%左右，不同的腸道菌群具有不同的結(jié)構(gòu)和組成，對(duì)人體健康有著巨大的影響[37]。

目前很多研究表明，海洋多糖對(duì)腸道菌群的結(jié)構(gòu)和組成具有一定的調(diào)節(jié)作用[3]。特殊結(jié)構(gòu)的海洋多糖對(duì)腸道菌群的影響及相關(guān)檢測(cè)方法見表3，如Shang 等[32]發(fā)現(xiàn)飲食中添加硫酸軟骨素（CS）及其低聚糖（CSO）對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)的調(diào)控與生物體性別有關(guān)，口服CS 和CSO 后雌性小鼠群體糞便中微生物群的細(xì)菌多樣性有所降低，而在雄性中顯著增加；CS 會(huì)增加乳酸桿菌和其它SCFA（尤其是丁酸） 產(chǎn)生細(xì)菌的數(shù)量，CS 及其衍生物可增加革蘭氏陰性細(xì)菌的豐度。

表3 幾種海洋多糖對(duì)腸道菌群的影響Table 3 Effects of several marine polysaccharides on intestinal bacteria

（續(xù)表3）

2.2 通過腸道菌群發(fā)揮生物活性

2.2.1 抗腫瘤活性 癌癥具有高發(fā)病和死亡率的特點(diǎn)，是世界性健康問題[54]。天然產(chǎn)物的替代療法是一種可能的治療方法[55]。海洋多糖因具有一定的抗癌活性而引起關(guān)注，其通過腸道菌群發(fā)揮抗腫瘤作用的機(jī)制主要有兩種：1） 抑制癌細(xì)胞增殖并促使其凋亡；2）激活免疫細(xì)胞，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能。海洋植物海藻富含多種生物活性化合物，其總膳食纖維含量為25%～70%，可溶性膳食纖維含量達(dá)到50%～80%，具有潛在的益生元作用[55-56]。其有助于增加結(jié)腸有益微生物（如乳酸桿菌和雙歧桿菌）的水平，雙歧桿菌可降低致癌因子啟動(dòng)子并減少毒素基因代謝，促進(jìn)癌癥生物標(biāo)志物轉(zhuǎn)移，調(diào)控癌細(xì)胞增殖；促進(jìn)SCFA（短鏈脂肪酸，尤其是丁酸鹽的產(chǎn)生） 的發(fā)酵和產(chǎn)生，SCFA 通過控制p21 蛋白 （p21 為細(xì)胞周期調(diào)節(jié)劑，也是細(xì)胞依賴性酶CDK 與細(xì)胞周期蛋白CB1 的抑制劑）來阻礙組蛋白脫乙酰基酶 （HDAC 為基因表達(dá)的表觀遺傳調(diào)節(jié)劑）的釋放，以此發(fā)揮抗癌作用；此外，還能降低入侵病原體的水平，減少腐敗化合物生成，進(jìn)而誘導(dǎo)免疫反應(yīng)預(yù)防結(jié)腸癌[56]。

2.2.2 抗氧化活性 在細(xì)胞有氧代謝過程中產(chǎn)生的自由基/活性氧（ROS），能在調(diào)節(jié)體內(nèi)細(xì)胞生長的同時(shí)抑制人體對(duì)細(xì)菌和病毒的感染，然而過量活性氧（如超氧陰離子或過氧化氫）會(huì)導(dǎo)致人類某些慢性疾病的發(fā)生[57]。由木糖、葡萄糖醛酸和鼠李糖聚合物組成，主要的重復(fù)二糖單元為α-LRhap-（1-L）-D-Xyl 和→4）-β-D-GlcpA-（1→4）-α-L-Rhap 的滸苔多糖 （Enteromorpha proliferapolysaccharides，EPP），通過其抗氧化作用有效保護(hù)生物體免受氧化損傷[58]。其作用途徑為：1）主要是通過直接清除生物、化學(xué)和物理來源的多種活性氧（Reactive oxygen species，ROS），如DPPH 自由基、羥自由基和超氧陰離子等來實(shí)現(xiàn)的。EPP 的3 個(gè)組分：EPP-1、EPP-2 和EPP-3 均為吡喃型多糖，EPP-2 可能是含有β-D-吡喃葡萄糖和蛋白質(zhì)復(fù)合的酸性多糖，ESP-3 為含有β-D-吡喃葡萄糖的酸性多糖。3 個(gè)多糖分離純化組分 （EPP-1、EPP-2、EPP-3）對(duì)DPPH 自由基、羥自由基和超氧陰離子的清除能力隨濃度的增加而增強(qiáng)，對(duì)DPPH 自由基清除率最強(qiáng)的是EPP，EPP-1 和EPP-2 的清除能力低于EPP 和EPP-3。EPP 的超氧陰離子清除能力明顯優(yōu)于其它3 組，其質(zhì)量濃度為1 mg/mL 時(shí)，清除能力達(dá)到4 組最高，即28.74%。對(duì)羥自由基清除率最高的為粗多糖，在其質(zhì)量濃度為2 mg/mL 時(shí)達(dá)到62.31%，其次為EPP-3，清除能力接近于粗多糖[59]。2）刺激并提高酶活性。EPP 可以改善內(nèi)源性抗氧化酶的活性，例如過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶和超氧化物歧化酶（氧化應(yīng)激期間抵抗活性氧ROS 的主要防御系統(tǒng)）；滸苔多糖可降低老鼠血清中馬來二醛（MDA）的含量，低含量的MDA 有助于抑制氧化應(yīng)激和脂質(zhì)過氧化的發(fā)生[26]。

