中藥方劑在中國已有數千年的應用歷史。由于大部分中草藥和方劑的成分過于復雜，其有效成分和基礎機制尚缺乏充分的科學驗證，因此其在現代臨床使用中受到諸多限制。中草藥經過炮制、煎煮后，復雜的成分包括碳水化合物/多糖（PS）、蛋白質/多肽、糖脂質/糖蛋白、脂質，以及它們的代謝衍生物，如糖苷、胺、脂肪酸、類黃酮、萜類、酚和生物堿，彼此之間發生相互作用從而調節宿主體內的生理生化反應。其中很多成分通常不會被宿主直接吸收，而是進入腸道，通過腸道菌群轉化為具備生理活性的代謝產物而發揮藥效作用。越來越多的證據表明，中草藥也會直接影響腸道菌群的組成，這也與中草藥成分轉化為活性代謝產物有關。中藥有效成分與腸道菌群的相互作用會顯著影響中草藥的治療效果。
其中有一類成分--多糖，越來越受到研究者的關注。中草藥多糖以及蔬菜、水果和全谷物等其他來源的多糖，在免疫調節和疾病改善中發揮重要作用。由于人類基因編碼的消化酶有限，多糖在到達結腸前通常是不被消化的。在結腸中，腸道微生物通過糖酵解機制將可發酵多糖（如β-葡聚糖）分解生成重要的天然生物活性產物。多糖的連續消化可產生許多短鏈寡糖（如不同的鏈長、結構組成和分支數的寡糖）。有些寡糖可以有利于益生菌如雙歧桿菌屬和擬桿菌屬的生長。較短的多糖可以進一步消化形成單糖，如甘露糖（Man）、葡萄糖（Glc）、半乳糖（Gal）、鼠李糖（Rha）、阿拉伯糖（Ara）和巖藻糖（Fuc），它們也可以促進細菌生長。單糖繼續分解生成代謝產物，例如短鏈脂肪酸（SCFA：乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽）、乳酸鹽，可直接影響宿主生理。另外，降解產物如D-甘露糖可以充當信號分子，對宿主細胞和組織進行不同的免疫調節作用和功能。
由于中藥研究中具有多組分、多靶點、動態性、整體性等特點，需要不斷開發新的策略來研究中藥活性成分的療效機制。代謝組學與腸道元基因組、宏基因組等多組學平臺相結合，可以共同鑒定新的功能性代謝產物和功能菌，為中藥相關活性成分機制研究打好基礎。繪譜君在此整理了幾個多糖研究案例，為大家拓展研究策略及方法。
薜荔果多糖通過腸道菌群和代謝產物發揮減肥作用
上海中醫藥大學王順春教授團隊發現薜荔果中提取的同聚半乳糖醛酸型果膠多糖（FPLP）可減輕肥胖小鼠的體重增加和脂肪積累程度，并改善胰島素抵抗、高脂血癥水平以及慢性低度炎癥等指標。基于16S rRNA和代謝組學分析，FPLP改善腸道菌群的紊亂，增加了肉豆蔻酸和十五烷酸水平，從而降低血清總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇含量，達到減肥效果。
黃芪多糖通過菌群代謝物2-羥基丁酸改善肥胖小鼠脂質代謝
上海中醫藥大學李后開教授團隊對黃芪多糖進行了系統的長期研究，發現黃芪多糖減肥作用與調節小鼠的腸道菌群多樣性有關。于是通過采用功能代謝組學結合腸道菌群的研究策略，探討黃芪多糖(APS)調節代謝的作用機制。明確APS對8周高脂飲食(HFD)肥胖小鼠的代謝有益作用后，基于GC-TOFMS和LC-MS/MS對血清和肝臟進行代謝組學分析，最后發現2-羥基丁酸(2-HB)是APS活性的潛在功能代謝物：HFD降低2-HB水平，而APS可逆轉2-HB的變化。進一步研究表明2-HB可抑制油酸誘導的甘油三酯（TG）積累，降低高脂高糖（HFHS）飲食小鼠的血清TG水平并調控參與脂質降解的蛋白質，而2-HB是腸道菌群參與的代謝產物。
靈芝多糖/蟲草多糖通過腸道細菌改善肥胖
臺灣長庚大學賴信志教授團隊對靈芝多糖和蟲草多糖做了很多研究，他們首先發現靈芝多糖可以通過調節腸道菌群使小鼠“減肥”，而冬蟲夏草與靈芝功能相似，在免疫調節、抗炎、降血脂等方面都有一定的功效。隨后也證實了蟲草多糖是通過一種腸道細菌Parabacteroides goldsteinii的作用達到減肥效果，表明新的益生元H1和新的益生菌P. goldsteinii對抗肥胖與調節代謝具有積極作用。
蘆薈多糖可改善腸道菌群，維持腸道健康
江南大學錢和教授團隊發現蘆薈多糖（APs）是蘆薈中重要的活性成分，是一種有益的可溶性膳食纖維，發酵后可產生短鏈脂肪酸（SCFAs），有利于機體健康。該項研究發現，APs分子量經胃和腸消化后無明顯變化。在體外糞便發酵過程中，揮發物含量和pH值不斷下降，而SCFAs濃度顯著升高。通過APs干預后，腸道菌群組成發生改變，SCFAs代謝相關菌豐度增加，有害菌減少。此外，APs可增強腸道菌多聚糖降解和果糖、甘露糖代謝，相關酶基因表達上調。表明APs可通過微生物代謝產生SCFAs發揮作用，提示APs可作為功能性食品調控腸道健康。
