海洋源多糖调控肠道菌群的研究进展

马小清，黄鸿艳，周亚楠，王淑敏，卢 旭

（福建农林大学食品科学学院 闽台特色海洋食品加工及营养健康教育部工程研究中心 福建省特种淀粉品质科学与加工技术重点实验室 中国-爱尔兰国际合作食品物质学与结构设计研究中心 福州 350002）

多糖是一种高分子化合物，是由10 个或10个以上的单糖脱水缩合形成的长链化合物，分子质量可达数百至数千万，在自然界中分布广泛，主要存在于植物、动物和微生物中[1]，具有整肠，免疫调节，降低血糖、血脂，控制肥胖，抗肿瘤，抗病毒，抗氧化，抗衰老，抗炎等多种生物活性[2]。海洋面积占地球表面积的70.78%，海洋内生物占地球总生物的87%[3]。海洋生物中富含多种生物活性代谢产物，例如多糖、蛋白质、肽、氨基酸和矿物质盐等[4]。研究发现，海洋生物中存在许多天然活性多糖，越来越多研究人员开始注重对各种海洋类多糖结构和活性的研究[3]。海洋植物多糖的来源包括多种海洋植物，以海藻类多糖为主，海藻多糖主要通过水提醇沉法或以微波、超声波、酶解法和超临界CO2萃取法从绿藻、红藻、褐藻及蓝藻中提取[5]。海藻广泛分布于冷温带的大陆沿岸和部分热带以及亚热带海岸，其中以我国广东沿岸最高，其次是福建、台湾和南海诸群岛，最少的是黄海西岸（包括渤海区）[6]。中国是全球海藻生产的佼佼者，年产量高达135 万t（干品），占全球海藻产量的3/4，其中野生海藻占全球每年海藻收获量的27%，栽培海藻占全球每年收获量的72%，因此海藻多糖是我国海洋生物中含量最丰富的植物多糖，其中多糖含量为其干重的20%～76%[4]。海洋动物多糖主要包括以D-葡萄糖为基本结构，在动物体内起贮藏作用的淀粉和糖原，分别为以葡萄糖醛酸、硫酸葡萄糖胺为基本结构且具有一系列生物活性的肝素、透明质酸，以及以半乳糖、N-乙酰葡萄糖胺为基本结构的硫酸角质素等[1]。海洋微生物多糖的来源主要是一些典型的海洋微生物，包括细菌（放线菌属、菌丝菌属、蓝细菌属和变形杆菌属）、真菌（子囊菌、担子菌属和梭菌属）、酵母菌（子囊菌和担子菌属的几个属）[7-8]。有研究发现，海洋多糖的功能主要集中在抗肿瘤、抗氧化、调节免疫、减轻代谢综合征等几个方面[9]。

近年来随着“肠道菌群”这一代名词的出现，有新证据表明驻留在哺乳动物肠道中的肠道菌群在宿主健康、营养、代谢和免疫稳态方面起着至关重要的作用[10]，而这些作用的发挥主要依赖于不易消化的纤维和多糖作为菌群的能源物质，然而，海洋多糖属于另一类膳食纤维，其保持生物活性的同时对机体无其它显著影响，这可能与肠道菌群有关[11]。周雪为解析口服肝素对胃肠道环境的影响，对小鼠灌胃荧光肝素，通过体外培养肠道菌群与肝素及肝素类衍生物体外共孵育，发现灌胃1 个月，对小鼠的生长无明显毒害作用，体重变化趋势，结肠长度，结肠结构和脾重指数均没有明显差异；长期灌胃导致小鼠肠道菌群生物多样性下降，通过LEfSe（LDA effect size）分析发现灌胃后在属水平上对菌群机构差异影响较大，如灌胃肝素后共生菌 （Parasutterella）、抗炎细菌艾克曼菌（Akkermansia）、产丁酸肠道单胞菌（Intestinimonas butyricimonas）和另枝菌属（Alistipes）相对丰度增高，而肠杆菌属 （Enterorhabdus）、嗜胆菌属（Bilophila）、厌氧棍状菌属（Anaerotruncus）、杜氏杆菌属（Dubosiella）等菌属丰度下降，说明肝素具有调节肠道菌群结构，富集拟杆菌，抑制大肠杆菌志贺菌属生长的作用，而对小鼠正常生长、行为和状态均无影响[12]。

