海參硫酸多糖與腸道菌群的相互作用及其調(diào)節(jié)糖脂代謝的研究進展

桑 雪，李 瑩，童 瑤，于 雙，宋志遠,2，李雙雙，趙前程,*

（1.大連海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.大連市特色海洋功效成分開發(fā)與高值化利用重點實驗室，遼寧 大連 116023；3.遼寧省海洋健康食品工程研究中心，遼寧 大連 116000；4.大連工業(yè)大學(xué)，海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，遼寧 大連 116034；5.大連民族大學(xué)生物技術(shù)與資源利用教育部重點實驗室，遼寧 大連 116650；6.大連鑫玉龍海洋生物種業(yè)科技股份有限公司，遼寧 大連 116200）

隨著市場上對海參食用和藥用價值需求的日益增長[1]，中國海參產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，據(jù)2022年漁業(yè)年鑒報告，中國海參總產(chǎn)量為22.27萬 t[2]。海參的保健功能一直備受關(guān)注，特別是近年來大規(guī)模疫情爆發(fā)之后更是得到廣泛認可，其正逐漸從傳統(tǒng)食材向健康機能性食品過渡。海參中含有多種功能性食品成分，海參多糖在含量上僅次于蛋白，是海參中最重要的功效活性物質(zhì)之一。因此，對海參多糖的深入研究，可為海參營養(yǎng)和食療價值提供科學(xué)依據(jù)，并為海參產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供理論依據(jù)。

硫酸多糖是多糖中單糖分子上某個或某些羥基被硫酸基團取代而形成的一類化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生物活性多樣、構(gòu)效關(guān)系鮮明的多糖類物質(zhì)。海參硫酸多糖（sulfated polysaccharides from sea cucumber，SC-SPs）因其結(jié)構(gòu)的高度重復(fù)性及其所蘊藏的巨大生物活性潛力，引發(fā)廣大科研工作者的研究興趣。近年來，越來越多的研究表明，SC-SPs能夠調(diào)節(jié)機體能量代謝、緩解營養(yǎng)過剩導(dǎo)致的糖脂代謝疾病。

本文在綜述SC-SPs結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，探討了對腸道菌群變化與SC-SPs驅(qū)動健康益處之間的相關(guān)性，以及SC-SPs對腸道菌群和代謝產(chǎn)物生長的影響。

1 海參硫酸多糖的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

海參體壁是主要的食用和藥用部位，而海參多糖是海參體壁的重要成分。國內(nèi)外研究表明，海參體壁多糖的兩種主要形式為海參巖藻聚糖硫酸酯（sea cucumber fucoidan，SC-FUC）和海參巖藻糖基硫酸軟骨素（sea cucumber fucosyl chondroitin sulfate，SC-FCS），兩者均為硫酸多糖并且結(jié)構(gòu)特性（如分子質(zhì)量、單糖組成、一級結(jié)構(gòu)及鏈構(gòu)象（高級結(jié)構(gòu)））間存在顯著差異。目前已經(jīng)有大量的文獻報道了這兩類SC-SPs的結(jié)構(gòu)與活性（圖1和表1）。

表1 海參硫酸多糖的來源及其結(jié)構(gòu)、分子質(zhì)量和硫酸根含量Table 1 Sources of sea cucumber sulfated polysaccharides and their structures, molecular masses and sulfate contents

圖1 海參硫酸多糖的結(jié)構(gòu)特性及主要生物活性[3-4]Fig.1 Structural characteristics and major biological activities of sulfated polysaccharides from sea cucumber[3-4]

FUC是一類以巖藻糖為主要單糖組成，部分羥基被硫酸根取代的酸性多糖，從藻類中提取的FUC不僅含有巖藻糖，也含有其他單糖如木糖、半乳糖、甘露糖、葡萄糖、鼠李糖等。與藻類FUC不同的是，從海洋動物中提取的FUC單糖組成較為單一，基本只含有巖藻糖[29]。從海參中提取的FUC通常具有重復(fù)的四糖結(jié)構(gòu)序列，SC-FUC的結(jié)構(gòu)不同之處取決于它們的硫酸根含量以及取代位點。如表1所示，從不同種類海參中提取的SC-FUC的一級結(jié)構(gòu)均不同，它們具有不同的硫酸基巖藻糖重復(fù)單元、連接方式或硫酸化模式。

