药食同源(英文)

该成果以“Ameliorative effects of Atractylodes macrocephala insoluble dietary fiber on loperamide-induced functional constipation in rats”为题发表于中科院TOP1区期刊Food Research International杂志（IF 8.0）。

Introduction

白术为菊科植物白术Atractylodes macrocephala Koidz. 的干燥根茎，富含多糖、挥发油、黄酮类化合物以及蛋白质和微量元素等多种生物活性成分。作为药食同源植物，白术具有改善消化功能、调节内分泌及促进新陈代谢等作用。药食同源植物在肠道健康方面尤其受到关注，其可通过促进肠道蠕动与调节菌群平衡来缓解便秘症状。然而，白术中不溶性膳食纤维（AMDF）在功能性便秘治疗中的应用尚未见报道。为此，本文采用洛哌丁胺（LOP）建立功能性便秘（FC）大鼠模型，通过分析血清生化指标、肠道菌群结构及代谢物变化，探讨AMDF对大鼠便秘的改善作用及其机制。

Results

1. AMDF的理化性质和结构表征

AMDF中纤维素、半纤维素和木质素的含量分别为36.93%、1.95%和10.83%(图1A)。AMDF的平均持水能力、持油能力和溶胀能力分别为7.03±0.10 g/g、1.94±0.10 g/g、14.41 ± 0.38 mL/g（图1B）。在图1C的FT-IR谱中，AMDF于3427 cm⁻¹附近出现宽吸收峰，2912 cm⁻¹处的吸收峰对应于C–H伸缩振动，1637 cm⁻¹附近的峰源于羰基或醛基中C=O的不对称伸缩振动；1400 cm⁻¹处的小吸收峰，1040 cm⁻¹处的吸收峰。AMDF的单糖组成如图1D所示，其主要成分为：32.80% 葡萄糖（Glc）、18.12% 木糖（Xyl）、18.20% 阿拉伯糖（Ara）、16.44% 半乳糖（Gal）、7.16% 鼠李糖（Rha）、3.82% 半乳糖醛酸（GalA），以及少量甘露糖（Man）、岩藻糖（Fuc）和葡萄糖醛酸（GlcA）。AMDF在 5000×放大倍率下的 SEM 显微照片显示AMDF呈出片状、条状和块状单元不规则交织堆叠的微观结构（图 1E）。

Fig. 1. Component determination and physicochemical property analysis of AMDF Physical properties of AMDF (A). The basic components of SDF (B). Infrared spectrogram of AMDF (C). Monosaccharide composition of AMDF (D). SEM image of AMDF (5000×) (E).

2 AMDF对功能性便秘的调节作用

2.1 AMDF对便秘大鼠粪便含水量和小肠推进率的影响

与BC组相比，MC组大鼠的粪便颗粒数与含水量均显著降低。与MC组相比，各剂量AMDF干预的便秘大鼠粪便含水量和排便频率均表现出显着增强（图 2A-B）。AMDF组的肠道推进速率比LOP组明显恢复（图2C-D）。

2.2 AMDF对便秘大鼠血清中胃肠激素的影响

经AMDF干预后，各剂量组血清GAS、VIP和SP水平均呈现不同程度恢复，SS水平明显下降（图2E-H）。表明，AMDF可通过增加兴奋性神经递质，减少抑制性神经递质分泌，恢复胃肠运动来缓解便秘。

2.3血清中炎症相关指标

经AMDF干预后，NO、IL-6、TNF-α均有不同程度下降。而低剂量AMDF仅降低NO水平，不影响IL-6和TNF-α的变化（图2 I-K）。结果表明，AMDF可减轻LOP致FC大鼠的炎症反应。

Fig. 2. The Effects of AMDF on FC Rats Effect on the number of fecal pellets excreted within 6 h by rats (A). Fecal water content(B). Small intestinal propulsion rate (C, D). Serum levels of gastrointestinal hormones (E-H). Serum levels of inflammatory factors (–I-K). H&E-stained colon sections (200×) (L). Note: Compared with the BC group, ***P < 0.001，**P < 0.01，*P < 0.05; Compared with the MC group, ###P < 0.001，##P < 0.01，#P < 0.05, n = 7.

