研究背景 

肠道菌群被称为人类的“第二基因组”，其所编码的基因已经超过人类的100倍。这些微生物群会影响膳食成分的消化吸收，产生的代谢物能够帮助宿主调节免疫系统、维持肠道黏膜屏障功能和抵御病原体等。研究表明，以植物性食品为主的饮食方式与肥胖、高血压、2型糖尿病和心血管疾病呈显著的负相关。肠道菌群可以与植物性食品中的膳食纤维、多酚等活性物质相互作用，影响机体的营养代谢、发挥免疫作用。因此，揭示肠道菌群的多样性、代谢及功能对于人体健康十分重要。

近年来，Muribaculaceae菌因其在维持宿主健康方面的综合作用而备受关注。Muribaculaceae菌可以产生短链脂肪酸，调节肠道屏障功能和免疫反应，被认为是一种有前途的“下一代益生菌”。然而，在肠道丰度较高的Muribaculaceae科迄今为止获得的分离株仍然很少，大多数基于16S rRNA高通量测序技术得到的肠道菌群结果仍以norank_f_Muribaculaceae的形式表示，对宿主生理的潜在影响尚不明确。

中国农业大学沈群教授团队系统地总结了与Muribaculaceae科相关的研究成果，挖掘Muribaculaceae科可能存在的益生机制，以期对Muribaculaceae科有更全面的认识。

 研究内容 

1.Muribaculaceae科的多样性

Muribaculaceae科属于拟杆菌纲 (Bacteroidia)、拟杆菌目 (Bacteroidales)，主要存在于恒温动物的肠道中。Muribaculaceae科在小鼠肠道中的丰度最高，约占小鼠拟杆菌门总量的54.99%-83.44%。Muribaculaceae科之前又叫S24-7科或Candidatus Homeothermaceae。在2019年，Ilias等人整理了相关的数据将该家族重新注释，改名为Muribaculaceae科，并利用宏基因组学聚类出685个物种。目前，Muribaculaceae科已被描述的属共有9个，其中Muribaculum和Duncaniella两个属的含量最高。

图1. Muribaculaceae科的分布及其分布数量

2.Muribaculaceae科的主要代谢能力及代谢产物

Muribaculaceae科具备代谢食源性多糖和宿主来源多糖的能力，主要包括三类：α-葡聚糖、植物细胞壁聚糖、宿主黏液蛋白聚糖。Muribaculaceae科编码大量分解碳水化合物的酶，这些酶约占其基因序列的6%，同时具有多糖利用位点和淀粉利用系统，能以淀粉为基本的能量来源。Muribaculaceae科还能够编码O-聚糖酶和唾液酸酶，O-聚糖酶是降解黏液蛋白最重要的酶，而唾液酸酶可以切割黏液蛋白O-聚糖末端的唾液酸和硫酸盐残基。

膳食纤维进入肠道微生物的糖酵解途径会产生短链脂肪酸，而Muribaculaceae科的核心代谢能力就是降解各类复杂多糖。一些膳食纤维的干预如菊粉、抗性淀粉、可溶性纤维不仅使小鼠肠道Muribaculaceae科的丰度显著上升，同时使短链脂肪酸的含量上升。此外，一些乳酸杆菌如德氏乳酸杆菌 (Lactobacillus delbrueckii)、嗜热链球菌1131 (Streptococcus thermophilus 1131)、植物乳杆菌Y44 (Lactobacillus plantarumY44) 的摄入也使肠道菌群Muribaculaceae科和短链脂肪酸的含量同时上升。

图2. 多糖发酵产生乙酸、丙酸和丁酸的代谢途径

3.Muribaculaceae科的其它代谢能力

Muribaculaceae科还能产生维生素供宿主使用，包括维生素B1 (硫胺素)、维生素B2 (核黄素)、维生素B3 (烟酸)、维生素B5 (泛酸)、维生素B7 (生物素) 和B9 (叶酸)，这可能是因为Muribaculaceae科能够编码维生素转运蛋白的基因。在氨基酸代谢方面，宏基因组学预测出Muribaculaceae科中75%-100%的物种能够合成天冬氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、甘氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸。此外，Muribaculaceae科能产生草酰CoA脱羧酶和甲酰CoA转移酶降解草酸，这可能是植物基饮食促进Muribaculaceae在肠道中生长的原因。

