潰瘍性結腸炎（UC）是一種腸道慢性炎癥性疾病，通?？砂l生在結腸、直腸的任何部位。枸杞（Lycium chinense Miller）是中國傳統的滋補食品，具有有益的健康特性，其作為中藥和功能性食品已被廣泛應用。其中寧夏枸杞（Lycium barbarum L.）是茄科枸杞屬多年生木本植物，是被載入《中國藥典》的枸杞品種。枸杞含有多種生物活性物質，如多糖、黃酮、類胡蘿卜素、生物堿、花青素、VC、甜菜堿等，具有滋肝補腎、益精明目、增強免疫力、抗衰老、抗氧化、抗疲勞、降低血糖血脂、保護心血管等多種功效。有研究發現枸杞能夠緩解小鼠UC癥狀，抑制趨化因子配體（CXCL）-1、單核細胞趨化蛋白（MCP）-1、白細胞介素（interleukin，IL）-6、IL-1β、干擾素（IFN）-γ和腫瘤壞死因子（TNF）-α的mRNA表達。

乳桿菌（ Lactobacillus ）是一類對宿主有益的微生物，其定植于腸道后可與宿主共生，構成一個較復雜的微生態環境，進而對宿主發揮益生作用 。 最近的研究表明，乳酸菌及含有乳酸菌的發酵產品可以預防UC。

寧夏大學食品科學與工程學院的王燕紅、聶明霞和潘琳*等將乳酸菌與枸杞相結合，發酵后將結合產物制成凍干菌粉，以DSS誘導的小鼠UC為模型，探究植物乳植桿菌NXU0011發酵枸杞產物對UC小鼠代謝物質的影響，通過代謝組學探討其潛在的益生功效，旨在為乳酸菌發酵枸杞產物改善UC提供新的思路及參考依據。

1 數據QC分析

將4 組實驗小鼠的QC血清樣本總離子流圖進行譜圖重疊比較，結果表明各實驗組色譜峰的峰值強度和保留時間基本重疊，說明在整個實驗過程中由儀器誤差引起的差異較小。ESI+、ESI-模式圖譜如圖1所示。

2 主成分分析（PCA）

對代謝物進行PCA能從總體上反映樣本組間和組內的差異度。常用于判別模型效果的參數有模型解釋率（

R

2 ）和模型預測率（

Q

R

2 代表降維后的數據對原始數據的解釋率，

Q

2 代表模型的累計預測率。模型R2X中 和

R

2

Y

分別代表所建模型對

X

Y

矩陣的解釋率，

R

2 和

Q

2 越接近1越理想，一般認為

R

2 大于0.5時模型較好。在ESI + 模式下分別對各個比較組進行PCA，以DSS組與MS組、LP+Ly組對比為例，PCA得分圖如圖2所示。

對以上兩組結果進行PCA，由MS組和DSS組對比可知，兩組樣本代謝物含量有所變化，MS組內存在異常數據，由此可知UC小鼠經藥物誘導后某些主成分代謝物含量升高；LP+Ly組和DSS組比較后發現DSS組內數據部分異常，LP+Ly組中部分代謝物含量高于DSS組，說明DSS組的小鼠由于患UC而出現代謝異常的情況，但不能確定乳酸菌發酵枸杞產物是否對UC小鼠具有緩解作用。綜上所述，植物乳植桿菌NXU0011發酵枸杞產物對UC小鼠的代謝產生了影響，與患UC的干預組樣本相比，藥物使得UC小鼠某些代謝物含量升高，不排除是藥物誘導的有益作用或是藥物副作用的成分。

對所有組別樣本的組間數據均進行PCA，可以直觀地看出組間代謝物含量存在差異，但由于PCA鑒別能力的局限性，無法放大組間差異，不能將存在差異的數據進行分類。由此采用正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）法進一步分析。

