科研思路 | 南昌大学团队:黄精多糖通过“菌群-胆汁酸代谢轴”调控TGR5/FXR-FGF15通路改善2型糖尿病

关注公众号，聚焦肠道菌群顶刊深度解读，后台回复 “多组学联合分析”，免费领取「微生物组、代谢组学、转录组学和网络药理学等多组学联合分析方法与教程」，帮你少走科研弯路！

2型糖尿病(T2DM)以糖脂代谢紊乱和肠道屏障损伤为特征，肠道菌群失调和胆汁酸代谢异常是其重要病理基础。黄精(Polygonatum cyrtonema)多糖(PCP-80%)是我们前期提取的活性成分，分子量4.1 kDa，具有果聚糖结构。本研究旨在探索PCP-80%通过调控肠道菌群-胆汁酸代谢轴改善T2DM的分子机制。通过HFD-STZ诱导T2DM大鼠模型，结合多组学分析，首次揭示PCP-80%重塑菌群结构，富集胆汁酸转化相关菌群，促进次级胆汁酸(UDCA、LCA、HDCA等)生成，激活TGR5/FXR-FGF15信号通路，从而改善糖脂代谢、修复肠道屏障、抑制炎症的全新机制，为黄精多糖作为功能性食品的开发利用提供了理论依据。

通过多组学整合分析，发现PCP-80%显著调节T2DM大鼠的菌群结构和胆汁酸谱，增加有益菌(Bifidobacterium、Ligilactobacillus、Muribaculaceae)丰度，降低致病菌(Prevotella_9、Clostridium_sensu_stricto_1)丰度，同时富集具有抗糖尿病活性的次级胆汁酸(UDCA、LCA、HDCA、isoLCA、alloLCA)。

PCP-80%干预后，UDCA和LCA作为TGR5激动剂，促进GLP-1和PYY分泌；LCA同时作为FXR激动剂，激活FXR-FGF15信号通路。该轴抑制葡萄糖转运蛋白(GLUT2/SGLT1)表达，减少肠道葡萄糖吸收，同时上调紧密连接蛋白(ZO-1、occludin、claudin-1/5)，修复肠道屏障，降低LPS泄漏和炎症因子(TNF-α、IL-6、IL-1β)。

HFD-STZ诱导T2DM大鼠模型，PCP-80%(50/100/200 mg/kg)灌胃4周。结果显示，与模型组相比，PCP-80%高剂量组空腹血糖(FBG)显著降低(图1C)，糖化血清蛋白(GSP)和OGTT-AUC均下降(图1D-F)。血脂方面，PCP-80%降低TC、TG、LDL-C(图1G-I)，升高GLP-1和PYY分泌(图1N-O)。肝功能指标ALT和AST也得到改善(图1K-L)。

结肠H&E染色显示，模型组结肠隐窝萎缩、黏膜下大量炎性细胞浸润，PCP-80%干预后结肠结构恢复(图2A,C)。PAS/AB染色显示，PCP-80%增加杯状细胞数量(图2B,D)。炎症因子IL-6、TNF-α、IL-1β在模型组显著升高，PCP-80%干预后显著降低(图2E-G)。

血清LPS、D-Lac在模型组升高，PCP-80%干预后降低(图3A-B)。Western blot显示，模型组紧密连接蛋白ZO-1、occludin、claudin-1/5表达下调，PCP-80%恢复其表达(图3D-H)。同时，模型组葡萄糖转运蛋白GLUT2和SGLT1表达上调，PCP-80%显著抑制其表达(图3I-K)。

α-多样性分析显示，模型组Chao1和Observed_species降低，PCP-80%恢复(图4A-B)。PCoA和NMDS显示各组菌群结构明显分离(图4C-D)。在属水平，模型组中致病菌(Prevotella_9、Clostridium_sensu_stricto_1)富集，有益菌(Bifidobacterium、Ligilactobacillus、Muribaculaceae、Lachnospiraceae_NK4A136_group)减少。PCP-80%逆转这些变化(图4E-P)。

模型组总SCFAs及乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸水平均显著降低，PCP-80%干预后恢复(图6A-G)。相关性分析显示，SCFAs与糖脂代谢指标、肠道屏障指标及菌群丰度显著相关(图6H)。