2.2.3 減輕代謝綜合征 代謝綜合征（MetS）是以肥胖、糖代謝異常（糖尿病或糖調(diào)節(jié)受損）、血脂異常、高血壓等多種疾病或危險(xiǎn)因素在人體聚集的綜合性臨床癥狀[60]。巖藻依聚糖是一類主要存在于食用褐藻中的硫酸化多糖，其通過調(diào)節(jié)腸道菌群減輕MetS，天然巖藻依聚糖一般具有兩種類型的主鏈，其中I 型鏈由α（1→3）連接的巖藻糖組成，II 型鏈由交替的α（1→3）和α（1→4）連接的巖藻糖組成，巖藻多糖對(duì)MetS 的主要作用見圖2[61]。

圖2 巖藻多糖減輕代謝綜合征的作用機(jī)制Fig.2 The mechanism of algae polysaccharose reduces metabolic syndrome

1） 高脂飲食（HFD）下抑制肥胖小鼠的體重增加并減少體脂含量。Li 等[62]使用來自格皮氏海參（Pearsonothuria graeffei）（Dfuc-Pg）和墨西哥肥仔刺參（Isostichopus badionotus）（Dfuc-Ib）兩種海參巖藻低聚糖 （Dfuc-Pg 以4-O-磺基為主，而Dfuc-Ib 以2-O-磺基為主，Dfuc-Pg 的分子質(zhì)量量介于760 u 至2 490 u 之間，而Dfuc-Ib 的分子質(zhì)量介于760 u 至2 906 u 之間） 喂養(yǎng)高脂飲食（HFD）小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，喂食后HFD 小鼠的體重、肝臟質(zhì)量和附睪脂肪質(zhì)量顯著降低 （P＜0.05），Dfuc-Pg 和Dfuc-Ib 均可抑制由HFD 引起的高脂血癥、肥胖癥和炎癥。值得注意的是，Dfuc-Pg 可以抑制巨噬細(xì)胞浸潤到脂肪組織中，具有比Dfuc-Ib更好的抗炎活性。同時(shí)，兩種依聚糖通過減少厚壁菌門的豐度而增加擬桿菌的豐度來逆轉(zhuǎn)腸道菌群的營養(yǎng)不良，特別是結(jié)腸菌群的營養(yǎng)不良。此外，抗肥胖作用還包括抑制過氧化物酶體增殖或脂肪細(xì)胞分化，激活受體γ（PPARγ）的表達(dá)和腺苷單磷酸蛋白激酶（AMPK）的磷酸化，從而降低脂肪細(xì)胞標(biāo)記蛋白PPARγ 和CCAAT 增強(qiáng)子結(jié)合蛋白α的表達(dá)。其多糖可以通過改變腸道微生物群（GM）中葉綠素的相對(duì)含量來預(yù)防肥胖癥，還可以通過修復(fù)腸壁屏障和減少炎癥來減輕肥胖[62-63]。