3 OPLS-DA

OPLS-DA是有監督的判別分析統計方法，OPLS-DA將組間差異最大化反映在

t

[1]，所以從

t

[1]能直接區分組間變異，而在正交主成分

t

o[1]上則反映了組內的變異。在ESI +模式下分別對各個比較組進行OPLS-DA，以DSS組與MS組、LP+Ly組組間對比為例，OPLS-DA得分圖如圖3所示。

在 ESI + 模式下，通過OPLS-DA圖得出，MS組與DSS組兩組樣本點各均勻地分布在原點兩側，界限清楚，分離較為明顯，但兩組數據均較分散； LP+Ly組與DSS組相比，DSS組樣本點脫離原點左側，界限清楚，分離相對明顯，但DSS組聚集程度較為分散，而LP+Ly組聚集程度較高。 兩組樣本在OPLS-DA得分散點圖上聚類良好，組內差異較小，不同組間樣本實現完全分離。

對所有組別樣本組間數據均進行OPLS-DA，發現組間數據的散點得分圖均聚集，組內數據均無較大差異，組間的樣本完全分離，不存在交叉或交集。 為驗證OPLS-DA模型的可靠性，采用置換檢驗功能驗證模型。

Y

值變量設為1，隨機排列200 次，對4 組樣本間OPLS-DA模型均進行置換檢驗，以DSS組與MS組、LP+Ly組組間置換檢驗為例，置換檢驗結果如圖4所示。圖中橫坐標表示置換檢驗時樣本的保留度，保留度等于1.0處的點為原OPLS-DA模型所得的

R

2和

Q

2。置換檢驗圖中所有

R

2和

Q

2均低于置換保留度等于1.0的值時，隨著置換保留度逐漸降低，隨機模型的

R

2和

Q

2均逐漸下降，說明原模型不存在過擬合現象，模型穩健性良好。

經200 次交叉驗證后，模型

Q

2 回歸線與橫坐標交叉，且與縱坐標交叉的截距小于0，說明模型不存在過擬合現象，即本研究建立的OPLS-DA模型穩定可靠，具有統計學意義，可進行后續的差異代謝物質分析，置換檢驗模型參數如表1所示。

4 代謝物質鑒定

實驗樣品通過UPLC-Q-Exactive Orbitrap MS結合正負離子模式共鑒定出1 123 種代謝物，在正負離子模式（ESI+/ESI-）下鑒定到的代謝物數量分別為631、492。根據化學分類歸屬信息對鑒定到的所有代謝物（合并正負離子鑒定到的代謝物）進行分類統計。如圖5所示，293 種代謝物歸屬為脂類和類脂分子，227 種歸屬為有機酸及其衍生物，168 種歸屬為有機雜環化合物，126 種歸屬為苯環型化合物，77 種歸屬為有機氧化合物，45 種歸屬為苯丙酮和多酮類化合物等。

5 代謝物質分析

5.1 差異代謝物分析

在ESI +模式下4 組樣本間共檢測出差異代謝物有381 種，其中MS組與DSS組比較樣本間差異代謝物有56 種，LP+Ly組與DSS組比較樣本間差異代謝物有87 種。選擇具有代表性的MS、DSS比較組，LP+Ly、DSS比較組差異顯著前10的物質作為代表。由表2可知，在MS組與DSS組兩組代謝差異物中，FC最高的是

DL

-色氨酸（28.052），說明其在MS組中有極高的表達量；FC最低的是檳榔次堿（0.363），說明其在DSS組中有極高的表達量。

如表3所示，選擇差異顯著前10的物質作為代表，在LP+Ly組與DSS組兩組代謝差異物中，FC最高的是抗壞血酸（31.444），說明其在LP+Ly組中有極高的表達量；FC最低的是

L

-棕櫚酰肉堿（0.421），說明其在DSS組中有極高的表達量。

在MS組中，

DL

-色氨酸有較高的表達量，

DL

-色氨酸是一種較強的抗氧化劑，推測其在腸道中一定程度上阻止了炎癥細胞的浸潤。

D

-木糖可以調節腸道菌群，促進腸道有益微生物的增殖，調節腸道微生態平衡。在DSS組中，前列腺素B 2表達量較高，而在UC患者的結腸黏膜中前列腺素的含量很高，美沙拉嗪可以通過抑制前列腺素的合成，從而減少前列腺素的釋放。