图3. 利用KEGG Orthology推测的Muribaculaceae科的主要代谢途径

4.Muribaculaceae科在缓解慢性疾病中的应用

完整的黏液屏障是保护肠道健康的第一道防线，黏液屏障功能受损是慢性疾病发生的重要标志之一。黏液的功能和结构主要依赖于黏蛋白，黏蛋白能够赋予肠壁保湿和润滑的特性，保护肠上皮细胞免于机械应力，发挥免疫效应增强肠道稳态。Muribaculaceae科可能存在以下三种机制参与慢性疾病的缓解：①增加黏液蛋白基因的表达量和分泌再生，缓解结肠组织损伤并降低肠道通透性。②代谢膳食纤维产生短链脂肪酸。③与病原体竞争肠道黏液层的生态位和营养物质，抵抗肠道致病菌的定殖。

研究总结

综上所述，我们全面回顾了与Muribaculaceae科相关的研究，寻找Muribaculaceae与植物性食品、功能成分和各类疾病关联的证据。我们发现Muribaculaceae具有强大的多糖代谢能力，包括外源性的膳食纤维和内源性的宿主黏蛋白聚糖，还能够产生短链脂肪酸，可能与双歧杆菌和乳酸杆菌存在交叉喂养的关系。同时，炎症性肠病、肥胖、二型糖尿病会造成肠道菌群失调，使Muribaculaceae科丰度下降，而植物性食品 (谷物、水果、茶类)、植物源的功能活性组分 (多糖、多酚、皂苷)、益生菌 (乳酸杆菌、双歧杆菌、酵母菌) 的摄入有利于肠道Muribaculaceae科的定殖。

图4. Muribaculaceae科参与多糖代谢，缓解慢性疾病的潜在机制

作者介绍

沈群，中国农业大学食品科学与营养工程学院教授、博士研究生导师。国家粮食产业 (青稞深加工) 技术创新中心主任，青海省委组织部“高端创新人才千人计划” 昆仑英才柔性引进领军人才，国家现代农业产业技术体系岗位专家。中国食品科学技术学会植物基分会秘书长，中国作物学会粟类作物专业委员会副会长，中国食品科学技术学会面制品分会、全谷物分会常务理事，中国粮油学会食品分会常务理事。

主要从事杂粮加工适用性及杂粮组分功能特性；淀粉及变性淀粉的变性机理及应用等的科研与教学工作。主持并完成“十一五”、“十二五”、“十三五”国家科技支撑计划、国家自然基金、国家现代农业产业技术体系、省部级及地方科技科研项目30余项。以第一作者或通讯作者身份在Critical Reviews In Food Science and Nutrition、Food Hydrocolloids、Food Chemistry、International Journal of Biological Macromolecules、Journal of Food Engineering、《中国食品学报》《食品科学》等国内外学术刊物及国际会议论文集上发表论文260余篇，其中SCI、EI收录140余篇。主编《杂粮与科学的美味邂逅》《食品安全与日常饮食》，《薯类加工技术》《挂面生产技术》《吃得安全更健康》，副主编《谷物加工工艺学》《中华面文化大典》和《食品专业英语》，并参编教材、专著等7部。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2908970

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/nutrients

Nutrients 期刊介绍

主编：

Maria Luz Fernandez, University of Connecticut, USA;

Lluis Serra-Majem, University of Las Palmas de Gran Canaria, Spain

期刊主题涵盖常量营养素、微量营养素、生物活性营养素、运动营养、公共卫生和饮食相关疾病等学科领域。

2023 Impact Factor：4.8

2023 CiteScore：9.2

Time to First Decision：13.5 Days

Acceptance to Publication：2.6 Days