硫酸軟骨素是一種存在于各種動物組織中的酸性黏多糖，是軟骨素中硫酸基在不同位置的取代產(chǎn)物。硫酸軟骨素是由糖醛酸（葡糖醛酸（glucuronic acid，GlcA）/艾杜糖醛酸（iduronic acid，IdoA））、N-乙酰氨基半乳糖（N-acetyl-D-galactosamine，GalNAc）及不同含量硫酸基組成。SC-FCS主鏈由β-D-GalNAc和β-D-GlcA構(gòu)成二糖重復(fù)單元；而在SC-FCS中β-D-GlcA上的3 位支鏈由具有不同聚合度的L-巖藻糖構(gòu)成[30]，大多數(shù)N-乙酰-β-D-氨基半乳糖上出現(xiàn)4位和6位的雙硫酸基取代結(jié)構(gòu)[29]。巖藻糖支鏈會以1-2、1-3、1-4等鍵連方式與主鏈連接。巖藻糖支鏈往往存在不同硫酸根取代位點（2-O、3-O、4-O），且硫酸根取代個數(shù)也各不相同[29]。隨著研究的不斷深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)不同海參來源SC-SPs的化學(xué)組成差異較大。

SPs根據(jù)單糖組成類型、糖苷鍵類型、分子質(zhì)量以及重要的硫酸基團位置和程度而變化，結(jié)構(gòu)上的差異主要是由于SPs的來源不同。然而，即使來自同一物種的FCS結(jié)構(gòu)也不同。例如，Guan Ruowei等[19]測定的仿刺參（Apostichopus japonicus）FCS分子質(zhì)量為76.4 kDa，而Ustyuzhanina等[18]測定相同物種的FCS分子質(zhì)量僅為26.98 kDa。此外，Zhu Zhenjun等[24]提出刺參（Stichopus japonicus）的FCS有硫酸軟骨素（chondroitin sulfate，CS）-E和CS-A，而Guan Ruowei等[19]發(fā)現(xiàn)刺參的FCS僅有CS-E，因此，結(jié)構(gòu)特征的差異不僅限于SPs來源，還包括季節(jié)和棲息地的差異[23]。SC-SPs糖鏈組成和長度、硫酸基的數(shù)目和位置不同都會導(dǎo)致其生物活性不同[29]，例如，F(xiàn)CS需要至少16%的巖藻糖基化程度才能通過激活肝素輔因子II來增強對凝血酶的抑制[31]；具有3,4-O-二硫巖藻糖支鏈的FCS的降血脂作用強于具有2,4-O-二硫巖藻糖支鏈的FCS[22]。許多多糖通過硫酸化修飾可以顯著改變多糖的結(jié)構(gòu)特征，使其生物活性顯著提高的同時，又賦予多糖新的生物活性[32-34]。多糖的側(cè)鏈和硫酸根取代位點還影響著SPs的高級結(jié)構(gòu)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)對其生物效應(yīng)至關(guān)重要，例如，具有2,4-O-二硫化物的FCS比具有4-O-單硫酸鹽和2,3-O-二硫酸鹽的FCS具有更強的抗凝活性[23]；再如Shang Qingsen等[35]提出，F(xiàn)UC的糖苷鍵類型能顯著影響對腸道微生物群的調(diào)節(jié)。由此可見，了解特定SPs的化學(xué)結(jié)構(gòu)能夠避免對健康影響研究產(chǎn)生的誤導(dǎo)。因此，本綜述提供的有關(guān)SC-SPs結(jié)構(gòu)和不同類型的信息有助于解釋SC-SPs的生物活性機制，進一步促進其應(yīng)用。

2 海參硫酸多糖與腸道菌群

人體胃腸道，尤其是大腸，是微生物群落中最大、最復(fù)雜的群體。胃腸道菌群包含多種微生物，包括與宿主共生的細菌、真菌和原生動物，其中細菌占腸道菌群的最大部分。人體內(nèi)近80%細菌無法培養(yǎng)，而且這些細菌的大部分功能未知[36]。與巨大的物種多樣性相比，腸道細菌群落主要由Firmicutes、Bacteroides、Proteobacteria和Actinobacteria四大門類組成，F(xiàn)irmicutes和Bacteroides是最主要的門。腸道微生物與宿主始終處于動態(tài)平衡的狀態(tài)，這種平衡和穩(wěn)定對宿主的生理功能有著深遠的影響，包括免疫防疫功能的調(diào)節(jié)，以及能量和維生素的產(chǎn)生和合成[37-38]。