在LP+Ly組中，表達量較高的多為氨基酸以及脂肪酸，其中抗壞血酸表達顯著，具有較強的抗氧化和抗癌能力，可以增強機體的免疫力，對宿主的防御功能至關重要，還可以刺激機體免疫細胞分泌更多的IL，并且激活T細胞和B細胞的功能。在腸道中，抗壞血酸作為必需的微量營養素和抗氧化劑，其在保護腸道細胞免受炎癥刺激上發揮重要的作用；而亮氨酸、蘇氨酸等作為機體中的必需氨基酸，對機體的生理機能包括代謝和抵抗外界干擾都具有一定的促進作用。

5.2 差異代謝物的聚類分析

為了更直觀地顯示出代謝物在不同樣本組間的表達模式差異，對顯著差異代謝物繪制聚類熱圖并進行分析。如圖6a所示，在正離子模式下，DSS組中氟環唑、阿魏酰酪胺、泰諾福韋等蛋白表達顯著上調，

D

-木糖表達下調，而藥物和發酵枸杞產物的干預顯著逆轉了這一趨勢；如圖6b所示，在負離子模式下，苯基乳酸、胞苷和十二烷二酸在DSS組中的水平上調，而在藥物和發酵枸杞產物的干預下，能夠使其恢復并接近于Con組的水平。

5.3 差異代謝物通路富集分析

對排在前20 位的通路進行分析，如圖7所示，MS組與DSS組差異代謝物顯著富集的通路包括纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸生物合成和礦物質吸收、蛋白質消化和吸收、氨基酸生物合成等。

如圖8所示，LP+Ly組與DSS組差異代謝物顯著富集的通路包括維生素消化和吸收、氨基酸生物合成、精氨酸生物合成、缺氧誘導因子-1（HIF-1）信號通路等8 條。

眾所周知，糖酵解途徑和三羧酸循環可以為機體提供大量的能量，是機體利用糖或其他物質從而獲得能量的有效方式 。由圖7、8可知，在植物乳植桿菌NXU0011發酵枸杞產物干預UC的小鼠中，與藥物相比，糖酵解/糖異生作用及三羧酸循環途徑差異顯著，抗壞血酸、亮氨酸等物質代謝差異顯著，由此可推測出發酵枸杞產物改善UC的作用機制與藥物不同。

5.4 差異代謝物的KEGG代謝通路分析

將正負離子模式下篩選的差異代謝物合并后進行KEGG通路分析，由圖9可知，與Con組相比，DSS組中顯著上調的代謝物有鄰苯二酚、

L

-瓜氨酸，參與精氨酸生物合成、氨基酸生物合成；

D

-脯氨酸，參與精氨酸和脯氨酸的代謝；顯著下調的代謝物有1-甲基-6-氧代吡啶-3-甲酰胺，參與煙酸和煙酰胺的代謝。在DSS組與LP+Ly組的比較中，LP+Ly組中顯著下調的代謝物有

L

-抗壞血酸，參與抗壞血酸和醛酸的代謝、谷胱甘肽代謝以及維生素消化和吸收；

L

-瓜氨酸，參與精氨酸生物合成和氨基酸生物合成。

從代謝水平揭示UC小鼠的發病機制及發酵枸杞產物對其的緩解機制，結果如圖10所示。精氨酸生物合成通路在DSS組與Con組中屬于顯著富集的通路，在DSS組與LP+Ly組中，共富集分析得到13 條代謝通路，選取顯著富集的前8條通路，分別歸屬于氨基酸生物合成、三羧酸循環、精氨酸生物合成、胰高血糖素信號通路、谷胱甘肽代謝、維生素消化和吸收等。由此推測這8 條代謝通路是發酵枸杞產物緩解UC小鼠的潛在靶標代謝通路，其中由差異代謝物L-瓜氨酸參與的精氨酸生物合成代謝通路相關性較強，且精氨酸的攝取對于抑制炎癥和癌變十分重要。

