文章题目：Alginate oligosaccharide improves lipid metabolism and inflammation by modulating gut microbiota in high-fat diet fed mice

发表期刊：Applied Microbiology and Biotechnology

影响因子：4.3（2025）

通讯单位：中国科学院烟台海岸带研究所，中国科学院海洋大科学研究中心

研究背景

        人体肠道内存在着数量庞大、种类多样的细菌，这些细菌共同构成肠道菌群。饮食不仅是维持宿主健康和生长的必需条件，还能影响并支撑肠道内的共生细菌群落，从而在肠道菌群与宿主之间形成互利共生关系。低膳食纤维摄入、高脂肪摄入会改变肠道菌群的组成和功能，影响宿主-菌群间的相互作用，进而可能导致功能紊乱，增加炎症性肠病、过敏、自身免疫性疾病、肥胖及其相关病症的发病风险。

        褐藻寡糖（AOS）是褐藻胶解聚后的产物，因其具有保水、凝胶化和增稠特性，被广泛应用于食品和制药行业。近年来，褐藻寡糖因对宿主具有多种益处而备受关注，例如降低心血管疾病风险和抗炎作用。此外，已有研究表明，褐藻寡糖可调节动物肠道细菌组成。本研究的主要探究了AOS对高脂饮食小鼠代谢的影响，并评估其潜在益处是否与肠道菌群调节相关性，揭示了褐藻寡糖健康益处的作用机制，可为其在代谢相关疾病预防中的应用提供指导。

褐藻寡糖改善高脂饮食造成的脂肪代谢异常

        小鼠适应环境1周后，随机分为三组（每组n=10），分别饲喂三种不同饲料：普通饲料（正常组，NCD）、高脂饲料（高脂组，HFD）和添加褐藻寡糖的高脂饲料（褐藻寡糖组，AO，每100g饲料含5g褐藻寡糖），持续10周。与正常组相比，HFD小鼠的体重增长、肝脏重量、附睾脂肪重量和腹部脂肪重量均显著升高（Figure 1a and b），高脂饮食也显著提高小鼠血清中总胆固醇（TG）、甘油三酯（TC）和高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平（Figure 1c）。与高脂组相比，AO组小鼠血清TG和LDL-C浓度显著降低。qPCR结果显示，高脂组小鼠脂肪生成相关标志物（Fasn、ACC1、SIRT1、Srebp1、PGC1α）的表达显著升高，而褐藻寡糖处理可显著抑制这些标志物的表达（Figure 1d）。此外，HFD小鼠空腹血糖水平显著高于正常组，而褐藻寡糖处理可显著改善空腹血糖和血清胰岛素水平（Figure 1e and f）。

Figure 1. AO intervention improved lipid and glycemic metabolism

        肝脏HE染色和油红O染色结果显示（Figure 2），HFD组小鼠肝细胞体积增大，细胞内出现大量脂肪空泡，肝细胞周围存在明显炎症浸润；而褐藻寡糖处理可减少肝脏脂肪堆积和炎症反应。与此同时，脂肪组织染色结果也表现出与肝脏相似的结果。

Figure 2. Effects of AO intervention on changes of histology

褐藻寡糖减轻炎症反应并促进短链脂肪酸生成

        炎症因子表达分析发现，HFD组小鼠附睾脂肪组织中促炎细胞因子（IL6、CD11c）的表达显著升高，相对而言，褐藻寡糖处理可显著降低IL1β和CD11c的表达（Figure 3a-f）。血清内毒素水平方面，高脂组比正常组高2倍以上，而褐藻寡糖处理可显著降低内毒素水平（Figure 3g）。

Figure 3. AO intervention alleviated inflammation and endotoxemia.

        与正常组相比，高脂组小鼠粪便中乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、异戊酸和己酸的含量分别降低约23%、61%、46%、38%、19%和15%。与HFD组相比，褐藻寡糖处理可显著提高短链脂肪酸含量：乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸和异戊酸的浓度分别升高了3.31倍、19.40倍、3.52倍、2.93倍、2.04倍和2.23倍（Figure 4）。

Figure 4. AO intervention enhanced concentrations of short-chain fatty acids (SCFAs).

