文章题目：Degradation and fermentation of hyaluronic acid by Bacteroides spp. from the human gut microbiota

发表期刊：Carbohydrate
Polymers

影响因子：11.2

通讯单位：中国海洋大学、崂山实验室、青岛海洋生物医药研究院

通讯作者：尚庆森、于广利

        2021年1月，国家卫健委发布公告，批准透明质酸（HA）为新食品原料。HA为天然大分子多糖，其经口服进入人体肠道中会被肠道菌群降解代谢。前期研究表明，人体肠道中的拟杆菌为潜在的HA降解菌。但是，人体肠道中拟杆菌种类繁多，不同种类的拟杆菌究竟如何降解HA以及其在降解过程中存在何种代谢互作关系并未得到深入研究。

        近日，中国海洋大学医药学院及青岛海洋生物医药研究院的尚庆森副教授和于广利教授团队对人体肠道来源14种不同拟杆菌的HA降解代谢特征进行了系统研究（图1）。通过肠道菌群体外模拟发酵作者研究发现，人体肠道来源的不同拟杆菌降解HA的能力存在显著差别。

图1 健康人体肠道来源14种不同拟杆菌的进化学分析和实验设计

        研究表明B. caccae P2-20、B. faecis P3-11、B. finegoldii B36-12、B. ovatus B8-7、B. salyersiae CSP6、B. stercoris P22-28、B. thetaiotaomicron E1-7和B. xylanisolvens AY11-1在HA培养基中生长旺盛，提示其降解代谢HA的能力较强（图2）。与之对比，B. cellulosilyticus B35-16、B. eggerthii B21-17、B. fragilis P21-23、B. intestinalis E13-17、B. stercorirosoris B32-26和B. uniformis P30-16等细菌难以在HA培养基中强力生长，提示其降解代谢HA的能力较弱（图2）。

图2 不同拟杆菌在不同分子量HA培养基中的生长曲线

        进一步研究发现，分子量越高的HA越容易被拟杆菌降解代谢。当HA的分子量从4 kDa增长到1610 kDa时，越来越多的拟杆菌开始降解代谢HA（图3）。例如，对于4 kDa的HA而言，只有1种拟杆菌可以将其降解代谢；而对于1610 kDa的HA，则有6种拟杆菌可以将其降解代谢（图3）。

图3 不同拟杆菌的HA降解代谢功能比较

        进一步研究发现，在所有的拟杆菌中，不论是对大分子量的HA还是小分子量的HA， B. salyersiae CSP6的降解代谢能力最强（图3）。并且对于极难降解的4 kDa的HA而言，只有B. salyersiae CSP6能够将其降解利用。上述研究进一步提示，B. salyersiae CSP6可能是人体肠道中降解代谢HA的基石物种。

图4 B. salyersiae CSP6降解HA产不饱和四糖分析

        结合降解产物分离纯化和质谱分析，作者进一步确认B. salyersiaeCSP6降解HA可以产生大量不饱和四糖（图4）。基因组学分析表明，B. salyersiae CSP6中的PL29和GH84可能是HA降解的关键酶。

图5 HA降解代谢过程中B. salyersiae CSP6和其他拟杆菌的互利共生现象

        作者通过一系列细菌共培养手段进一步研究发现，除了B. fragilis P21-23 之外，其他的包括B. stercoris P22-28、B. uniformis P30-16、B. cellulosilyticus B35-16、B. eggerthii B21-17、B. intestinalis E13-17和B. stercorirosoris B32-26在内的拟杆菌均可进一步发酵利用B. salyersiaeCSP6降解HA产生的不饱和四糖（图5）。上述研究结果提示，B. salyersiae CSP6在降解代谢HA的过程中和其他拟杆菌存在显著的互利共生现象。

图6 人体肠道拟杆菌对HA的降解代谢研究总结

        综上，本研究首次系统阐明了不同人体肠道拟杆菌对HA的降解代谢过程（图6）。上述研究为进一步从肠道菌群角度解析HA的代谢和药理学机制奠定了基础。

        参考文献：

        1.Ziyi Fang, Mingfeng Ma, Yamin Wang, Wei Dai, Qingsen Shang* & Guangli Yu*. Degradation and fermentation of hyaluronic acid by Bacteroides spp. from the human gut microbiota. Carbohydrate Polymers, 2024, 334: 122074. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014486172400300X

        该课题组长期致力于肠道菌群和天然多糖的互作关系研究，在肠道菌群的体外模拟发酵、肠道功能菌株的分离筛选、多糖的肠道菌群代谢机制和新一代益生菌的开发研究方面具有重要积累，欢迎对本领域有研发兴趣的企业或高校课题组洽谈合作。

作者：尚庆森

审核：李全才、吕友晶

编辑：邵萌

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