如圖11所示，紅底小圓圈代表代謝物上調，淺綠色方框為物種專屬蛋白。結果顯示，在尿素循環中，代謝物瓜氨酸的上調引起

L

-精氨酸琥珀酸鹽改變，進而影響精氨酸的生物代謝途徑，初步闡釋了發酵枸杞產物通過影響精氨酸的生物合成相關通路從而對UC小鼠起到抗炎抑炎、調節免疫等作用。

6 討論與結論

近年來，越來越多的研究表明從膳食中所攝入的氨基酸在預防和緩解腸道炎癥方面發揮著重要的作用，氨基酸對腸道的保護作用可能與抑制腸上皮細胞凋亡、緩解腸道炎癥、減少氧化應激反應以及修復腸道屏障功能等密切相關。本研究采用代謝組學技術對藥物及發酵枸杞產物干預后的UC小鼠血漿代謝物進行檢測，嘗試從代謝水平揭示其緩解機制。從篩選出的代謝物變化趨勢可知，在DSS作用的過程中，小分子代謝物如氯苯嘧啶醇、

L

-瓜氨酸、2-氧己酸鈉等在不斷地改變，說明代謝物的相對豐度在不同組間存在顯著差異，UC小鼠體內存在顯著的代謝紊亂，而在發酵枸杞產物的干預下可回調部分差異代謝物的異常變化，如

L

-瓜氨酸，其作為小腸細胞產生的中間代謝氨基酸，參與尿素循環、精氨酸的合成。

研究表明，一些氨基酸（如谷氨酸和精氨酸）能影響炎癥性腸病的發病進程，而血漿瓜氨酸水平被認為是診斷胃腸道并發癥的一種有前景的定量生物標志物。本研究發現，差異代謝物大多富集在氨基酸代謝途徑，糖酵解中產生的丙氨酸可繼續分解為亮氨酸等氨基酸；而天冬氨酸作為天冬氨酸族生物合成的原料，可以促進天冬氨酸向蘇氨酸、賴氨酸的轉化，主要參與的代謝通路為氨基酸生物合成。結腸炎小鼠的瓜氨酸水平顯著高于Con組，其水平的變化與體內精氨酸的生物合成有關，經發酵枸杞產物干預后通過影響

L

-瓜氨酸的變化調節精氨酸的生物合成，從而達到緩解效果?？箟难崾菣C體內一種重要的維生素，其涉及維生素的消化和吸收通路，參與機體復雜的代謝過程，與蛋白質的合成密切相關，能夠延緩細胞的衰老和凋亡，促進生長，具有抗癌、抗氧化的作用，現有研究已證實在UC患者的發炎黏膜中，抗壞血酸的濃度較低。在結腸炎小鼠模型中，抗壞血酸生物合成途徑顯著差異表達，而抗壞血酸已被證明在不同的腸道炎癥性疾病過程中表現出有效的免疫調節活性。由此可推測，抗壞血酸是LP+Ly組中對UC小鼠具有明顯調節作用的重要物質，其參與維生素的消化和吸收這一通路；在差異代謝物KEGG富集中

L

-瓜氨酸所參與的精氨酸生物合成代謝通路是發酵枸杞產物發揮緩解作用的潛在靶標代謝通路，這兩條代謝通路有助于UC的改善。

通過分析植物乳植桿菌NXU0011發酵枸杞產物對UC小鼠緩解的作用，發現其具有顯著的抗結腸炎潛力，可能是一種潛在的緩解腸道炎癥的枸杞益生產物，本研究可為其在臨床上改善UC提供參考依據。