牡蠣多糖調節腸道菌群，改善黏膜炎
中科院南海海洋研究所萬鵬團隊從牡蠣中提取牡蠣多糖（CHP）并構建S180荷瘤小鼠模型，CHP進行干預治療后，荷瘤小鼠腸道生理狀態明顯得到改善，同時炎癥因子降低，TP、ALB、PA、TRF、IgA、IgM和IgG水平得以恢復。進一步研究發現，CHP通過調控小鼠的腸道菌群，增加丙酸和丁酸的濃度，進行影響TLRs信號通路，逆轉小鼠模型營養與能量代謝改變，增加5-氟尿嘧啶（5-FU）的抑瘤率并改善小鼠精神狀態。
綜上針對中藥成分（多糖或者相似成分）的藥效機制研究，可以利用如下有別于傳統中藥研究的新策略開展工作：
01
選擇具有明確藥效作用的研究對象（如粗提取物/湯劑或散劑），利用代謝組學和腸道菌群等多組學平臺直接尋找藥效相關功能成分。其基本原理是使用代謝多組學方法尋找/篩選代謝轉化后的功能性成分（如乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽，以及乳酸鹽等等），而非直接從中草藥中分離提取后篩選功能成分。
02
建模給藥后，根據模型需求收集腸/糞便/血液樣本，對樣本中菌群分類和豐度及腸/糞便/血液相關代謝產物進行定量分析。在對照組和實驗組之間篩選統計學顯著差異的細菌和代謝物，并分析與藥物藥效是否有關，縮小關注目標。
03
上一步獲得藥效陽性結果后，將對目標菌群（潛在的代謝有益菌）或代謝物（潛在的后生元或類生元）單獨或聯合進行功能和機制驗證。
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參考文獻
1.Role of gut microbiota in identification of novel TCM-derived active metabolites. Protein Cell. 2020. https://doi.org/10.1007/s13238-020-00784-w.
2.Functional metabolomics reveals that Astragalus polysaccharides improve lipids metabolism through microbial metabolite 2-hydroxybutyric acid in obese mice.Engineering. 2020. https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.05.023.
3.Roles of gut microbiota and metabolites in a homogalacturonan-type pectic polysaccharide from Ficus pumila Linn. fruits mediated amelioration of obesity. Carbohydrate Polymers. 2020. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116780.
4.Study on fecal fermentation characteristics of aloe polysaccharides in vitro and their predictive modeling. Carbohydrate Polymers. 2021. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.117571.
5.Oyster polysaccharides ameliorate intestinal mucositis and improve metabolism in 5-fluorouracil-treated S180 tumour-bearing mice. Carbohydrate Polymers. 2021. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.117545.
