文章题目：A novel extracellular mannan from Bacillus velezensis ameliorates metabolic-associated fatty liver disease by modulating gut microbiota in mice model

发表期刊：Carbohydrate Polymers

影响因子：12.5（2025）

通讯单位：中国农业大学、中国医学科学院北京协和医学院

        代谢相关脂肪性肝病（MAFLD）是全球高发的慢性代谢性疾病，以肝细胞脂质异常堆积为核心特征，可进展为肝纤维化、肝硬化甚至肝癌，目前临床治疗药物极为匮乏。天然多糖因安全、低毒且能通过调控肠道菌群改善脂代谢紊乱，成为MAFLD防治的研究热点，其中微生物胞外多糖（EPS）凭借多样的药理活性和良好的理化性质备受关注。贝莱斯芽孢杆菌作为益生菌，是优良的EPS产生菌，但其分泌的多糖在MAFLD中的作用及机制尚未被充分挖掘。作者从贝莱斯芽孢杆菌CGMCC 24752中分离纯化出一种新型中性α-甘露聚糖BVP1，通过结构表征明确其独特的糖链连接方式，随后借助高脂饮食（HFD）诱导的MAFLD小鼠模型，结合单细胞核RNA测序、肠道菌群及代谢组分析、粪菌移植（FMT）等技术，证实 BVP1可通过重塑肠道菌群—代谢物谱、调控肝脏非实质细胞脂质代谢关键基因，为MAFLD的治疗提供了新型候选益生元多糖。

        首先，作者从贝莱斯芽孢杆菌CGMCC 24752的发酵液中提取粗多糖CBVP，经层析柱纯化后得到BVP1（图1A-B），高效凝胶渗透色谱检测显示BVP1为单一对称峰（图1C），表明其为均一多糖。随后作者采用两种不同洗脱体系的高效阴离子交换色谱分析BVP1的单糖组成（图1D），与单糖标准品对比发现，BVP1仅由甘露糖组成，不含任何糖醛酸，证实其为中性甘露聚糖。图1E显示，BVP1出现典型的糖类特征吸收峰，且存在α-糖苷键。甲基化分析进一步明确了BVP1的糖苷键连接类型，，图1F结果显示，BVP1主要的糖苷键类型为末端甘露糖、1,2,6-连接甘露糖和1,2-连接甘露糖。通过一维、二维核磁共振波谱以及甲基化实验的综合解析，确定了BVP1的重复单元结构，结果如图2所示。

图1 BVP1的鉴定与组成分析

图2 BVP1的结构

        为探究BVP1对高脂饮食诱导的MAFLD的改善作用，作者将小鼠分为正常饮食组、高脂饮食组和高脂饮食+BVP1处理组，连续干预12周（图3A）。结果显示，BVP1处理可显著抑制高脂饮食诱导的小鼠体重增加（图3B-C），BVP1组小鼠的平均采食量较高脂饮食组有所降低（图3D），对比心脏重量、心脏指数、肝脏指数无显著差异，但肝脏重量显著降低（图3E-H）。同时，BVP1可降低小鼠自由饮食血糖和空腹血糖水平，改善高脂饮食诱导的血糖紊乱（图3I-J）、葡萄糖不耐受（图3K-L）并显著缓解小鼠的胰岛素抵抗（图3M-N）。

图3 口服BVP1可缓解高脂饮食诱导的小鼠MAFLD

        MAFLD与肥胖密切相关，因此作者检测了小鼠白色脂肪组织（WAT）的重量和占比，结果显示，与正常饮食组相比较，高脂饮食组小鼠皮下、附睾（eWAT）、肠系膜、肾周白色脂肪组织的脂肪堆积显著增加；而BVP1干预可显著降低白色脂肪组织的重量和占比（图 4A-B）。附睾白色脂肪组织的HE染色结果显示，BVP1处理可显著降低大脂肪细胞的比例，增加小脂肪细胞的比例（图4C），脂肪细胞平均直径显著减小，表明脂质沉积明显减少（图4D）。脂质代谢相关基因表达分析显示（图4E），与高脂饮食组相比，BVP1组小鼠附睾白色脂肪组织中Atgl、Pgc1α、Lcad等脂解和脂肪酸动员相关基因显著上调，Fasn、Hmgcr等脂质合成相关基因显著下调。此外，BVP1可显著下调附睾白色脂肪组织中促炎细胞因子Ccl4，以及Cd11b、Cd11c、Cd163、F4/80等巨噬细胞浸润标志物的mRNA表达（图4F）。