大部分多糖不能被人體直接消化吸收，卻可以通過人體消化道安全到達遠端腸道后與腸道菌群相互作用[39-41]。多糖可作為腸道菌群的碳源促進有益菌生長，并通過其代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)腸道菌群、改變腸道微生態(tài)多樣性而發(fā)揮其益生元作用。近年來，通過使用益生元控制腸道菌群可以減輕腸道輕度炎癥、改善腸道屏障的完整性，從而改善代謝平衡。多糖可以在一定程度上改變和重塑腸道菌群的多樣性和組成，與此同時，多糖也可被腸道微生物菌群降解，產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。腸道菌群代謝物（如短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）在預(yù)防高脂飼料喂養(yǎng)小鼠的肥胖、血脂異常和炎癥方面發(fā)揮了重要作用。以上研究結(jié)果意味著腸道菌群的調(diào)節(jié)、有益細菌和代謝物的存在可能是實現(xiàn)宿主健康益處的關(guān)鍵策略?？紤]到不同的多糖類型對腸道菌群和代謝物的影響不同，而SC-SPs作為一種獨特類型的硫酸多糖，可能會產(chǎn)生不同的作用。本節(jié)總結(jié)了SC-SPs對腸道菌群和代謝物的調(diào)節(jié)作用（表2）。

表2 海參硫酸多糖對腸道微生物群和代謝物的影響Table 2 Effects of sulfated polysaccharides from sea cucumber on gut microbiota and metabolites

2.1 海參硫酸多糖對腸道菌群及其相關(guān)代謝物的影響

腸道菌群的豐富性和多樣性、微生物群落分類組成的相對豐度及其代謝物（如LPS、SCFAs和次生膽汁酸）的濃度被認為與宿主健康有關(guān)[48]。通過了解SPs對這些腸道菌群參數(shù)的影響，可以探索SPs對宿主健康產(chǎn)生有益作用的潛在機制。高細菌豐富度和多樣性往往反映生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和恢復(fù)力，并且與疾病及腸道菌群中某些物種數(shù)量減少存在一定的關(guān)聯(lián)性[48]。對于SC-SPs來說，目前的研究表明，絕大多數(shù)可以提高腸道菌群的豐富度和多樣性；也有一些研究表明SC-SPs對腸道菌群的豐富性或多樣性的影響不大，這些差異可能歸因于SC-SPs類型、分子質(zhì)量、實驗?zāi)Ｐ突騽┝康牟煌ū?）。

Bacteroidetes、Firmicutes和Proteobacteria在腸道菌群中的相對豐度超過90%[49]，而SPs的攝入可以調(diào)節(jié)這些菌門的相對豐度。大多數(shù)的SPs可以降低Firmicutes豐度、增加Bacteroides的豐度，表明由SPs調(diào)節(jié)的腸道菌群可能具有較低的Firmicutes/Bacteroides比率（F/B）[3]。Proteobacteria中包括許多已知的人類病原體，如沙門氏菌（Salmonella）、弧菌（Vibrio）和綠膿桿菌（Pseudomonas aeruginosa），SC-SPs對Proteobacteria的調(diào)控取決于SPs的類型、動物模型等，如兩種FCS低聚糖對Proteobacteria的豐度影響不同[17,42]。用SC-SP處理的瘦小鼠的Proteobacteria豐度較高，在高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠中補充SC-SP會降低其豐度，與此同時，在補充了SC-SP和d-SCSP的高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠中Akkermansia豐度也有所增加[39]；再如用美國肉參硫酸軟骨素（fucosylated chondroitin sulfate fromIsostichopus badionotus，F(xiàn)CS-Ib）和美國肉參硫酸軟骨素寡糖（fucosylated chondroitin sulfate’s depolymerized derivativefromIsostichopus badionotus，DFCS-Ib）均能夠不同程度上恢復(fù)厚壁菌門和擬桿菌門構(gòu)成比例，促進高脂膳食飼養(yǎng)小鼠腸道菌群的健康，其中，大分子多糖能夠使F/B的比例恢復(fù)至正常水平，而DFCS-Ib作用弱于FCS-Ib[44]。有研究表明，攝入SPs可以促進有益細菌（Lactobacillus、Akkermansia、Bifidobacterium等）的增殖，從而使宿主更健康。除上述已知的有益細菌外，其他一些主要產(chǎn)生SCFAs的有益細菌（如Bacteroides和Alloprevotella）也可通過SC-SPs來富集。多形擬桿菌（Bacteroides thetaiotaomicron）是Bacteroides的代表物種，它包含多種糖苷水解酶和多糖裂解酶，能夠參與SPs的降解[50]。在不同的實驗?zāi)Ｐ椭薪o予不同類型的SC-SPs可以提高模型體內(nèi)Bacteroides的豐度[51]；某些SC-SPs還可以通過抑制潛在有害細菌來調(diào)節(jié)腸道菌群，有研究表明SC-SPs可以顯著抑制高脂膳食小鼠腸道中Escherichia-Shigella的豐度[33]；而解聚SC-SPs可以顯著抑制Pseudomonas和Yersinia的豐度[39]。