2） 抗高血脂癥，改善血脂水平和減輕HFD誘導(dǎo)的肝脂肪變性。Liu 等[64]研究裙帶菜中巖藻依聚糖對(duì)BALB/c 小鼠腸道菌群及血脂異常的影響，對(duì)高脂飲食組（HFD）分別以50 mg/（kg·d）和100 mg/（kg·d）的巖藻多糖灌胃8 周，結(jié)果發(fā)現(xiàn)巖藻依聚糖可顯著降低血清總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）和肝臟膽固醇水平（P＜0.05），以及膽固醇相關(guān)蛋白 （HMGCR，SREBP-2） 的表達(dá)（P＜0.05），從而使脂肪造成的肝組織惡化得以改善。同時(shí)，腸道菌群的16S rRNA 基因序列分析表明：巖藻依聚糖高度富集了有益于宿主健康的良性微生物，包括阿克曼粘菌和短鏈脂肪酸產(chǎn)生菌（如擬普雷沃菌屬，其豐度與肥胖、糖尿病和代謝綜合征呈負(fù)相關(guān)關(guān)系）、瘤胃球菌科（Ruminococcaceae，能代謝多種多糖和纖維）、厚壁菌門屬（能產(chǎn)生SCFA）和擬桿菌屬（能產(chǎn)生SCFA，可促進(jìn)丙酸酯的產(chǎn)生，從而限制體內(nèi)乙酸酯類化合物的脂質(zhì)合成），增加小鼠腸道中的艾克曼菌（具有改善糖尿病、肥胖癥和闌尾炎等疾病作用）和乳桿菌屬（Lactobacillus，與胰島素抵抗相關(guān)，豐度與空腹血糖呈正相關(guān)）的豐度，并降低消化球菌屬（進(jìn)行酯化和脫硫的細(xì)菌），理研菌屬（Rikenellaceae，豐度與免疫反應(yīng)呈負(fù)相關(guān)）和另枝菌屬（豐度與疏水性膽汁酸BAs 如CDCA 和DCA 水平呈負(fù)相關(guān)）的豐度。結(jié)果表明巖藻依聚糖可通過增強(qiáng)HMG-CoA還原酶（HMGCR）和SREBP-2（肝臟中膽固醇和脂肪酸合成的生物合成的重要激活劑） 改善血脂異常，并調(diào)節(jié)HFD 喂養(yǎng)小鼠的腸道微生物群。其機(jī)理主要是腸道菌群酶將多糖轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸（SCFA），SCFA 又通過肝臟中脂肪形成和糖異生的代謝途徑和炎癥信號(hào)通路，促進(jìn)宿主的新陳代謝[61，64-65]。3）抗糖尿病和改善HFD 誘導(dǎo)的葡萄糖耐受不良和胰島素抵抗。巖藻依聚糖可通過激活5' 腺苷單磷酸激活蛋白激酶（AMPK）調(diào)節(jié)腸道菌群，改善葡萄糖耐量，并通過增加血清脂聯(lián)素濃度（Serum adiponectin concentrations）來改善胰島素敏感性[61]。

2.2.4 調(diào)節(jié)免疫活性 海洋類多糖免疫的調(diào)節(jié)功能主要針對(duì)非特異性和特異性免疫。非特異性免疫可立即對(duì)非宿主物質(zhì)（而非病原體）作出反應(yīng)并發(fā)出信號(hào)，涉及巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞；隨后激活特異性免疫，涉及B 和T 淋巴細(xì)胞[26]。徐明軍等[66]發(fā)現(xiàn)抗生素會(huì)使小鼠菌群與免疫能力失衡，并使小鼠腸道血清因子IL-2 （IL-2 為T 細(xì)胞生長因子，能夠活化Th1 細(xì)胞，促進(jìn)CTL 的增殖，參與抗體反應(yīng)）、INF-α（TNF-α 促進(jìn)T 和B 淋巴細(xì)胞增生）的水平顯著降低；通過將部分高海藻多糖的原料粉末 （配方為滸苔15%、鹿角菜15%、裙帶菜15%、香菇15%、滑菇10%、舞菇10%、刺五加5%、青蒿5%、海參干粉5%、蛹蟲草5%）與正常成分的鼠糧以1∶2 的比例混合制成配方鼠糧；經(jīng)灌胃后，該海藻類的功能食品能有效恢復(fù)小鼠失調(diào)的腸道菌群，顯著提高腸道血清中的IL-2 和INF-α至正常水平[66]。Bhatia 等[67]發(fā)現(xiàn)越南紫菜中提取的硫酸多糖（Fucoidan）是一種雜多糖，主要由巖藻糖、半乳糖和硫酸鹽組成，甘露糖、葡糖醛酸、葡萄糖、鼠李糖、阿拉伯糖和木糖的含量較低，它可以通過改善小鼠腸道菌群，下調(diào)促炎因子，如TNFα，IL-1，IL-1β，IL-6 水平，上調(diào)抗炎因子IL-10 的水平，激活一氧化氮合酶，提高機(jī)體的一級(jí)抗體反應(yīng)與結(jié)合模式識(shí)別受體的能力，影響腸道巨噬細(xì)胞功能；益生菌可通過差異性消耗葡萄糖、谷氨酰胺和氧，促進(jìn)巨噬細(xì)胞的兩種主要炎性表型M1/M2 極化【M1 表型由細(xì)菌脂多糖（LPS）和Th1 促炎細(xì)胞因子，如IFN-γ、TNF-α 和IL-1β 或兩者的極化信號(hào)觸發(fā)；而M2 表型由Th2 細(xì)胞因子，如IL-4 和IL-13 以及抗炎細(xì)胞因子IL-10 和TGFβ或糖皮質(zhì)激素觸發(fā)】，并改變代謝途徑（包括吞噬作用、抗原呈遞和產(chǎn)生細(xì)胞因子），修飾腸道黏膜，顯著增加淋巴和單核細(xì)胞。上述表明硫酸化的越南紫菜多糖通過益生菌作用，促進(jìn)巨噬細(xì)胞活化，提高機(jī)體免疫力[67-69]。

