中草藥及提取物調(diào)控瘤胃菌群的代謝組學(xué)研究
4中草藥及提取物調(diào)控瘤胃菌群的代謝組學(xué)研究
中草藥活性成分必須經(jīng)過(guò)胃腸道菌群的轉(zhuǎn)化后才能在體內(nèi)發(fā)揮其藥效。同樣，中草藥也能調(diào)節(jié)胃腸道菌群，影響脂肪、糖類和氨基酸代謝，進(jìn)而影響機(jī)體功能。
4.1清熱解毒類中草藥調(diào)控瘤胃菌群代謝組學(xué)研究
清熱解毒類中草藥廣泛用于治療熱毒證，研究顯示它們可能通過(guò)改變瘤胃微生物代謝對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生正面效果。研究表明，在基礎(chǔ)飼糧中添加薄荷能顯著改變綿羊瘤胃微生物菌群的組成，使育肥羊瘤胃中105種代謝物的含量發(fā)生顯著變化，這些變化主要富集在嘧啶代謝和牛磺酸代謝途徑中。瘤胃微生物中約20%的氮來(lái)源于嘌呤和嘧啶的代謝，牛磺酸能增強(qiáng)胃腸道中脂質(zhì)的消化和吸收，并表現(xiàn)出顯著的抗炎和抗氧化作用。
另有研究表明，在育肥羊的基礎(chǔ)飼糧中添加板藍(lán)根能夠顯著改變瘤胃菌群的組成和數(shù)量，使瘤胃中164種代謝物的含量發(fā)生顯著變化。這些變化主要涉及硫胺素代謝，煙酸鹽代謝，煙酰胺代謝，維生素B6代謝，色氨酸代謝以及牛磺酸、半胱氨酸和蛋氨酸代謝途徑。硫胺素是葡萄糖代謝中共羧化酶的重要組成部分，主要維持碳水化合物的正常代謝。煙酸和煙酰胺是維生素B家族的2個(gè)重要成員，在糖、蛋白質(zhì)和脂肪的代謝中發(fā)揮重要作用。
蒲公英可使泌乳奶牛瘤胃菌群發(fā)生明顯變化，顯著提高瘤胃D-葡萄糖、血清素、5-磷酸核酮糖和D-甘油酸含量，這些代謝物主要富集在淀粉和蔗糖代謝、磷酸戊糖途徑、色氨酸代謝和甘油脂代謝中。核酮糖-5-磷酸和D-甘油酸是磷酸戊糖途徑(PPP)的關(guān)鍵組成部分，PPP是糖酵解的主要分支，能提供還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)，對(duì)清除活性氧和合成脂肪酸至關(guān)重要，可促進(jìn)瘤胃微生物生長(zhǎng)并抑制氫化反應(yīng)。D-葡萄糖是淀粉和蔗糖代謝的關(guān)鍵產(chǎn)物，它不僅是糖酵解的原料，還能進(jìn)入三羧酸循環(huán)，為細(xì)胞代謝提供能量。
水飛薊素可降低瘤胃中產(chǎn)甲烷相關(guān)菌群的豐度，提高瘤胃2-苯乙酰胺、根皮苷、Dalspinin、N6-(1，2-二羧乙基)-腺嘌呤核苷一磷酸(AMP)、5，6，7，8-四氫甲蝶呤、還原型黃素單核苷酸(FMNH)、吡哆醇5'-磷酸、水飛薊苷和β-D-果糖6-磷酸含量，影響苯丙氨酸代謝、類黃酮生物合成和葉酸生物合成途。
4.2健脾益氣類中草藥調(diào)控瘤胃菌群的代謝組學(xué)研究
健脾益氣類中草藥主要用于治療脾胃虛弱、消化不良、食欲不振等癥。它們能夠增強(qiáng)脾胃功能，促進(jìn)消化吸收，提高體內(nèi)能量水平。相關(guān)研究表明，健脾益氣類中藥可通過(guò)影響瘤胃微生物的代謝對(duì)動(dòng)物的機(jī)體產(chǎn)生積極影響。
黃芪可顯著增加瘤胃溶纖維丁酸弧菌(Butyrivibrio fibrisolvens)、黃色瘤胃球菌(Ruminococcus flavefaciens)及溶糊精琥珀酸弧菌(Succinivibrio dextrinosolvens)等的豐度。在脂質(zhì)代謝中，不飽和脂肪酸生物合成、花生四烯酸代謝以及脂肪酸生物合成途徑的關(guān)鍵代謝物含量均有所上調(diào)。同時(shí)，在氨基酸代謝中，甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸代謝以及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成途徑的關(guān)鍵代謝物含量也顯著上調(diào)。
菊芋多糖具有降低胃腸道微生物豐度與多樣性的作用，能夠使瘤胃中的優(yōu)勢(shì)菌群得到生長(zhǎng)，顯著降低瘤胃中放線菌門(Actinobacteria)豐度，增加了瘤胃螺旋體門(Spirochaetes)豐度，降低瘤胃放線菌門與瘤胃螺旋體門的比值。同時(shí)上調(diào)瘤胃中精氨酸生物合成和嘧啶代謝等通路代謝物含量，有利于生長(zhǎng)發(fā)育、提高肉品質(zhì)、降低脂肪沉積。