SC-SPs對潛在的LPS產(chǎn)生菌Desulfovibrio在不同情況下的調(diào)控存在顯著差異，在瘦小鼠體內(nèi)補充SC-SPs后，Desulfovibrio豐度顯著增加；而高脂膳食小鼠體內(nèi)的Desulfovibrio豐度卻顯著降低[33]。由于腸道微生態(tài)非常復(fù)雜，需要進一步的研究來闡明確切的機制，總地來說，如果SC-SPs在宿主健康方面能帶來有益的效果，這可能是因為有益細菌的增加以及病原體的減少。腸道菌群與宿主相互作用的主要方式之一是通過微生物代謝中間產(chǎn)物或最終產(chǎn)物產(chǎn)生的小分子，SC-SPs對腸道微生物的代謝產(chǎn)物如LPS、SCFAs和膽汁酸（bile acids，BAs）的影響一直是研究的重點[52]。其中，LPS濃度被SC-SPs、SC-FCS、SC-FUC及SC-FUC寡糖等顯著抑制；Chen Shiguo等[23]研究表明，F(xiàn)UC可以抑制腸道菌群中BAs含量，并將初級BAs轉(zhuǎn)化為次級BAs；此外，SCFA被認為是腸道微生物群發(fā)酵多糖的主要終產(chǎn)物，對人體和動物等宿主產(chǎn)生多種有益影響，在不同的實驗?zāi)Ｐ椭?，大多?shù)SC-SPs對乙酸鹽和總SCFAs具有顯著的促進作用?；赟C-SPs結(jié)構(gòu)的不同，其對腸道菌群的調(diào)節(jié)機制也不相同，Zhang Tiehua等[40]的研究也表明，天然多糖的糖苷鍵類型直接影響腸道菌群的分布。而由表1、2可知，SCSPs糖苷鍵型可能主要影響腸道菌群的多樣性和代謝[35]，確定腸道菌群如何利用特定多糖、腸道微生物間的互作關(guān)系及其代謝產(chǎn)物的特征具有重要意義。

2.2 腸道菌群參與硫酸多糖的分解代謝

人類基因組因沒有編碼足夠的碳水化合物活性酶（CAZymes），從而限制了糖的酵解作用，而微生物基因集約為人類基因補體的150 倍[36]，其中2.62%的基因被靶向分配至數(shù)十種不可消化多糖的CAZymes。因此，SC-SPs在人體內(nèi)的代謝需要細菌源CAZymes的參與，Kaoutari等[53]報道了人類腸道菌群中具有代表性的CAZymes數(shù)據(jù)庫和多樣性，其中Bacteroidetes、Firmicutes每個基因平均分別可編碼137.1 個和39.6 個CAZymes。由于SPs的水解只發(fā)生在細菌的細胞表面，這些細菌中的CAZymes必須包含輸出到細胞表面的信號序列，Bacteroidetes中約81%的糖苷水解酶（glycoside hydrolases，GHs）和多糖裂解酶（polysaccharide lyases，PLs）具有信號序列，而Firmicutes中約有19%的GHs和PLs有信號序列。Bacteroides屬隸屬于Bacteroidetes門，研究發(fā)現(xiàn)其具有碳水化合物代謝途徑，并能夠編碼不同種類負責(zé)降解SPs的降解酶，包括GHs、PLs和碳水化合物酯酶等[40]，由上述推測，Bacteroidetes在菌群中主要負責(zé)SC-SPs的代謝。