此外，一系列研究发现，海洋多糖与肠道菌群之间具有相互协同改善肠道健康的作用[2]。一方面，海洋类多糖可以通过调节肠道菌群比例，从而增加有益菌数量，降低有害菌数量。海参多糖干预会加快肠道菌群的恢复和平衡重建。正常小鼠抗生素处理后，有益菌厚壁菌门（乳杆菌属和梭菌属）明显降低，出现致病菌拟杆菌门（卟啉单胞菌属），并占据主导地位，经海参多糖处理后，厚壁菌门数量逐渐恢复，拟杆菌门逐渐减少[12-13]。海带多糖和岩藻多糖可使乳酸杆菌益生菌（可通过与树突状细胞两者浓度变化引起抗感染因子和促炎因子表达的变化，起到调节肠黏膜免疫功能的作用）增加，使大肠杆菌致病菌（使肠道功能得以改善，同时维持体液和电解质平衡以及给宿主提供所需能量）降低[14-15]。另一方面，肠道菌群可将多糖降解为单糖，促进机体的消化吸收，同时还能产生具有一定生物活性的代谢产物。如短链脂肪酸（Short chain fatty acids，SCFAs），包括甲酸、乙酸、丙酸和丁酸（化学式见表1[16-19]）。据相关报道，哺乳动物近端结肠SCFAs 浓度为120 mol/L，远端结肠SCFAs 浓度为90 mol/L，乙、丙、丁酸含量最高占90%，比例为3 ∶1∶1，水产动物中，乙酸浓度最高，20～29 mmol/L，而丙酸、丁酸浓度较低。所有SCFAs 中，丁酸和丙酸可以调节肠道生理和免疫功能，而乙酸是脂肪合成和糖异生作用的底物[15]。Zhu 等[10]的动物实验表明海参硫酸多糖（Sulfated polysaccharide from sea cucumber，SCSP）及其解聚多糖（Depolymerized SCSP，d-SCSP）可通过促进BALB/c 增加小鼠肠道内益生菌——艾克曼菌（Akkermansia）、拟普雷沃菌（Alloprevotella）、厚壁菌门属（Blautia）、拟杆菌属（Bacteroides）和梭状芽孢杆菌BB60 组（Clostridialesvadin）的丰度，减少有害菌变形杆菌（Proteobacteria）的丰度，同时经SCSP 和d-SCSP 处理使总SCFA 显著增加，产生SCFAs 的细菌系统型的上调与盲肠中SCFAs水平的升高呈正相关，特别是乙酸和丙酸。值得注意的是，SCSP 显著提高了丁酸的浓度，而d-SCSP没有提高。

表1 短链脂肪酸的化学式及其生物活性Table 1 Chemical formula and biological activity of short-chain fatty acids

1 海洋多糖的种类和结构

海洋生物多糖种类繁多，根据其来源可分为海藻多糖、海洋动物多糖、海洋微生物多糖3 类。海藻多糖主要从海藻中提取出来的，海藻主要集中在我国福建、山东、辽宁和广东地区，其中以海带为主要来源，约占70%，以裙带菜、紫菜和江蓠为来源的分别占16%，10%，13%，其它海藻来源的占1%[20]。根据其天然色素沉着，海藻通常在门类级别上可分为三大类，即褐藻类、红藻类和绿藻类[17]。褐藻类指富含蛋白、藻酸盐和岩藻糖聚糖类型的多糖，包括单糖亚基，例如葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、岩藻糖、木糖、甘露糖、葡糖醛酸和甘露糖醛酸；红藻类指富含角叉菜胶、琼脂和琼脂糖类型的多糖，其多糖成分主要由葡萄糖、半乳糖和3，6-脱水半乳糖组成；绿藻类指包含纤维素、甘露聚糖、硫酸鼠李聚糖的多糖，由单糖亚基组成，例如葡萄糖、甘露糖、鼠李糖、木糖、艾杜糖醛酸和葡萄糖醛酸。具体见图1[4]。

图1 红藻类、绿藻类和褐藻类的多糖类型及其分子结构Fig.1 The polysaccharose types and molecular structures of red algae，green algae and brown algae