4.3疏肝理氣類中草藥調(diào)控瘤胃菌群的代謝組學(xué)研究
疏肝理氣類中草藥主要用于治療動(dòng)物肝氣郁結(jié)所致的多種癥狀，常見(jiàn)的疏肝理氣類中草藥包括柴胡、陳皮、益母草等，研究發(fā)現(xiàn)此類中草藥也能影響瘤胃微生物代謝功能。
柴胡中含有柴胡皂苷，柴胡皂苷有明顯的中樞抑制、抗炎、降低血漿中膽固醇和甘油三酯等作用。柴胡皂苷在調(diào)節(jié)犢牛瘤胃微生物群落和代謝物方面效果突出，可以通過(guò)上調(diào)普雷沃氏菌屬1(Prevotella1)、普雷沃氏菌科YAB2003組(Prevotellaceae_YAB2003_group)豐度，下調(diào)拉克諾氏菌科NK3A20組(Lachnospiraceae_NK3A20_group)豐度，降低瘤胃雌二醇和大豆苷元和增加角鯊烯的含量來(lái)改變犢牛瘤胃脂質(zhì)代謝。
花椒性溫，能夠溫暖脾胃，促進(jìn)胃腸功能。研究表明，花椒精油能顯著改變雄性雜交小尾寒羊羔羊瘤胃酶活性、瘤胃微生物菌群及其代謝物，發(fā)生顯著變化的58種代謝物主要富集于甘油磷脂代謝和蛋白質(zhì)消化吸收等代謝途徑。
陳皮中含有大量的柑橘黃酮，柑橘黃酮可使奶牛瘤胃?jìng)味∷峄【鷮?Pseudobutyrivibrio)、丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)、硒單胞菌屬(Selenomonas)和普雷沃氏菌科UCG-004(Prevotellaceae_UCG-004)豐度顯著增加，Metanobrevibate豐度顯著降低，同時(shí)上調(diào)了丙酮酸代謝途徑中代謝物的含量。這提示柑橘黃酮可通過(guò)調(diào)節(jié)奶牛瘤胃相關(guān)菌群的豐度增強(qiáng)對(duì)碳水化合物的降解能力。
大蒜含有大蒜素，以其抗菌特性而聞名。苦橙提取物是來(lái)自陳皮的類黃酮，具有抗氧化、抗菌和抗炎的特性。大蒜粉和苦橙提取物組成的飼料添加劑Mootral抑制了奶牛瘤胃中多種脂肪酸、苯酚衍生物和植物衍生化合物的產(chǎn)生，同時(shí)改變了碳水化合物的代謝。
5小結(jié)與展望
代謝組學(xué)在研究中草藥如何調(diào)節(jié)瘤胃微生物代謝方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，不僅揭示了中草藥的活性成分，還能精確地分析瘤胃液中代謝產(chǎn)物含量的變動(dòng)。代謝組學(xué)的快速發(fā)展解決了許多傳統(tǒng)生物學(xué)方法難以攻克的難題，促進(jìn)了對(duì)中草藥作用機(jī)制的深入探索。
隨著中草藥研究的深入和代謝組學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)分析技術(shù)在樣本制備過(guò)程中往往需要進(jìn)行切割和染色等處理，這些步驟可能會(huì)破壞組織的原始結(jié)構(gòu)和形態(tài)，從而難以精確描繪中草藥活性成分及其代謝物在組織內(nèi)的分布。此外，在研究瘤胃菌群及其功能時(shí)，盡管代謝組學(xué)技術(shù)常與16S rRNA技術(shù)結(jié)合使用，但與其他技術(shù)如宏基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的聯(lián)合應(yīng)用相對(duì)較少，這限制了對(duì)奶牛瘤胃菌群研究的全面性和深度。因此，傳統(tǒng)的色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)已無(wú)法滿足對(duì)中草藥在動(dòng)物體內(nèi)各組織中活性成分釋放和代謝研究的需求。
目前，關(guān)于中草藥與微生物群落相互作用的研究尚處于初級(jí)階段，與此同時(shí)，色譜和質(zhì)譜等分析技術(shù)與平臺(tái)也在持續(xù)完善之中。例如，隨著分子原位成像技術(shù)的發(fā)展，空間代謝組學(xué)等新興技術(shù)正在不斷涌現(xiàn)。代謝組學(xué)正朝著更高通量、更便捷、更準(zhǔn)確、更低成本的方向發(fā)展。借助多種技術(shù)平臺(tái)的聯(lián)合應(yīng)用，有助于更深入探究中草藥成分、瘤胃微生物群落及其代謝產(chǎn)物之間的關(guān)系。
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