PCA和sPLS-DA显示，NC、MC、HPCP-80%三组胆汁酸谱明显分离(图7A-B)。模型组结合型/游离型胆汁酸比值升高，PCP-80%降低该比值(图7C)。模型组中CA、CDCA升高，UDCA、β-MCA、HDCA、LCA、alloLCA、isoLCA降低，PCP-80%逆转这些变化(图7F-S)。次级胆汁酸(UDCA、LCA、HDCA等)在PCP-80%组显著富集。

相关性分析显示，UDCA、LCA、HDCA等次级胆汁酸与糖脂代谢指标、肠道屏障指标呈显著正相关，而CA、CDCA呈负相关(图8B)。这些胆汁酸与菌群丰度也显著相关(图8C)。Western blot显示，PCP-80%显著上调结肠TGR5、FXR和FGF15蛋白表达(图10A-D)。PICRUSt2功能预测显示，PCP-80%上调了与SCFAs产生和胆汁酸代谢相关的通路(图9A)。

PCP-80%补充 → 重塑肠道菌群(富集Bifidobacterium / Ligilactobacillus / Muribaculaceae，抑制Prevotella_9 / Clostridium) → 促进SCFAs产生(乙酸/丙酸/丁酸) + 调节胆汁酸代谢(富集UDCA/LCA/HDCA/isoLCA等次级胆汁酸) → 次级胆汁酸激活TGR5和FXR受体 → TGR5促进GLP-1/PYY分泌，FXR激活FGF15信号 → 抑制葡萄糖转运蛋白(GLUT2/SGLT1)表达 + 上调紧密连接蛋白(ZO-1/occludin/claudin) → 减少肠道葡萄糖吸收 + 修复肠道屏障 → 降低血清LPS和炎症因子 → 改善糖脂代谢紊乱和肠道炎症 → 缓解T2DM

📌 多组学整合：从菌群到代谢物到宿主受体的完整链条本研究整合16S测序、胆汁酸靶向代谢组学、SCFAs分析、Western blot验证，形成了“菌群结构→代谢物谱→受体激活→表型改善”的完整证据链。这种多组学整合策略是天然产物机制研究的顶刊标配，值得借鉴。

📌 次级胆汁酸作为功能性食品作用的关键中介研究发现PCP-80%富集的次级胆汁酸(UDCA、LCA、HDCA、isoLCA)是激活TGR5/FXR的关键分子。这提示在开发功能性食品时，关注其对内源性代谢物(尤其是胆汁酸)的调节作用，是揭示分子机制的有效切入点。

📌 菌群-胆汁酸轴是代谢性疾病干预的核心靶点本研究再次证实了“菌群-胆汁酸轴”在糖脂代谢调控中的核心地位。通过膳食多糖调节菌群，进而重塑胆汁酸谱，激活BA受体信号，是一种安全有效的代谢干预策略，为益生元/膳食纤维的开发提供了理论支撑。

📌 果聚糖类多糖的菌群发酵特性与健康效应PCP-80%是长链果聚糖，本研究证实其可被肠道菌群发酵，产生SCFAs并调节胆汁酸代谢。这提示果聚糖类多糖具有类似的健康效应，未来可进行结构-活性关系研究，筛选最优聚合度的果聚糖。

👉 菌株水平的因果验证本研究鉴定了多个与胆汁酸代谢和SCFAs产生相关的菌属(如Bifidobacterium、Ligilactobacillus、Muribaculaceae)，未来可通过单菌定植或菌群移植实验，验证特定菌株在PCP-80%效应中的必要性，建立更精准的因果链。

👉 胆汁酸与TGR5/FXR的分子对接与构效关系通过分子对接和表面等离子体共振(SPR)等技术，直接验证UDCA、LCA、HDCA等次级胆汁酸与TGR5/FXR的结合亲和力，阐明其作为内源性配体的结构基础，为筛选小分子激动剂提供依据。

👉 无菌小鼠或基因敲除小鼠的验证在无菌小鼠或肠道特异性TGR5/FXR敲除小鼠中，验证PCP-80%的降糖效应是否依赖于菌群和BA受体，进一步确认机制的因果性。

👉 临床转化与人群研究开展小规模临床干预研究，评估黄精多糖在T2DM患者中的降糖效果，并结合粪便菌群和胆汁酸谱分析，探索其作为膳食补充剂的应用潜力及个体化响应差异。