学术动态

2024年6月，我院任佳丽教授团队在Trends in Food Science & Technology（Q1, IF=15.1）在线发表题为“The fate of dietary polysaccharides in the digestive tract”的综述论文。我院2020级在读博士研究生杨桥为第一作者，通讯作者为食品科学与工程学院李旺副教授和任佳丽教授。

膳食多糖是一类由多个单糖分子通过缩合反应形成的天然高分子化合物，它们在植物、真菌和藻类中广泛存在。这些多糖因其能够调节葡萄糖代谢疾病、增强免疫活性和抗肿瘤等多种生物活性而广受欢迎。多糖的降解、吸收和利用与其促进健康的特性紧密相关。摄入的膳食多糖在消化道和肠道微生物分泌的酶的作用下被降解，转化为更易利用的形式，并发挥其生物效应。虽然一小部分多糖代谢物可以直接通过肠上皮被宿主吸收或随尿液和粪便排出体外，但大多数多糖及其代谢物积极参与微生物的发酵和呼吸过程，影响ATP的生成，从而调节肠道微生物的组成和多样性。

人类肠道内居住着数万亿微生物，构成了一个复杂的微生物群落。这些微生物与宿主之间相互作用，共同调节多种生物过程。多糖代谢为肠道微生物提供能量，这一现象取决于肠道微生物能够分泌的特定碳水化合物活性酶（CAZymes），导致特点糖苷键的水解。多糖的降解产物不仅通过发酵和呼吸作用为微生物生长提供能量，还通过交叉喂养帮助营养缺陷型微生物定殖，从而在资源有限的环境中保护肠道微生物的多样性。除了微生物种类，肠道的厌氧环境也影响微生物利用多糖的途径。例如，在大肠中，厌氧条件限制了有氧呼吸，使得发酵和厌氧呼吸成为ATP的主要来源，这限制了兼性厌氧微生物的生长，维持了肠道稳态。有趣的是，肠道微生物在产生能量过程中会表现出“放电”现象，即利用周围环境中的电子供体/受体完成电子转移。这种产能模式不仅增强了一些微生物的定殖优势，还影响了宿主的氧化还原稳态。通过结合独特的环境特征和不同的代谢途径，微生物利用多糖在肠道内占据特定的生态位，释放毒力因子，改变肠道微生物群落的组成，调整有益菌与有害菌的比例，最终影响宿主的健康状况。例如，微生物利用多糖作为碳源可以减少肠上皮粘蛋白的过度消耗，从而增强肠上皮屏障，避免细菌穿过肠粘膜屏障导致的细菌易位。代谢物还通过向肠上皮细胞提供能量来维持肠上皮稳态，并通过体循环转运到各种组织以发挥其生物效应。因此，为了更科学和准确地利用多糖的上述生物学功能，深入了解多糖在人类肠道中的生态和进化动力学具有重要意义。

本综述概述了多糖在口腔、胃、小肠和结肠模型中的消化特性。重点讨论了多糖与肠道共生菌的相互作用过程，包括不同结构的多糖和个体差异的肠道微生物的分解特性，单糖或寡糖片段参与微生物能量代谢的详细过程，最后总结了膳食多糖的应用前景。

膳食多糖从口腔到大肠的降解程度（a）和在大肠中的机制（b）

研究亮点

l   总结了多糖在消化道中的降解特点。

l   讨论多糖在大肠中的降解机制。

l   介绍微生物利用多糖的代谢模式。

l   介绍肠道微生物介导的多糖生物活性。

研究结论

膳食多糖是安全无毒的天然大分子，因其丰富的各种生物活性而被广泛应用于食品和药理学领域。要充分挖掘多糖的应用潜力，就必须了解其促进人类健康的分子机制。多糖的生物效应与消化和代谢过程密切相关，而消化和代谢过程又取决于多糖多样而复杂的结构。肠道微生物群可以代谢大多数种类的多糖，为自身提供能量，此过程改变肠道中微生物的多样性以及有益菌和有害菌的比例，影响宿主的健康。此外，多糖在肠道内充当电子供体并调节电子受体，通过氧化还原反应为微生物提供 ATP，从而选择性地赋予微生物竞争优势，帮助其在肠道内持久定殖。

然而，多糖的结构错综复杂，为准确分析相应 CAZymes 的类型带来了挑战。多糖参与微生物能量代谢过程证明二者之间的反应对于缓解疾病和维护肠道健康至关重要。然而，由于大部分肠道微生物在实验室环境中的不可培养性，导致目前的研究仅针对有限种类的微生物进行，还有很大一部分不可培养的微生物急需明确其生理特征、互作关系及互作机制。