海洋动物多糖来源于海洋动物结缔组织基质和细胞间质，包括从海绵、刺参、海星中提取的硫酸多糖，从虾、蟹中提取的甲壳质，从乌贼、扇贝、文蛤、鲍鱼中提取的糖胺聚糖和酸性黏多糖等[21]。海洋微生物分布广泛，近海口、海口、海洋内湾处、深海底泥、海洋层积物和海洋极端环境中均有分布。而海洋微生物多糖是指从某些细菌、真菌、放线菌及酵母中产生的碳水化合物的总称，其从形态上可分为3 类：胞内多糖、胞壁多糖、胞外多糖。其中胞内多糖是构成微生物细胞的主要成分，如淀粉和糖原，胞壁多糖黏附在细胞表面，是构成微生物细胞壁（由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸组成糖链结构的肽聚糖）的主要成分，而胞外多糖是由微生物细胞产生并分泌到微生物细胞外部培养基中的多糖。如黄杆菌属中的黄原胶，根瘤菌中的琥珀酰聚糖，假单胞菌属和棕色固氮菌中的细菌藻酸盐以及出芽短梗霉菌中的普鲁兰多糖等[7]。同一种类的海洋多糖又具有多种组成成分，其组成形式众多，包括糖苷键类型连接方式异头碳构型、糖环构型、取代基等多种形式（具体见表2[1，22]）。

表2 海洋类多糖的种类及结构Table 2 Types and structures of marine polysaccharides

（续表2）

2 海洋多糖对肠道菌群的作用

2.1 调节肠道菌群的结构和组成

肠道是营养极其丰富的人体内环境，含有大量的微生物，肠道微生物根据细菌的代谢特点可分为需氧菌、厌氧菌和兼性厌氧菌。根据细菌对宿主的作用可分为共生菌、条件致病菌、病原菌[37]。其中，肠道的优势菌群是占肠道微生物的99%以上的共生菌，由厌氧菌及兼性厌氧菌构成，如拟杆菌、双歧杆菌（调节细胞生长和细胞增殖，调节免疫系统，降低患代谢综合症的风险[38]）、乳杆菌（可通过减少动物肠道内致病性大肠杆菌的易位，增加peyer 结中淋巴细胞数量，从而改善肠道免疫功能，也可黏附于肠上皮细胞，促进黏液糖蛋白的分泌，同时加强细胞间紧密连接功能，上调细胞保护性热休克蛋白，起到防止IEC 凋亡的作用[39]）。条件致病菌以兼性厌氧菌为主，在肠道内数量较多，与共生菌达成生态平衡，在肠道菌群紊乱时可大量增殖，如肠球菌、大肠杆菌（治疗溃疡性结肠炎有显著的效果，它的治疗机制是通过Toll 样受体2（TLR-2）识别系统减少促炎性细胞因子白介素2（IL-2）、肿瘤坏死因子（IFN-γ）和肿瘤坏死因子（TNF-α）的表达，同时提高白介素10（IL-10）、白介素8（IL-8）和白介素1β（IL-1β）的分泌量[40]）。在消化道中占主导地位的肠道菌群由五大门类包括厚壁菌门 （Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteri）、变形菌门（Proteobacteria）、疣微菌门（Verrucomicrobia）以及古生菌中的广古菌门（Euryarchaeota）构成[38]。其中拟杆菌门和厚壁菌门占肠道微生物的90%左右，不同的肠道菌群具有不同的结构和组成，对人体健康有着巨大的影响[37]。

目前很多研究表明，海洋多糖对肠道菌群的结构和组成具有一定的调节作用[3]。特殊结构的海洋多糖对肠道菌群的影响及相关检测方法见表3，如Shang 等[32]发现饮食中添加硫酸软骨素（CS）及其低聚糖（CSO）对肠道菌群结构的调控与生物体性别有关，口服CS 和CSO 后雌性小鼠群体粪便中微生物群的细菌多样性有所降低，而在雄性中显著增加；CS 会增加乳酸杆菌和其它SCFA（尤其是丁酸） 产生细菌的数量，CS 及其衍生物可增加革兰氏阴性细菌的丰度。

表3 几种海洋多糖对肠道菌群的影响Table 3 Effects of several marine polysaccharides on intestinal bacteria