2.4 AMDF对肠道组织的影响

经AMDF干预后，结肠绒毛排列改善，肌层与浆膜结构恢复，隐窝分离更为清晰。紧密连接蛋白ZO-1、Occludin及Claudin-1的表达在MC组均显著下调。而在AMDF治疗后，这些蛋白的表达明显上调，提示AMDF可通过增强紧密连接蛋白表达，改善肠道屏障功能，降低通透性（图3 B-C）。在给予 AMDF 后，ZO-1、Occludin 和 Claudin-1 蛋白的表达升高。表明AMDF能够增强肠道屏障功能并降低肠道通透性。

Fig. 3. The Effects of AMDF on colonic tissue H&E-stained colon sections (200×) (A). The effects of AMDF on the expression of tight junction proteins in colon tissue (B,C). Note: Compared with the BC group, ***P < 0.001，*P < 0.05; Compared with the MC group, ###P < 0.001，##P < 0.01，#P < 0.05, n = 3.

2.5 盲肠内容物代谢组学结果

根据“倍数变化≥1.2”和“P 值<0.05”的标准，筛选出了差异代谢物。BC、MC和HD共有46种共同差异代谢物，主要归属于胆汁酸、醇类及其衍生物、氨基酸与多肽类似物以及脂质代谢物等类别。其中，AMDF干预后类固醇激素生物合成和胆汁分泌通路明显上调，D-氨基酸代谢通路则显著下调，表明AMDF能够调控功能性便秘大鼠的关键代谢途径。

Fig. 4. Effects of AMDF on metabolites The PCA plot of all samples (A); The CV distribution map of metabolites in QC samples (B); Volcano map of MC vs BC groups (C); Volcano map of HD vs MC groups (D); Venn diagram of each group (E); The clustering heatmap of differential metabolites (F); Bubble map of metabolic pathway analysis of differentially enriched metabolites in MC vs BC groups (G) and HD vs MC groups (H).

2.6 肠道菌群测序结果

肠道菌群α和β多样性分析表明，AMDF可通过调节肠道菌群的多样性及群落结构。AMDF可恢复Firmicutes/Bacteroidota（F/B）值至接近正常水平，有助于维持肠道菌群稳态。根据KEGG数据库统计代谢通路分析，微生物群的功能主要富集于氨基酸代谢、碳水化合物代谢、辅因子和维生素代谢、萜类代谢和多酮类、能量代谢、脂质代谢等代谢途径。

Fig. 5. Effects of AMDF on intestinal microbiota Species accumulation curves(A); Rank-abundance curve of intestinal microbiota (B); Venn diagram (C); α diversity group difference plot (D-E); PCA (F); Relative abundance of dominant microbiota at phylum level and genus level (G-H); KEGG function prediction of intestinal microbiota (I).

2.7 代谢物与肠道菌群的关联分析

通过差异代谢物与差异菌群的相关性分析（图6A）发现，多数代谢物与Actinobacteriota群落关系密切，且主要富集于胆汁酸分泌、初级胆汁酸代谢及辅因子生物合成等通路；在属水平上，Duncaniella, Bifidobacterium, Clostridiumsensustricto,和Romboutsia与大多数代谢物呈显著相关。

Fig. 6. Heat map of the correlation between gut microbiota and differential metabolites Phylum level (A) and genus level (B).

2.8 抗炎机制

在给予AMDF后，IL-6和 TNF-α的蛋白表达水平显著降低。同时发现给予AMDF后，iNOS 的蛋白表达水平（P < 0.01）显著降低，P65的磷酸化水平（P < 0.001）和IκB-α 的磷酸化水平（P < 0.05）显著降低。表明，AMDF能够抑制NF-κB信号通路，并抑制炎症因子的表达，从而减轻FC大鼠的肠道炎症。

Fig. 7. The Effects of AMDF on the expression of related proteins in colon tissue The effects of AMDF on the expression of inflammation-related proteins (A,B). The effects of AMDF on the NF-κB signaling pathway (C,D). Note: Compared with the BC group, ***P < 0.001，**P < 0.01，*P < 0.05; Compared with the MC group, ###P < 0.001，##P < 0.01，#P < 0.05, n = 3

Conclusion

AMDF 能够提高 FC 大鼠的粪便含水量、排便频率和小肠推进速率，降低血清中的SS、NO、IL-6和TNF-α 水平，并提高血清中的SP、GAS 和VIP水平。补充AMDF能够改善FC大鼠肠道微生物群的丰度和种类，优化肠道微生物群的组成，并影响包括胆汁分泌和初级胆酸生物合成在内的代谢途径。此外，AMDF能够抑制NF-κB信号通路并减轻肠道炎症。我们的研究结果强调了补充AMDF在改善FC症状方面的重要作用。