图4 BVP1对高脂饮食诱导的MAFLD小鼠脂肪组织代谢异常的影响

        鉴于肠道微生物群已被证实是通过与膳食多糖相互作用调节宿主脂质代谢的关键因素，作者假设BVP1能有效改善小鼠MAFLD的机制可能涉及微生物介导的肠-肝轴。为验证这一假说，作者首先探究了BVP1对小鼠肠道微生物群结构的影响。与普通饮食组相比，BVP1显著提高了α多样性指数，而高脂饮食组与BVP1组间未见显著差异（图5A）。β多样性分析中，基于Bray-Curtis距离的主坐标分析（PCoA）显示三组间存在显著分离（图5B）。如图5C所示，维恩图清晰呈现了各组间共有的ASV与独特的ASV。为深入探究BVP1对肠道微生物群组成与结构的影响，作者分别在门和属两个水平上分析了微生物群的相对丰度。在门水平（图5D），厚壁菌门、拟杆菌门和放线菌门是最丰富的分类单元，构成所有组别中绝大多数的微生物群落。在属水平（图5E-F），高脂饮食组富集了Blautia、Colidextribacter等属，而BVP1组则富集了Candidatus_Saccharimonas、[Eubacterium] nodatum群等属。此外，基于属相对丰度的共存网络分析显示：与ND组相比，HFD组的细菌网络更为复杂。相比之下，BVP1组网络复杂度降低，表明BVP1治疗逆转了高脂饮食诱导的细菌网络复杂性（图5G）。

图5 BVP1对高脂饮食诱导小鼠肠道微生物群组成的影响

        随后作者评估了暴露于BVP1的小鼠粪便代谢组变化。部分最小二乘判别分析（PLS-DA）评分显示，与正常饮食小鼠相比，高脂饮食诱导的MAFLD显著改变了代谢物水平，而BVP1明显逆转了这些变化（图6A）。此外，OPLS-DA模型的置换检验显示样本组间存在显著分离且模型无过拟合现象，证实了数据的可靠性（图6B）。随后作者采用倒置维恩图和火山图，统计不同对照组间共有的差异代谢物（DMs）与特异性差异代谢物（图6C-E）。基于人类代谢物数据库（HMDB）的富集分析显示，多数差异代谢物主要关联于有机酸及其衍生物（OAD）和脂质及类脂质分子（LLM）（图6F）。这些发现表明，与正常饮食小鼠相比，高脂饮食小鼠的粪便微生物代谢物与左旋肉碱缺乏症（LLM）的关联性远高于与高胆固醇血症（OAD）的关联性，而BVP1治疗可缓解这种高脂饮食诱导的代谢转变。此外，京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析揭示：脂质代谢、信号转导、 氨基酸代谢及膜转运通路在ND组和小鼠和BVP1处理组中均显著富集（图6G），表明这些通路可能在调节脂质代谢中发挥重要作用。具体而言，这些通路涉及的代谢物在BVP1小鼠中显著上调，并与脂质代谢紊乱的改善相关（图6H-M）。斯皮尔曼相关性分析显示，这些代谢物与MAFLD特征存在显著负相关（图6N），表明其对脂质代谢具有调节作用，可能对MAFLD具有潜在益处。为进一步探究BVP1的抗MAFLD效应，对BVP1富集差异菌群、代谢物及MAFLD特征进行了相关性分析（图6O）。桑基图显示，BVP1的抗MAFLD效应是由富集差异菌群衍生的代谢物介导实现的。

图6 BVP1对粪便代谢谱的影响

        为明确肠道菌群在BVP1抗MAFLD中作用机制，作者进行了粪菌移植（FMT）实验。将HFD小鼠的粪便菌群处理后，移植至HFD受体小鼠体内（图7A）。结果显示，BVP1来源的菌群显著降低了MAFLD小鼠的体重、体重增长量及空腹血糖水平（图7B-C&G），但对器官重量、器官指数及自由饮食血糖水平无显著影响（图7D-F）。在口服葡萄糖耐量试验中，BVP1-FMT受体组血糖升幅显著低于HFD-FMT受体组（图7H-I）。

图7 FMT减轻高脂饮食诱导的小鼠非酒精性脂肪性肝病

        总而言之，作者从贝莱斯芽孢杆菌CGMCC 24752菌株中分离纯化出新型胞外多糖（BVP1），并鉴定其为中性α-甘露聚糖。在研究中发现BVP1对高脂饮食诱导的小鼠MAFLD及其相关表型展现出显著保护作用。且BVP1的治疗效果与肠道菌群组成的改变存在因果关联，其特征表现为有益微生物及其相关代谢物的显著富集。这些发现为BVP1作为MAFLD治疗剂的潜力提供了基础证据和机制见解。

        原文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.124150

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作者：付钧

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

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