（续表3）

2.2 通过肠道菌群发挥生物活性

2.2.1 抗肿瘤活性 癌症具有高发病和死亡率的特点，是世界性健康问题[54]。天然产物的替代疗法是一种可能的治疗方法[55]。海洋多糖因具有一定的抗癌活性而引起关注，其通过肠道菌群发挥抗肿瘤作用的机制主要有两种：1） 抑制癌细胞增殖并促使其凋亡；2）激活免疫细胞，增强机体免疫功能。海洋植物海藻富含多种生物活性化合物，其总膳食纤维含量为25%～70%，可溶性膳食纤维含量达到50%～80%，具有潜在的益生元作用[55-56]。其有助于增加结肠有益微生物（如乳酸杆菌和双歧杆菌）的水平，双歧杆菌可降低致癌因子启动子并减少毒素基因代谢，促进癌症生物标志物转移，调控癌细胞增殖；促进SCFA（短链脂肪酸，尤其是丁酸盐的产生） 的发酵和产生，SCFA 通过控制p21 蛋白 （p21 为细胞周期调节剂，也是细胞依赖性酶CDK 与细胞周期蛋白CB1 的抑制剂）来阻碍组蛋白脱乙酰基酶 （HDAC 为基因表达的表观遗传调节剂）的释放，以此发挥抗癌作用；此外，还能降低入侵病原体的水平，减少腐败化合物生成，进而诱导免疫反应预防结肠癌[56]。

2.2.2 抗氧化活性 在细胞有氧代谢过程中产生的自由基/活性氧（ROS），能在调节体内细胞生长的同时抑制人体对细菌和病毒的感染，然而过量活性氧（如超氧阴离子或过氧化氢）会导致人类某些慢性疾病的发生[57]。由木糖、葡萄糖醛酸和鼠李糖聚合物组成，主要的重复二糖单元为α-LRhap-（1-L）-D-Xyl 和→4）-β-D-GlcpA-（1→4）-α-L-Rhap 的浒苔多糖 （Enteromorpha proliferapolysaccharides，EPP），通过其抗氧化作用有效保护生物体免受氧化损伤[58]。其作用途径为：1）主要是通过直接清除生物、化学和物理来源的多种活性氧（Reactive oxygen species，ROS），如DPPH 自由基、羟自由基和超氧阴离子等来实现的。EPP 的3 个组分：EPP-1、EPP-2 和EPP-3 均为吡喃型多糖，EPP-2 可能是含有β-D-吡喃葡萄糖和蛋白质复合的酸性多糖，ESP-3 为含有β-D-吡喃葡萄糖的酸性多糖。3 个多糖分离纯化组分 （EPP-1、EPP-2、EPP-3）对DPPH 自由基、羟自由基和超氧阴离子的清除能力随浓度的增加而增强，对DPPH 自由基清除率最强的是EPP，EPP-1 和EPP-2 的清除能力低于EPP 和EPP-3。EPP 的超氧阴离子清除能力明显优于其它3 组，其质量浓度为1 mg/mL 时，清除能力达到4 组最高，即28.74%。对羟自由基清除率最高的为粗多糖，在其质量浓度为2 mg/mL 时达到62.31%，其次为EPP-3，清除能力接近于粗多糖[59]。2）刺激并提高酶活性。EPP 可以改善内源性抗氧化酶的活性，例如过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶（氧化应激期间抵抗活性氧ROS 的主要防御系统）；浒苔多糖可降低老鼠血清中马来二醛（MDA）的含量，低含量的MDA 有助于抑制氧化应激和脂质过氧化的发生[26]。

2.2.3 减轻代谢综合征 代谢综合征（MetS）是以肥胖、糖代谢异常（糖尿病或糖调节受损）、血脂异常、高血压等多种疾病或危险因素在人体聚集的综合性临床症状[60]。岩藻依聚糖是一类主要存在于食用褐藻中的硫酸化多糖，其通过调节肠道菌群减轻MetS，天然岩藻依聚糖一般具有两种类型的主链，其中I 型链由α（1→3）连接的岩藻糖组成，II 型链由交替的α（1→3）和α（1→4）连接的岩藻糖组成，岩藻多糖对MetS 的主要作用见图2[61]。

图2 岩藻多糖减轻代谢综合征的作用机制Fig.2 The mechanism of algae polysaccharose reduces metabolic syndrome