硫酸多糖的降解模式還有以下兩種：一是Firmicutes和Bifidobacterium僅降解少數(shù)SC-SPs的單個糖苷鍵；二是整個腸道菌群參與SC-SPs的代謝，發(fā)生大量代謝物互養(yǎng)作用[40]。目前，這一領(lǐng)域的研究較少且很大程度上仍處于理論研究階段，對于腸道菌群參與SC-SPs的分解代謝是未來需要突破的一個重要研究目標(biāo)。

3 腸道菌群影響宿主糖脂代謝

相對于遺傳因素，膳食和藥物等環(huán)境因素對腸道菌群的影響更為顯著，腸道菌群的多樣性和某些菌種所占的比例因宿主飲食中攝入的膳食纖維含量不同而存在明顯差異[54]。宿主膳食中添加SPs后，某些特定物種微生物的豐度可增加30%以上，而腸道菌群的變化又將直接影響宿主糖脂代謝[55]，因此，通過膳食干預(yù)調(diào)節(jié)宿主腸道菌群的平衡或可成為改善宿主代謝進而減少代謝性疾病發(fā)病的新途徑。

多項干預(yù)性研究探索了SC-SPs對機體代謝改善的影響，結(jié)果顯示SC-SPs可以降低研究對象的體質(zhì)量、減少其體脂蓄積，并且上述效果在肥胖、糖尿病患者等已經(jīng)患有代謝性疾病的研究對象中更為顯著，表明SPs可在肥胖等代謝性疾病治療方案中發(fā)揮重要的作用[3]。目前關(guān)于SPs改善機體代謝的研究中，大部分都集中在探討SPs的攝入與腸道菌群及相關(guān)代謝產(chǎn)物的相互作用。攝入SPs等膳食纖維量較少時，腸道微生物發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生的SCFA含量也會相應(yīng)降低，進而通過乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽的作用使腸道內(nèi)微生物新陳代謝由有利模式轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生更多有害代謝物的模式，而膳食纖維攝入較多者則能通過上述機制使機體糖脂代謝保持平衡，從而降低肥胖、2型糖尿病等代謝性疾病的發(fā)生率。

近年來，越來越多的研究表明，SC-SPs能夠調(diào)節(jié)機體能量代謝，緩解營養(yǎng)過剩帶來的代謝疾病[29]。目前，對于SC-SPs的活性研究集中在對糖脂代謝的調(diào)節(jié)方面。

3.1 腸道菌群與肥胖

肥胖被世界衛(wèi)生組織定義為“異?；蜻^量脂肪積累所造成的機體損傷”，已成為全球性的公共健康問題。身體質(zhì)量指數(shù)超標(biāo)已成為全球?qū)е滤劳龅牡?位風(fēng)險因素，不僅如此，肥胖及其并發(fā)癥已被證實與2019新冠病毒感染（COVID-19）的易感性和嚴(yán)重程度顯著相關(guān)[56]。對于個體而言，肥胖通常是由于能量攝入與能量消耗不平衡所引起的體內(nèi)能量過剩[57]。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，2016年，超過6.5億人被診斷患有肥胖癥，預(yù)計到2030年，將有10億人受到影響。全球23%心肌缺血和7%～41%的特定癌癥都可歸因于超重和肥胖[57]。肥胖及其多種并發(fā)癥，如高脂血癥、T2DM、某些癌癥等，會導(dǎo)致患病者生活質(zhì)量降低、死亡率增加，而且會帶來巨額醫(yī)療費用負擔(dān)。近年來，人們一直在探索有效、易獲得以及低風(fēng)險的替代療法。