作者簡介

通信作者

潘琳，女，副教授（校聘），寧夏大學食品科學與工程學院碩士生導師，寧夏大學食品科學與工程學院食品科學黨支部書記。長期從事食品微生物分離、鑒定、功能性評價及應用等方向工作。以第一作者及參與人發表論文SCI、EI、CSCD及中文核心在內30余篇、會議摘要10余篇，以第一發明人授權發明專利2 項，申請發明專利4 項，計算機軟件著作權1 項，申請計算機軟件著作權4 項，成果登記3 項，參編著作3 部，成果轉化1 項。先后主持完成或在研寧夏回族自治區重點研發項目1 項，寧夏回族自治區重點研發項目課題2 項，寧夏回族自治區重點研發項目子課題3 項，寧夏回族自治區自然科學基金項目1 項，寧夏青年科技托舉項目1 項。曾獲2019年度寧夏科技術進步二等獎1 項（排名3）；入選2020年度第五批寧夏青年科技托舉人才隊伍，2020年度大學生創新創業訓練計劃項目優秀指導教師；2023年度指導學生參加“華信達杯”第二屆寧夏大學生食品科技創新大賽獲特等獎、二等獎各1 項，指導寧夏回族自治區級大學生創新創業項目1 項，寧夏大學大學生創新創業項目3 項。

第一作者

王燕紅，女，漢族，寧夏大學食品科學與工程學院，2022級，食品加工與安全專業碩士研究生，研究方向為乳品生物技術與工程。參與寧夏回族自治區自然科學基金2 項，寧夏回族自治區重點研發計劃項目1 項，寧夏回族自治區重點研發計劃項目（引才專項）1 項，發明專利4 項，計算機軟件著作權3 項，以第一作者或參與發表期刊論文2 篇，會議摘要5 篇。

本文《植物乳植桿菌NXU0011發酵枸杞產物對潰瘍性結腸炎小鼠代謝物質的影響》來源于《食品科學》2024年45卷第18期124-133頁，作者：王燕紅，聶明霞，翟 茹，張海燕，冀 權，霍龍璇，喬 晨，潘 琳。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230913-115。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關信息。

實習編輯；云南師范大學生命科學學院 母朵銀；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網。

為深入探討未來食品在大食物觀框架下的創新發展機遇與挑戰，促進產學研用各界的交流合作，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監督管理總局技術創新中心（動物替代蛋白）及中國食品雜志社《食品科學》雜志、《Food Science and Human Wellness》雜志、《Journal of Future Foods》雜志主辦，西華大學食品與生物工程學院、四川旅游學院烹飪與食品科學工程學院、西南民族大學藥學與食品學院、四川輕化工大學生物工程學院、成都大學食品與生物工程學院、成都醫學院檢驗醫學院、四川省農業科學院農產品加工研究所、中國農業科學院都市農業研究所、四川大學農產品加工研究院、西昌學院農業科學學院、宿州學院生物與食品工程學院、大連民族大學生命科學學院、北京聯合大學保健食品功能檢測中心共同主辦的“第二屆大食物觀·未來食品科技創新國際研討會”即將于2025年5月24-25日在中國 四川 成都召開。

長按或微信掃碼進行注冊

會議招商招展

聯系人：楊紅；電話：010-83152138；手機：13522179918（微信同號）

為進一步深入探討食品產業在當前復雜多變環境下的高質量發展路徑，并著重關注食品科學、營養安全保障的基礎研究與關鍵技術研發，貫徹落實“大食物觀”和“健康中國2030”國家戰略，北京食品科學研究院和中國食品雜志社《食品科學》雜志、《Food Science and Human Wellness》雜志、《Journal of Future Foods》雜志，將與國際谷物科技協會（ICC）、湖南省食品科學技術學會、湖南省農業科學院農產品加工研究所、湖南農業大學、中南林業科技大學、長沙理工大學、湘潭大學、湖南中醫藥大學、湖南農業大學長沙現代食品創新研究院共同舉辦“第十二屆食品科學國際年會”。本屆年會將于2025年8月9-10日在中國 湖南 長沙召開。

長按或微信掃碼進行注冊

會議招商招展

聯系人：楊紅；電話：010-83152138；手機：13522179918（微信同號）