1） 高脂饮食（HFD）下抑制肥胖小鼠的体重增加并减少体脂含量。Li 等[62]使用来自格皮氏海参（Pearsonothuria graeffei）（Dfuc-Pg）和墨西哥肥仔刺参（Isostichopus badionotus）（Dfuc-Ib）两种海参岩藻低聚糖 （Dfuc-Pg 以4-O-磺基为主，而Dfuc-Ib 以2-O-磺基为主，Dfuc-Pg 的分子质量量介于760 u 至2 490 u 之间，而Dfuc-Ib 的分子质量介于760 u 至2 906 u 之间） 喂养高脂饮食（HFD）小鼠，结果发现，喂食后HFD 小鼠的体重、肝脏质量和附睾脂肪质量显著降低 （P＜0.05），Dfuc-Pg 和Dfuc-Ib 均可抑制由HFD 引起的高脂血症、肥胖症和炎症。值得注意的是，Dfuc-Pg 可以抑制巨噬细胞浸润到脂肪组织中，具有比Dfuc-Ib更好的抗炎活性。同时，两种依聚糖通过减少厚壁菌门的丰度而增加拟杆菌的丰度来逆转肠道菌群的营养不良，特别是结肠菌群的营养不良。此外，抗肥胖作用还包括抑制过氧化物酶体增殖或脂肪细胞分化，激活受体γ（PPARγ）的表达和腺苷单磷酸蛋白激酶（AMPK）的磷酸化，从而降低脂肪细胞标记蛋白PPARγ 和CCAAT 增强子结合蛋白α的表达。其多糖可以通过改变肠道微生物群（GM）中叶绿素的相对含量来预防肥胖症，还可以通过修复肠壁屏障和减少炎症来减轻肥胖[62-63]。

2） 抗高血脂症，改善血脂水平和减轻HFD诱导的肝脂肪变性。Liu 等[64]研究裙带菜中岩藻依聚糖对BALB/c 小鼠肠道菌群及血脂异常的影响，对高脂饮食组（HFD）分别以50 mg/（kg·d）和100 mg/（kg·d）的岩藻多糖灌胃8 周，结果发现岩藻依聚糖可显著降低血清总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）和肝脏胆固醇水平（P＜0.05），以及胆固醇相关蛋白 （HMGCR，SREBP-2） 的表达（P＜0.05），从而使脂肪造成的肝组织恶化得以改善。同时，肠道菌群的16S rRNA 基因序列分析表明：岩藻依聚糖高度富集了有益于宿主健康的良性微生物，包括阿克曼粘菌和短链脂肪酸产生菌（如拟普雷沃菌属，其丰度与肥胖、糖尿病和代谢综合征呈负相关关系）、瘤胃球菌科（Ruminococcaceae，能代谢多种多糖和纤维）、厚壁菌门属（能产生SCFA）和拟杆菌属（能产生SCFA，可促进丙酸酯的产生，从而限制体内乙酸酯类化合物的脂质合成），增加小鼠肠道中的艾克曼菌（具有改善糖尿病、肥胖症和阑尾炎等疾病作用）和乳杆菌属（Lactobacillus，与胰岛素抵抗相关，丰度与空腹血糖呈正相关）的丰度，并降低消化球菌属（进行酯化和脱硫的细菌），理研菌属（Rikenellaceae，丰度与免疫反应呈负相关）和另枝菌属（丰度与疏水性胆汁酸BAs 如CDCA 和DCA 水平呈负相关）的丰度。结果表明岩藻依聚糖可通过增强HMG-CoA还原酶（HMGCR）和SREBP-2（肝脏中胆固醇和脂肪酸合成的生物合成的重要激活剂） 改善血脂异常，并调节HFD 喂养小鼠的肠道微生物群。其机理主要是肠道菌群酶将多糖转化为短链脂肪酸（SCFA），SCFA 又通过肝脏中脂肪形成和糖异生的代谢途径和炎症信号通路，促进宿主的新陈代谢[61，64-65]。3）抗糖尿病和改善HFD 诱导的葡萄糖耐受不良和胰岛素抵抗。岩藻依聚糖可通过激活5' 腺苷单磷酸激活蛋白激酶（AMPK）调节肠道菌群，改善葡萄糖耐量，并通过增加血清脂联素浓度（Serum adiponectin concentrations）来改善胰岛素敏感性[61]。