肥胖是由于長期的熱量攝入超過能量消耗而導(dǎo)致的能量失衡，在現(xiàn)代環(huán)境中，這二者之間的不平衡都發(fā)生在腸道中[58]。腸道菌群在能量代謝中起著重要作用，大量研究表明，腸道菌群、宿主基因型和飲食之間的相互作用可能是導(dǎo)致肥胖的關(guān)鍵因素[59]。SPs的抗肥胖能力可能歸因于通過抑制α-淀粉酶和脂肪酶等消化酶活力[24]、通過下調(diào)脂肪酸合成基因的表達來調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝以及通過降低附睪脂肪組織基因表達來抑制脂肪的積累[60]。越來越多的研究表明，腸道菌群是參與體質(zhì)量管理的一個新因素，在一對雙胞胎中，肥胖個體與瘦弱個體相比腸道微生物多樣性有明顯降低，這種腸道菌群的差異與肥胖的發(fā)生密切相關(guān)[61]。在隨后的研究中發(fā)現(xiàn)，減肥手術(shù)后患者體質(zhì)量減輕伴隨著細菌多樣性的增加[62]。革蘭氏陽性菌（G＋）與革蘭氏陰性菌（G-）的比例也與肥胖有關(guān)，肥胖個體的G＋比例增加，而G-比例減少[63]，已知腸道菌群中門水平的相對豐度變化與肥胖有關(guān)，特別是Firmicutes和Bacteroidetes[61]。在人類和動物肥胖模型中發(fā)現(xiàn)F/B比例增加，且宿主從食物中提取能量的有效能力增加[64]。目前，大多數(shù)SPs的抗肥胖作用與降低F/B比例有關(guān)。例如，從格皮式海參中提取的FUC[65]、從海地瓜中提取的FCS[17]以及從刺參中提取的SPs[33]均能降低肥胖小鼠的F/B，達到了減肥的作用。另外，在腸道菌群與肥胖的研究中，腸道菌群與肥胖在種水平上的相關(guān)性要顯著高于門水平，雖然轉(zhuǎn)基因與肥胖之間的具體關(guān)系尚不確定，但肥胖與腸道菌群之間確實存在著密不可分的聯(lián)系[66]。Verrucomicrobia豐度與嚙齒動物、人類的體質(zhì)量減輕具有相關(guān)性，其中Akkermansia是隸屬于Verrucomicrobia的一個屬，在肥胖成年人中，高豐度的嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）與更健康的代謝狀態(tài)以及限制熱量攝入后更好的臨床結(jié)果具有相關(guān)性[67]。這些研究表明，控制腸道菌群中的Akkermansia對于肥胖患者來說可能是一種潛在的治療方法。

腸道菌群的變化通過各種潛在機制誘發(fā)肥胖的發(fā)生和發(fā)展（圖2）。腸道菌群可以參與能量調(diào)節(jié)、發(fā)酵部分人體胃腸道中不能被消化酶消化的多糖，從而增加單糖和SCFA的含量[68]。SCFA通過降低禁食誘導(dǎo)脂肪因子（fasting-induced adipose factor，F(xiàn)iaf）的表達和脂蛋白脂肪酶（lipoprteinlipase，LPL）的活性，導(dǎo)致脂肪細胞中甘油三酯聚集[63]。腸道微生物可通過抑制肝臟和其他外周組織中的腺苷——磷酸激活蛋白激酶（adenosine 5’-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）增加脂肪積累，從而減少脂肪酸氧化[69]。此外，腸道菌群通過調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和改變腸道通透性而導(dǎo)致肥胖；LPS可與腸上皮細胞的Toll樣受體4（Toll-like receptor 4，T L R 4）結(jié)合，激活和上調(diào)炎癥因子（白細胞介素（interleukin，IL）-1、IL-6、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor，TNF-α）等）。腸動力的增加導(dǎo)致LPS進入血液循環(huán)，血液中的內(nèi)毒素增加導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng)，從而促進脂肪生成并導(dǎo)致肥胖[70]。近期，Wang Qian等[71]首次發(fā)現(xiàn)IL-12細胞因子家族中的IL-27可以直接靶向促進脂肪細胞棕色化和產(chǎn)熱，通過燃燒脂質(zhì)以減輕肥胖和T2DM，為治療肥胖及代謝性疾病提供了新的靶點。

圖2 肥胖的主要誘發(fā)機制[66,76]Fig.2 Pathogenesis of obesity[66,76]

