薜荔果多糖通过“肠道微生物-SCFAs-GPR41/43”途径改善糖脂代谢的作用及机制研究

Growing evidence suggests the imbalance of gut microbiota contribute to the metabolic disorder. An increasing number of polysaccharides have been reported to effectively improve glucose and lipid metabolic disorder, but the exact mechanism of some polysaccharides needs to be further clarified. A homogeneous polysaccharide FPLP was obtained from Ficus pumila L. and its improving effect on glucose and lipid metabolic disorder was confirmed in our prophase research. In this project, based on high-fat diet induced obese C57BL/6 mice with metabolic disorder, the beneficial effects on glucose and lipid metabolic disorder, the regulation effects on composition of gut microbiota and short-chain fatty acids levels and the relationships among these effects of FPLP will be studied. The objective of this research project is to explore the role of gut microbiota in the improving effect of FPLP and identify the target species of gut microbiota. According to multidisciplinary analysis of short-chain fatty acids levels and G protein-coupled receptors GPR41/43 expression levels and its downstream signaling pathways in liver and white adipose tissues, the underlying mechanism of FPLP in improving effects via "gut microbiota-SCFAs-GPR41/43" was comprehensively evaluated. This research will provide experimental basis for developing FPLP to new drugs or prebiotics，as well as offer a spectacular-view about the application of polysaccharide-Chinese-medicine on glucose and lipid metabolic disorder related diseases.

肠道微生物失衡是导致糖脂代谢紊乱的重要因素之一，越来越多的中药多糖被报道可以改善糖脂代谢，但仍有部分多糖的具体作用机制仍有待进一步阐明。课题组前期研究发现来自桑科植物薜荔果(Ficus pumila Linn.)的均一性多糖FPLP可以改善糖脂代谢紊乱。本研究以FPLP为对象，以高脂饮食诱导C57BL/6小鼠为模型，对FPLP改善糖脂代谢紊乱，调节肠道微生物和短链脂肪酸(SCFAs)的作用及其作用之间的相关性进行研究，揭示肠道微生物在FPLP发挥改善糖脂代谢过程中的作用，阐明FPLP靶向微生物种类群，进一步结合FPLP对肝和脂肪组织中G蛋白偶联受体GPR41和GPR43表达及下游信号通路的作用，从“肠道微生物-SCFAs-GPR41/43”途径明确FPLP改善糖脂代谢紊乱的具体分子机制，为将FPLP开发为新药或益生元提供实验依据，也为阐明中药多糖改善糖脂代谢紊乱的作用机理提供新的思路。

大量中药多糖被报道具有改善糖脂代谢紊乱的作用，鉴于多糖口服生物利用低，较难在靶点组织达到有效浓度，导致其直接作用机制尚不明确。本课题以薜荔果(Ficus pumila Linn.)多糖FPLP为研究对象，对其改善糖脂代谢紊乱的作用机制进行研究。FPLP干预高脂饮食(High-fat Diet，HFD)诱导小鼠实验结果表明，FPLP在不抑制食欲的前提下，能够有效地降低HFD诱导小鼠的体重增加，并改善糖脂代谢紊乱状态。肠道微生物组和代谢组学分析发现，FPLP在一定程度逆转HFD导致的肠道微生物组成紊乱和代谢物水平变化，相关性分析发现FPLP改善糖脂代谢紊乱的作用与其增加Akkermansia菌属和降低Blautia菌属丰度，以及提高肉豆蔻油酸（Myristoleic acid，MA，C14:1）和十五烷酸(Pentadecanoic acid，C15:0)水平相关。抗生素联合FPLP共同干预实验显示，抗生素导致肠道微生物结构发生变化以及FPLP的糖脂代谢保护作用消失，表明FPLP是以一种依赖特定肠道微生物的方式改善HFD小鼠的糖脂代谢紊乱。MA干预实验表明，MA能够通过上调HFD小鼠皮下白色脂肪组织和肩胛间棕色脂肪组织中PGC-1α和UCP1基因和蛋白的表达，促进白色脂肪细胞棕色化并提高棕色脂肪组织的产热活性，从而减少HFD小鼠的体重增加，并改善糖脂代谢紊乱。在FPLP干预HFD小鼠的皮下白色脂肪组织和肩胛间棕色脂肪组织中，我们同样发现PGC-1α和UCP1的基因和蛋白表达水平的升高。综上，本课题通过综合分子生物学，肠道微生物组学，代谢组学及统计学等学科理论与技术，揭示了薜荔果多糖FPLP通过调节肠道微生物，进而提高其代谢产物肉豆蔻油酸水平，上调脂肪组织中PGC-1α和UCP1表达，从而促进小鼠白色脂肪细胞棕色化并提高棕色脂肪组织的产热活性，最终发挥改善糖脂代谢紊乱的活性。本研究明晰了薜荔果多糖FPLP从“肠道微生物-长链脂肪酸-脂肪组织代谢”途径改善糖脂代谢紊乱的作用机制，提示FPLP具有治疗糖脂代谢紊乱相关疾病的潜力，为后续将FPLP进一步优化为效果更快，活性更好以及结构更简单的活性分子提供前期研究基础，同时，本课题为阐明中药多糖改善糖脂代谢紊乱的直接作用机制提供了参考。