3 間接影響腸道微生物菌群的功能活性

腸道菌群作為最龐大和復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，定植于宿主腸道內(nèi)，與宿主互利共生并相互影響，宿主為腸道菌群提供安逸舒適的環(huán)境，而腸道菌群及其代謝產(chǎn)物可促進(jìn)宿主的進(jìn)化和功能成熟，幫助宿主完成一系列自身不能實(shí)現(xiàn)的生理功能[70-71]。不同的菌群與代謝疾病的關(guān)系見表4。

表4 部分腸道菌群及其生理功能Table 4 Parts of the intestinal flora group and its physiological function

3.1 參與調(diào)控宿主營養(yǎng)物質(zhì)代謝

腸道菌群中存在著與海洋多糖代謝有關(guān)的關(guān)鍵酶，復(fù)雜的多糖可在體內(nèi)被降解和代謝?？沙醪浇到膺@些復(fù)雜多糖的細(xì)菌被稱為初級(jí)降解菌，包括擬桿菌屬、雙歧桿菌屬、魯米諾球菌屬、玫瑰菌屬、面桿菌屬、厭氧桿菌屬或副鏈球菌屬的種屬[63]。Xu 等[19]使用人糞便接種物體外發(fā)酵模型，研究海壇紫菜多糖 （Porphyra haitanensis polysaccharides，PHP）及其在胃腸道中的可發(fā)酵性和益生元作用。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，PHP 逐漸解聚，并被腸道菌群消耗。當(dāng)PHP 作為唯一碳源時(shí)，SCFA 的含量增加，在發(fā)酵后期乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽是SCFA 的主要產(chǎn)物，乙酸鹽濃度最高為（17.71±0.83）mmol/L，丙酸是僅次于乙酸的第二大脂肪族酸，其含量為（6.86±0.32）mmol/L，而腸桿菌產(chǎn)生的丁酸鹽是腸道上皮的主要能源。纖維發(fā)酵產(chǎn)生的SCFA是結(jié)腸細(xì)胞的重要能量（ATP）來源，還是糖異生的底物，可調(diào)節(jié)中樞代謝，是葡萄糖穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵介體。SCFA 還可通過抑制組蛋白脫乙酰基酶（HDAC）或激活G 蛋白偶聯(lián)受體（例如GPR41 和GPR43）來觸發(fā)宿主信號(hào)（如TGR5 信號(hào)、FXR 信號(hào)），進(jìn)而調(diào)節(jié)宿主生理。此外，PHP 具有潛在的益生元作用，主要通過促進(jìn)益生菌微種群，如多形擬桿菌（Bacteroides thetaiotaomicron）、卵形擬桿菌（Bacteroides ovatus）、嗜糖廢水桿菌（Defluviitalea saccharophila） 和普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）的繁殖并抑制有害菌群群落（包括所有變形桿菌的菌屬，如大腸桿菌、沙門氏菌等）的生長來重塑腸道菌群的結(jié)構(gòu)，以預(yù)防或減輕與營養(yǎng)不良有關(guān)的疾病，如2 型糖尿病，肥胖癥和非酒精性脂肪肝疾病[19]。

3.2 調(diào)控宿主免疫系統(tǒng)