多糖抑制飲食誘導(dǎo)肥胖的一個重要機制可能是肥胖受試者中產(chǎn)生SCFA的菌群數(shù)量增加，同時SCFA（主要包括醋酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽）含量也增加。研究表明丁酸鹽和丙酸鹽可預(yù)防高脂膳食誘導(dǎo)的小鼠肥胖，并通過游離脂肪酸受體3（free fatty acid receptor 3，F(xiàn)FAR3）非依賴性機制調(diào)節(jié)腸道激素[72]。在飲食中補充醋酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽或其混合物可以通過改變G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptors，GPR）43和GPR41的表達來預(yù)防飲食誘導(dǎo)的肥胖；另有研究表明，SCFA可通過腸內(nèi)分泌細胞中的GPR41發(fā)出信號，誘導(dǎo)肽YY的分泌，從而通過增加飽腹感預(yù)防肥胖[73]。SPs可通過增加相關(guān)的SCFA產(chǎn)生菌來抑制肥胖，其中通過口服分離自菲律賓刺參的FUC、分離自美國肉參的FCS以及刺參的SC-SP均可使SCFA產(chǎn)生菌的豐度增加，例如Alloprevotella、Bacteroides和Allobaculum等[44]，這都與抑制小鼠的肥胖有關(guān)。現(xiàn)已知許多途徑通過控制腸道菌群來調(diào)節(jié)肥胖，有研究表明，細菌多樣性和豐富度低的個體要比細菌多樣性和豐富度高的個體具有更顯著的肥胖以及炎癥特征[74]。同時有研究表明，益生菌的豐度與肥胖以及肥胖相關(guān)疾病呈高度負相關(guān)[75]，例如Bifidobacterium和Lactobacillus。然而，目前關(guān)于SPs對肥胖受試者腸道菌群多樣性、豐富度以及益生菌比例調(diào)節(jié)作用的研究較少。因此，有必要進一步研究通過腸道微生物群確定硫酸多糖，尤其是SC-SP的減肥作用機制。

3.2 腸道菌群與2型糖尿病

T2DM是一種復(fù)雜的代謝性疾病，在世界各地都普遍存在[77]。根據(jù)國際糖尿病聯(lián)合會的數(shù)據(jù)，預(yù)計到2045年將達到6.93億，其中T2DM至少占90%，此外，2017年全球約有500萬人死于糖尿病[45]。因此，T2DM已成為21世紀(jì)人類健康的主要威脅之一。

T2DM患者的系統(tǒng)和器官長期處于高血糖環(huán)境中，并伴隨著不同程度的并發(fā)癥，其特點是糖耐量和胰島素抵抗升高，且致殘率及死亡率高[78]。T2DM被認為是遺傳和環(huán)境相互作用的結(jié)果，其發(fā)生不僅與人類基因組的差異、飲食結(jié)構(gòu)的改變和運動量的減少有關(guān)，近年來腸道菌群和T2DM發(fā)生發(fā)展之間的聯(lián)系也逐漸被揭示。研究表明，動物和人類中腸道菌群平衡的變化可能是T2DM的致病因素之一。T2DM患者的特征是中度腸道菌群失調(diào)，有研究表明，T2DM患者的長雙歧桿菌（Bifidobacterium longum）水平低于正常人[79]。一項對T2DM患者腸道菌群進行全基因組關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)，一些丁酸產(chǎn)生菌的豐度有所降低，其中包括羅斯拜瑞氏菌（Roseburia intestinalis）和普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）[80]。由此可知，導(dǎo)致T2DM的原因不僅是單一微生物的改變，還與腸道菌群的多樣性和平衡有關(guān)。

與非糖尿病大鼠相比，糖尿病大鼠腸道中Lactobacillus和Bifidobacterium顯著減少[81]。Larsen等[82]研究結(jié)果表明，與對照組相比，糖尿病組中Firmicutes和Clostridium的相對豐度顯著降低，Bacteroidetes/Firmicutes的比率與血糖水平呈正相關(guān)。近年來，海參多糖作為降血糖功效因子逐漸受到人們的關(guān)注。研究表明，美國肉參和海地瓜中的巖藻聚糖能夠改善胰島素抵抗、輕炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)肝臟糖代謝，有效改善T2DM及其并發(fā)癥[83]；葉瓜參（Cusumaria frondosa）硫酸軟骨素可提高胰島素敏感性，降低血糖水平[84]。攝入HLP的糖尿病大鼠可以通過增加有益細菌的豐度和減少條件致病菌（如Anaerobiospirillum、Colinsella和Treponema）而有效優(yōu)化腸道微生物群的組成，Lactobacillus和Bifidobacterium的減少與糖耐量受損密切相關(guān)，糖尿病大鼠攝入HLP后對這兩種益生菌具有積極的調(diào)節(jié)作用[45]。SCFAs是由腸道菌群產(chǎn)生的關(guān)鍵信號分子，攝入海參多糖后，SCFAs產(chǎn)生菌Clostridium、Turicibacter、Allobaculum及Ruminococcus等豐度顯著增加，此外研究表明，通過腸道發(fā)酵促進SCFAs的產(chǎn)生可以增強代謝功能，如調(diào)節(jié)葡萄糖平衡和抗炎活性[45]。因此，SC-SPs對宿主的腸道菌群有積極的調(diào)節(jié)作用，并能產(chǎn)生有益的代謝物，從而對T2DM有一定的緩解作用。然而，SC-SPs對腸道微生物群改善作用的更精確機制仍需要進一步確定。

