摘要
β-胡萝卜素(β-carotene，BC)是非常重要的维生素A原，具有抗氧化、抗炎、免疫调节以及预防视力损伤等多种生理功能。由于低生物利用度，大量不被人体消化吸收的β-胡萝卜素进入结肠与肠道菌群共存。最新研究显示肠道菌群对β-胡萝卜素代谢利用与功能发挥密切相关。此外，研究表明不被胃肠消化的膳食多糖具有显著的肠道菌群调节作用，并影响微量营养素的代谢利用。多糖是否可以通过肠道菌群调控β-胡萝卜素利用尚不明确。因此，本课题选取六种多糖，即阿拉伯木聚糖(arabinoxylan，AX)、阿拉伯半乳聚糖(arabinogalactan，GAL)、甘露聚糖(mannan，MAN)、菊糖(inulin，INU)、壳聚糖(chitosan，CS)和葡聚糖(glucan，GLU)，分别从体外与体内两个层面，基于肠道菌群视角评价六种多糖对β-胡萝卜素代谢吸收的影响；进一步以选取的最优多糖研究其与β-胡萝卜素协同抑制小鼠视网膜色素变性的作用与机制。主要研究内容和结果如下： 1.通过体外厌氧发酵模型探讨了六种多糖对β-胡萝卜素与肠道菌群相互作用的影响。结果表明，肠道菌群可以利用β-胡萝卜素，与单独使用β-胡萝卜素相比，补充多糖更有利于肠道菌群对β-胡萝卜素的利用和代谢。发酵24h后，与BC组相比，AX-BC、GAL-BC、MAN-BC、INU-BC、CS-BC和GLU-BC组的β-胡萝卜素保留率分别降低了36.34%、33.65%、31.07%、64.94%、79.12%、75.04%；维生素A含量显著增加，分别为BC组的1.33、1.62、1.21、1.71、1.99和1.70倍。此外，多糖的加入刺激肠道菌群产生了更多的短链脂肪酸(Short-chain fatty acids，SCFAs)，包括乙酸、丙酸、丁酸和总酸；改善了肠道菌群的结构与组成，多糖与β-胡萝卜素共同发酵促进了Bifidobacterium、Lachnospiraceae_Clostridium和Megamonas的增殖，而且Roseburia与β-胡萝卜素的保留率呈正相关，与维生素A含量呈负相关。 2.通过体内小鼠实验研究六种多糖对β-胡萝卜素体内代谢吸收影响，并分析相关基因表达以及肠道菌群结构。结果表明，六种多糖与β-胡萝卜素共处理均增加了小鼠血清、肝脏和小肠中β-胡萝卜素的含量；其中，六种多糖处理组血清中β-胡萝卜素含量较β-胡萝卜素单独处理显著增加了2.51-5.78倍。同时，六种多糖与β-胡萝卜素共处理组促进了小鼠血清、肝脏和小肠中总视黄酸酯积累量，较β-胡萝卜素单独处理分别提高13.56%-21.61%、12.64%-56.27%、7.9%-71.69%；其中，阿拉伯木聚糖和壳聚糖两个处理组小鼠肝脏中总视黄酸酯含量较其他多糖处理组提高8.99%-62.80%。小肠组织基因分析显示β-胡萝卜素代谢相关基因表达未显著增强；但肠道菌群环境Rikenellaceae，Ruminococcaceae和Odoribacteraceae等菌属增殖显著，并且其相对丰度的增加与组织中β-胡萝卜素及其代谢产物含量的增加表现出正相关性，表明多糖的补充可通过促进肠道菌群与β-胡萝卜素的互作提升后者代谢吸收效率。结合体外、体内实验结果，壳聚糖对β-胡萝卜素代谢利用表现出更好的作用效果。 3.采用N-甲基-N-亚硝基脲(N-Methyl-N-nitrosourea，MNU)腹腔注射构建小鼠视网膜色素变性模型，研究筛选得到的壳聚糖协同β-胡萝卜素干预对预防视网膜色素变性的保护作用。结果表明，壳聚糖协同β-胡萝卜素显著抑制了MNU诱导视网膜色素变性小鼠的视网膜组织病理结构损伤，改善了视网膜厚度，CS-BC组视网膜厚度和外核层厚度分别是MNU组的1.35倍和1.16倍。同时，壳聚糖协同β-胡萝卜素处理显著抑制了眼部组织促凋亡基因Bax、Calpain2、Caspase3和促炎因子NF-κB、TNF-α、IL-6、IL-1β的表达水平，促进了抗凋亡基因Bcl2表达水平的上调。此外，壳聚糖协同β-胡萝卜素处理显著促进了SCFAs的产生，调节了肠道菌群结构和组成，增加了Ruminococcaceae、Rikenellaceae、Odoribacteraceae和Helicobacteraceae等肠道微生物的相对丰度。相关性分析显示Helicobacteraceae与抗凋亡基因、SCFAs含量以及视网膜厚度正相关，与促凋亡基因负相关；Odoribacteraceae与外核层厚度、视网膜厚度以及SCFAs含量正相关，与促凋亡基因Caspase3负相关。表明壳聚糖协同β-胡萝卜素处理可通过调节肠道菌群来缓解MNU诱导的视网膜色素变性。
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