腸道菌群主要影響機(jī)體黏膜免疫系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)機(jī)體免疫系統(tǒng)的強(qiáng)化起作用[74-75]。研究發(fā)現(xiàn)，益生元的免疫調(diào)節(jié)行為是通過與腸道益生菌（如乳酸桿菌和雙歧桿菌）的相互作用實(shí)現(xiàn)的，兩者的相互作用直接誘導(dǎo)免疫系統(tǒng)激活，腸道微生物的生物量在克服疾病易感性方面發(fā)揮作用，益生元與益生菌（如乳酸桿菌）的相互作用導(dǎo)致SCFA 的產(chǎn)生，黏蛋白生成的改變，以及益生元與膜受體（如免疫細(xì)胞的Toll 樣受體） 的相互作用開始刺激性免疫反應(yīng)[56]。腸道菌群對(duì)宿主的作用主要有3種[76]：

1） 刺激分泌免疫球蛋白（SIgA）的產(chǎn)生。當(dāng)腸道致病菌（如大腸桿菌、沙門氏菌）入侵時(shí)，細(xì)菌黏附素刺激上皮表面免疫活性細(xì)胞，使黏膜局部產(chǎn)生SIgA，阻止細(xì)菌對(duì)黏膜的攻擊，同時(shí)限制其繁殖，進(jìn)而維持穩(wěn)態(tài)。

2） 活化腸黏膜免疫抗原提呈通路。樹突狀細(xì)胞（DCs）是主要的抗原提呈細(xì)胞，腸道有大量潛在抗原進(jìn)出，而DCs 的存在使抗原處于監(jiān)控之下，正常情況下DCs 處于休眠狀態(tài)，當(dāng)抗原進(jìn)入腸黏膜，位于集合淋巴結(jié)的DCs 立即作出反應(yīng)，表現(xiàn)為失去吞噬能力，激活抗原加工機(jī)制。乳酸桿菌等益生菌及其表面蛋白通過與腸（DCs）的相互作用來調(diào)節(jié)腸黏膜免疫功能，其作用機(jī)制是通過兩者濃度比例的變化，引起抗感染因子和TNF-α、IL-1β、IL-12 和IL-4 促炎細(xì)胞因子表達(dá)的變化。

3） 激活腸黏膜免疫因子與免疫應(yīng)答。Toll 樣受體 （TLR） 是單一跨膜且具有非催化性的蛋白質(zhì)，當(dāng)腸道致病菌（如大腸桿菌）突破機(jī)體的腸黏膜屏障時(shí)，TLR 可通過識(shí)別細(xì)菌具有保守結(jié)構(gòu)的分子而激活機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答。

4 結(jié)論

近年來，對(duì)于海洋多糖方面研究取得一定的進(jìn)展。如對(duì)海洋多糖的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能的深入研究，闡明海洋多糖的理化性質(zhì)，結(jié)構(gòu)表征和潛在機(jī)理。由于海洋生物多糖與人體各種疾病有著密不可分的聯(lián)系，而腸道菌群作為人和動(dòng)物胃腸道中分布數(shù)量龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微生物群落，與人體和動(dòng)物健康更是十分相關(guān)，越來越多的研究人員以海洋類多糖與腸道菌群的關(guān)系為研究重點(diǎn)，以便更好地利用二者的相互作用來改善甚至治愈某些疾病，達(dá)到維持人體健康的目的。未來海洋多糖在生物材料和醫(yī)學(xué)（包括保健品）等領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更為廣闊。

然而，限于目前的研究水平，對(duì)海洋多糖的種類及生物活性的研究不夠全面。隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，目前海洋類多糖對(duì)腸道菌群組成及相對(duì)豐度的影響較為深入，而對(duì)于其調(diào)節(jié)機(jī)制還需深入研究，可從以下方面著手：1）挖掘部分海洋類多糖因腸道菌群所致的生物學(xué)效應(yīng)。2）研究海洋類多糖被腸道菌群降解后的結(jié)構(gòu)變化，因體系十分復(fù)雜，通過分離和純化難以獲得高純度的多糖降解物，其多糖多限于單糖組成研究，結(jié)構(gòu)鍵接方式未知，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)與菌群生物學(xué)效應(yīng)間的關(guān)聯(lián)性不明確。需要多組學(xué)聯(lián)合，研究定量分析代謝產(chǎn)物的手段。3）目前多糖對(duì)菌群的營養(yǎng)特性研究主要集中在體外模擬和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，需通過更多的人體臨床試驗(yàn)加以驗(yàn)證。