腸道菌群失衡引起T2DM的機制如圖3所示。SCFAs水平的異常是引起T2DM的重要因素，SCFAs可以直接作用于胰島β細胞、促進肝臟糖代謝，并為肝臟代謝提供30%的能量；它還可以促進結(jié)腸上皮細胞的代謝，為結(jié)腸上皮細胞、腎臟和肌肉提供能量[85]。Bacteroides、Bifidobacterium、Streptococcus和Clostridium是常見的SCFA產(chǎn)生菌[85]，這些腸道菌的缺乏會引起SCFAs的異常，而低水平的SCFAs會通過影響與巨噬細胞和T細胞相關(guān)的信號通路來促進炎癥因子的釋放，導(dǎo)致腸道炎癥，從而引起胰島細胞功能受損和胰島素抵抗[86]。腸道菌群的失衡會導(dǎo)致G-的比例增加，LPS可以與CD14/TLR4結(jié)合，從而引起一系列的炎癥反應(yīng)[87]。腸道通透性的改變，促進LPS進入血液，引起低水平的慢性炎癥，并使胰島素分泌不足[63]。腸道菌群也會通過BAs來影響糖尿病的發(fā)展，其中腸道菌群可以作為BAs的調(diào)節(jié)器，影響B(tài)As的產(chǎn)生和代謝。作為信號分子，BAs參與了能量代謝的調(diào)節(jié)，并抑制了腸道細菌的過度增殖；腸道菌群將初級BAs轉(zhuǎn)化為次級BAs，促進G蛋白偶聯(lián)受體5（G protein coupled receptor 5，TGR5）和法尼酯X受體（farnesoid X receptor，F(xiàn)XR）的激活[88]，并在BAs重吸收和能量代謝中具有重要作用。腸道微生物群失調(diào)導(dǎo)致BAs的形成和其受體的激活受阻，并引發(fā)T2DM。

圖3 腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致的T2DM的機制[66,89]Fig.3 Mechanism by which intestinal microbiota disorder causes type 2 diabetes[66,89]

使用SC-SPs處理后，SCFAs濃度的升高可能會促進腸道上皮細胞的生長，導(dǎo)致腸道激素如胰高血糖素樣肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）水平的增加。腸道中的這些變化可能導(dǎo)致胰腺B細胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）基因的表達量增加、促細胞凋亡基因Bax水平降低，從而使胰腺的損傷和功能得到改善。此外，激素水平的變化，包括瘦素、胰島素、GLP-1和脂肪素，可能激活過氧化物酶體增殖物激活受體/磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B信號通路，抑制下游信號CD36的表達，并促進人葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4（glucose transporter 4，GLUT4）的表達[45]。上述作用可以增強肝臟的胰島素敏感性，使葡萄糖和脂質(zhì)代謝活躍，因此SC-SPs具有緩解T2DM的潛力。

4 結(jié) 語

海參中重要的功效成分SC-SPs無毒性、結(jié)構(gòu)獨特，且因其廣泛的生物活性而被大量學(xué)者研究，腸道菌群也成為研究熱點。腸道菌群通過選擇性地降解SPs而發(fā)揮有益作用，而SPs可作為腸道菌群的重要能量來源，調(diào)節(jié)腸道菌群的組成、維持人體的生理效應(yīng)。與傳統(tǒng)藥物相比，SC-SPs安全且副作用小、對抗肥胖和T2DM有積極作用，可能的機制是通過其對糖代謝和脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)作用，而這種調(diào)節(jié)可能來自于SC-SPs在腸道中的消化產(chǎn)物及其對腸道菌群的影響。盡管現(xiàn)有的研究證實了SC-SPs對腸道菌群具有積極的調(diào)節(jié)作用，但需要進一步確定確切的分子機制。因此，未來應(yīng)更加重視菌種之間的相互作用、細菌的代謝及其代謝產(chǎn)物和代謝物的功能對整個機體的影響。