2.2.4 调节免疫活性 海洋类多糖免疫的调节功能主要针对非特异性和特异性免疫。非特异性免疫可立即对非宿主物质（而非病原体）作出反应并发出信号，涉及巨噬细胞和淋巴细胞；随后激活特异性免疫，涉及B 和T 淋巴细胞[26]。徐明军等[66]发现抗生素会使小鼠菌群与免疫能力失衡，并使小鼠肠道血清因子IL-2 （IL-2 为T 细胞生长因子，能够活化Th1 细胞，促进CTL 的增殖，参与抗体反应）、INF-α（TNF-α 促进T 和B 淋巴细胞增生）的水平显著降低；通过将部分高海藻多糖的原料粉末 （配方为浒苔15%、鹿角菜15%、裙带菜15%、香菇15%、滑菇10%、舞菇10%、刺五加5%、青蒿5%、海参干粉5%、蛹虫草5%）与正常成分的鼠粮以1∶2 的比例混合制成配方鼠粮；经灌胃后，该海藻类的功能食品能有效恢复小鼠失调的肠道菌群，显著提高肠道血清中的IL-2 和INF-α至正常水平[66]。Bhatia 等[67]发现越南紫菜中提取的硫酸多糖（Fucoidan）是一种杂多糖，主要由岩藻糖、半乳糖和硫酸盐组成，甘露糖、葡糖醛酸、葡萄糖、鼠李糖、阿拉伯糖和木糖的含量较低，它可以通过改善小鼠肠道菌群，下调促炎因子，如TNFα，IL-1，IL-1β，IL-6 水平，上调抗炎因子IL-10 的水平，激活一氧化氮合酶，提高机体的一级抗体反应与结合模式识别受体的能力，影响肠道巨噬细胞功能；益生菌可通过差异性消耗葡萄糖、谷氨酰胺和氧，促进巨噬细胞的两种主要炎性表型M1/M2 极化【M1 表型由细菌脂多糖（LPS）和Th1 促炎细胞因子，如IFN-γ、TNF-α 和IL-1β 或两者的极化信号触发；而M2 表型由Th2 细胞因子，如IL-4 和IL-13 以及抗炎细胞因子IL-10 和TGFβ或糖皮质激素触发】，并改变代谢途径（包括吞噬作用、抗原呈递和产生细胞因子），修饰肠道黏膜，显著增加淋巴和单核细胞。上述表明硫酸化的越南紫菜多糖通过益生菌作用，促进巨噬细胞活化，提高机体免疫力[67-69]。

3 间接影响肠道微生物菌群的功能活性

肠道菌群作为最庞大和复杂的微生态系统，定植于宿主肠道内，与宿主互利共生并相互影响，宿主为肠道菌群提供安逸舒适的环境，而肠道菌群及其代谢产物可促进宿主的进化和功能成熟，帮助宿主完成一系列自身不能实现的生理功能[70-71]。不同的菌群与代谢疾病的关系见表4。

表4 部分肠道菌群及其生理功能Table 4 Parts of the intestinal flora group and its physiological function

3.1 参与调控宿主营养物质代谢

肠道菌群中存在着与海洋多糖代谢有关的关键酶，复杂的多糖可在体内被降解和代谢。可初步降解这些复杂多糖的细菌被称为初级降解菌，包括拟杆菌属、双歧杆菌属、鲁米诺球菌属、玫瑰菌属、面杆菌属、厌氧杆菌属或副链球菌属的种属[63]。Xu 等[19]使用人粪便接种物体外发酵模型，研究海坛紫菜多糖 （Porphyra haitanensis polysaccharides，PHP）及其在胃肠道中的可发酵性和益生元作用。随着发酵的进行，PHP 逐渐解聚，并被肠道菌群消耗。当PHP 作为唯一碳源时，SCFA 的含量增加，在发酵后期乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐是SCFA 的主要产物，乙酸盐浓度最高为（17.71±0.83）mmol/L，丙酸是仅次于乙酸的第二大脂肪族酸，其含量为（6.86±0.32）mmol/L，而肠杆菌产生的丁酸盐是肠道上皮的主要能源。纤维发酵产生的SCFA是结肠细胞的重要能量（ATP）来源，还是糖异生的底物，可调节中枢代谢，是葡萄糖稳态的关键介体。SCFA 还可通过抑制组蛋白脱乙酰基酶（HDAC）或激活G 蛋白偶联受体（例如GPR41 和GPR43）来触发宿主信号（如TGR5 信号、FXR 信号），进而调节宿主生理。此外，PHP 具有潜在的益生元作用，主要通过促进益生菌微种群，如多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）、卵形拟杆菌（Bacteroides ovatus）、嗜糖废水杆菌（Defluviitalea saccharophila） 和普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）的繁殖并抑制有害菌群群落（包括所有变形杆菌的菌属，如大肠杆菌、沙门氏菌等）的生长来重塑肠道菌群的结构，以预防或减轻与营养不良有关的疾病，如2 型糖尿病，肥胖症和非酒精性脂肪肝疾病[19]。