褐藻寡糖可选择性调节肠道菌群

        NMDS结果显示，HFD组、NCD组和AO组小鼠的肠道菌群群落存在明显分离（Figure 5a-c）；ANOSIM分析进一步证实，褐藻寡糖处理可显著调节肠道菌群群落结构（Figure 5c）。三组小鼠肠道菌群中的优势门均为厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）（Figure 5d）。与NCD组相比，NFD组小鼠肠道中脱铁杆菌门（Deferribacteres）的丰度增加了3.15倍，而褐藻寡糖处理可逆转这种变化。在科水平上，NFD组小鼠肠道中拟杆菌科（Bacteroidaceae）、瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）、毛螺菌科（Lachnospiraceae）、理研菌科（Rikenellaceae）和链球菌科（Streptococcaceae）的丰度升高；而AOS处理可使Lachnospiraceae、Rikenellaceae和Streptococcaceae的丰度分别降低83%、76%和96%（Figure 5e）。此外，高脂饮食降低了丹毒丝菌科（Erysipelotrichaceae）的丰度，而褐藻寡糖处理可使该科丰度升高32倍。在种水平上，AO组小鼠肠道中的优势菌种为酸性拟杆菌（Bacteroides acidifaciens）、加氏乳杆菌（A. muciniphila）、罗伊氏乳杆菌（L. reuteri）和黏液阿克曼菌（L. gasseri）（Figure 5f）；且褐藻寡糖可显著提高L. gasseri、L. reuteri和A. muciniphila的丰度（Figure 5g-i）。

Figure 5. AO treatment selectively modulated gut microbiota.

        进一步对三组小鼠肠道中丰度排名前35的不同属水平进行OTUs分析，结果进一步表明褐藻寡糖可显著调节特定肠道菌群（Figure 6a）。与NCD组和AO组相比，NFD组小鼠肠道中副萨特氏菌属（Parasutterella）、阿克曼菌属（Akkermansia）、异杆菌属（Allobaculum）、别样棒菌属（Alloprevotella）和乳杆菌属（Lactobacillus）的丰度较低，而黏液螺旋菌属（Mucispirillum）、乳球菌属（Lactococcus）、链球菌属（Streptococcus）、孪生球菌属（Gemella）、毛螺菌属（Lachnoclostridium）、布劳特氏菌属（Blautia）、球拟酵母属（Globicatella）、螺杆菌属（Helicobacter）、厌氧棍状菌属（Anaerotruncus）、丁酸单胞菌属（Butyricimonas）、颤螺菌属（Oscillibacter）、臭杆菌属（Odoribacter）和阿里斯氏菌属（Alistipes）的丰度较高。这表明褐藻寡糖可通过提高特定肠道菌群的丰度，恢复被高脂饮食扰乱的肠道菌群结构。

Figure 6a and b. Statistical and correlation analysis of gut microbiota.

        肠道菌群科水平与TG、LDL-C的相关性分析显示（Figure 6b），未分类的暗杆菌纲（unidentified Melainabacteria）、消化链球菌科（Peptostreptococcaceae）、阿托波氏菌科（Atopobiaceae）、伯克氏菌科（Burkholderiaceae）、阿克曼菌科（Akkermansiaceae）、丹毒丝菌科（Erysipelotrichaceae）和乳杆菌科（Lactobacillaceae）与TG呈负相关；unidentified Melainabacteria、Burkholderiaceae、Akkermansiaceae、普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）和拟杆菌科（Bacteroidaceae）与LDL-C呈负相关；Erysipelotrichaceae和Lactobacillaceae与空腹血糖呈负相关。此外，双歧杆菌科（Bifidobacteriaceae）、Peptostreptococcaceae、埃格特菌科（Eggerthellaceae）、Erysipelotrichaceae和Lactobacillaceae与内毒素呈负相关；Akkermansiaceae、Prevotellaceae和Bacteroidaceae与至少三种短链脂肪酸呈显著正相关。

Figure 6c. Statistical and correlation analysis of gut microbiota.

        属水平相关性分析显示（Figure 6c），Parasutterella、Akkermansia、粪杆菌属（Faecalibaculum）、杜氏菌属（Dubosiella）和Lactobacillus与TG呈负相关；Parasutterella、Akkermansia、Corynebacterium和拟杆菌属（Bacteroides）与LDL-C呈负相关；Anaerobaculum、泰泽氏菌属（Tyzzerella）、醋酸生成菌属（Acetatifactor）和肠杆菌属（Intestinimonas）与空腹血糖呈正相关，并与血清胰岛素呈负相关；Parasutterella和Lactobacillus与空腹血糖呈负相关；Anaerobaculum、Odoribacter、Gemella、Oscillospira、Blautia和Mucispirillum与内毒素呈正相关；Faecalibaculum、Dubosiella和Lactobacillus与内毒素呈负相关。肠道菌群属水平与短链脂肪酸的相关性分析显示，Parasutterella，Akkermansia，Alloprevotella，Allobaculum，Bacteroide与至少三种短链脂肪酸呈显著正相关。

总结

        综上所述，该研究发现褐藻寡糖可保护小鼠免受高脂饮食诱导的代谢紊乱，并显著调节肠道菌群结构。进一步研究表明，褐藻寡糖通过提高黏液阿克曼菌、罗伊氏乳杆菌和加氏乳杆菌的相对丰度，发挥关键保护作用；且其发挥调节作用依赖于菌群依赖性短链脂肪酸的释放和内毒素水平的降低。因此，研究表明，摄入褐藻寡糖可能是预防代谢综合征的一种新策略。

        原文链接：https://doi.org/10.1007/s00253-020-10449-7

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作者：汪浩

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

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