3.2 调控宿主免疫系统

肠道菌群主要影响机体黏膜免疫系统，进而对机体免疫系统的强化起作用[74-75]。研究发现，益生元的免疫调节行为是通过与肠道益生菌（如乳酸杆菌和双歧杆菌）的相互作用实现的，两者的相互作用直接诱导免疫系统激活，肠道微生物的生物量在克服疾病易感性方面发挥作用，益生元与益生菌（如乳酸杆菌）的相互作用导致SCFA 的产生，黏蛋白生成的改变，以及益生元与膜受体（如免疫细胞的Toll 样受体） 的相互作用开始刺激性免疫反应[56]。肠道菌群对宿主的作用主要有3种[76]：

1） 刺激分泌免疫球蛋白（SIgA）的产生。当肠道致病菌（如大肠杆菌、沙门氏菌）入侵时，细菌黏附素刺激上皮表面免疫活性细胞，使黏膜局部产生SIgA，阻止细菌对黏膜的攻击，同时限制其繁殖，进而维持稳态。

2） 活化肠黏膜免疫抗原提呈通路。树突状细胞（DCs）是主要的抗原提呈细胞，肠道有大量潜在抗原进出，而DCs 的存在使抗原处于监控之下，正常情况下DCs 处于休眠状态，当抗原进入肠黏膜，位于集合淋巴结的DCs 立即作出反应，表现为失去吞噬能力，激活抗原加工机制。乳酸杆菌等益生菌及其表面蛋白通过与肠（DCs）的相互作用来调节肠黏膜免疫功能，其作用机制是通过两者浓度比例的变化，引起抗感染因子和TNF-α、IL-1β、IL-12 和IL-4 促炎细胞因子表达的变化。

3） 激活肠黏膜免疫因子与免疫应答。Toll 样受体 （TLR） 是单一跨膜且具有非催化性的蛋白质，当肠道致病菌（如大肠杆菌）突破机体的肠黏膜屏障时，TLR 可通过识别细菌具有保守结构的分子而激活机体产生免疫应答。

4 结论

近年来，对于海洋多糖方面研究取得一定的进展。如对海洋多糖的结构和生物学功能的深入研究，阐明海洋多糖的理化性质，结构表征和潜在机理。由于海洋生物多糖与人体各种疾病有着密不可分的联系，而肠道菌群作为人和动物胃肠道中分布数量庞大、结构复杂的微生物群落，与人体和动物健康更是十分相关，越来越多的研究人员以海洋类多糖与肠道菌群的关系为研究重点，以便更好地利用二者的相互作用来改善甚至治愈某些疾病，达到维持人体健康的目的。未来海洋多糖在生物材料和医学（包括保健品）等领域的应用前景将更为广阔。

然而，限于目前的研究水平，对海洋多糖的种类及生物活性的研究不够全面。随着测序技术的发展，目前海洋类多糖对肠道菌群组成及相对丰度的影响较为深入，而对于其调节机制还需深入研究，可从以下方面着手：1）挖掘部分海洋类多糖因肠道菌群所致的生物学效应。2）研究海洋类多糖被肠道菌群降解后的结构变化，因体系十分复杂，通过分离和纯化难以获得高纯度的多糖降解物，其多糖多限于单糖组成研究，结构键接方式未知，导致结构与菌群生物学效应间的关联性不明确。需要多组学联合，研究定量分析代谢产物的手段。3）目前多糖对菌群的营养特性研究主要集中在体外模拟和动物实验，需通过更多的人体临床试验加以验证。