科研 | 中科院魏辅文院士利用多组学方法揭示植物次生代谢物对非模式哺乳动物肠道菌群的影响（国人佳作）

编译：微科盟北岸，编辑：微科盟茗溪、江舜尧。

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导读  

背景：黄酮类化合物是一种重要的植物次生代谢产物（PSMs），具有促进人体健康的作用。然而，人们对类黄酮的整体代谢以及类黄酮与肠道菌群之间的相互作用知之甚少。富含类黄酮的竹子和大熊猫为弥补这一差距提供了理想的系统模型。

结果：本文采用代谢组学和宏基因组学相结合的方法，通过体外培养实验，共鉴定出97种竹子中未鉴定的黄酮类化合物；70%以上的类黄酮单体的利用与肠道微生物有关；竹叶和竹笋中类黄酮含量的变化决定了竹叶和竹笋微生物量的季节性变化。食物中类黄酮含量越高，微生物多样性和毒力因子越低，但纤维素降解物种越多。

结论：此研究显示了在非模式哺乳动物中有益PSMs前所未有的景观，并揭示了PSMs重塑肠道微生物群，使宿主在生态环境中适应饮食转变，为宿主-微生物相互作用提供了新的见解。

论文ID

原名：Multi-omics reveals the positive leverage of plant secondary metabolites on the gut microbiota in a non-model mammal

译名：多组学揭示了植物次生代谢产物对非模式哺乳动物肠道菌群的影响

期刊：Microbiome

IF：16.837

发表时间：2021.9

通讯作者：魏辅文

通讯作者单位：中国科学院动物研究所动物生态与保护生物学重点实验室；南方海洋科学与工程广东省实验室；中国科学院大学；

DOI号：10.1186/s40168-021-01142-6

实验设计

结果

1 竹叶和竹笋中类黄酮含量的显著变化显示出不同季节食性的差异

基于液相色谱-质谱（LC-MS）的代谢组学方法，共15个样品分别代表5种食性（每种食性1种，3个混合重复）进行黄酮类化合物的测定（表S1）。在本地数据库中鉴定出97种黄酮类单体，其中黄酮类62种，黄酮醇类18种，黄烷酮类12种，异黄酮类3种，查尔酮1种和黄烷酮醇1种，多数为苷类（图1A-C，表S2）。鉴定的黄酮类化合物大部分来自6个简单的化合物，包括：麦黄酮、芹黄素、毛地黄黄酮、金圣草黄素、槲皮苷和柚苷配基（图1C）。研究人员检测了2种多酚（原儿茶酸和原儿茶醛），由于它们数量少、结构相似，且与黄酮类化合物具有生物活性，因此也被纳入后续分析。在之前的一项研究中，鉴定或实验测试了竹子中有限数量的黄酮类化合物，分别为毛地黄黄酮和芹黄素的C-糖苷。

竹叶中黄酮类化合物含量高于竹笋（Wilcoxon秩和检验，P < 0.05；图1B）。竹叶中含有约100种类黄酮单体（WL，95；CL，97）远超过竹笋（WS，52；CS_I，57；CS_II，40；图1B）。只有2种单体（1种黄酮醇：quercetin 7-O-rutinoside；1种黄烷酮：afzelechin）是在竹笋中发现，而这些在竹叶中没有发现。总的来说，研究发现竹叶和竹笋之间有很大的差异，这表明大熊猫全年摄入的类黄酮有明显的变化。

图1 黄酮类化合物在季节性食性中的结构特征及分布。A 在大熊猫食用竹子中检测到黄酮和代表性苷元单体的基本结构。黄酮类化合物由两个芳香环（A，B）通过3个碳连接而成，通常形成1个含氧杂环（C环；1个C6-C3-C6骨架称为苯基铬醛）。这个C环是每个类黄酮亚家族的特征。单个黄酮类化合物的基本结构被附着在A-和B-环上的羟基、甲氧基和烷基修饰。对于括号内标有数字的每个有代表性的苷元，标明其结构公式和通用名称。B 竹叶与竹笋中类黄酮单体多样性的比较。C竹叶与竹笋中黄酮类含量的比较。在食性样本之间，左边的无根树显示了基于Bray-Curtis距离的分层聚类。右边的气泡图显示了所有黄酮类的分布情况。圆圈的大小和颜色分别表示不同季节的丰度和食物类型。在1个节点上没有气泡表明在相应的样品中没有检测到黄酮类，黄酮类浓度主要列于表S2。符号表示具有精确结构鉴定的黄酮类化合物。大多数黄酮类化合物被鉴定为苷形式。C, C-glycoside；O, O-glycoside；C, O, C, O-di-glycoside；NA，没有糖基。对于B和C，4组代表了来自两个大熊猫种群（野生和圈养）的两种食物（叶和笋）的样本：WL，以B. fargesii竹叶为食物的野生大熊猫；WS：野生大熊猫以B. fargesii的竹笋为食；CL；圈养大熊猫以B. fargesii的叶子为食；CS，圈养大熊猫以分别对应于CS_I和CS_II亚类的P. amarus和P. nidularia的笋为食。绿色和紫色分别代表竹叶和竹笋。分组信息和颜色与图2和图3相同。

2 系统代谢谱表明肠道菌群有效的利用黄酮类化合物

为了确定黄酮类化合物在大熊猫体内的吸收、分布和生物转化，对圈养个体（n = 44）的血浆样本进行分析，分析方法与“材料和方法”中描述的提取方法相同。在圈养组中，只有一小部分黄酮类进入血液（以叶子为食的CL，12个单体；在CS_Ⅰ的竹笋上，6个单体；在CS_II上，6个单体）（表S3）。主要为黄酮类化合物（如麦黄酮、川皮苷和桔皮素）和黄酮糖基化衍生物（如毛地黄黄酮的荭草苷和芹黄素的schaftoside；图2A，表S2）。

接下来，检测不同季节粪便中的黄酮类含量（野外组，WL：n=12，WS：n=10；圈养组，CL：n=28，CS_I：n=11；CS_II, 10）。对于这些膳食黄酮，70%以上的单体再次在粪便中检测到，进一步表明它们在大熊猫体内的吸收率较低，与血浆中的低检测率一致。部分黄酮类化合物在粪便中未检出（野生组；WL，9个单体；WS, 8个单体；圈养组；CL，8个单体；CS_I 6单体；CS_II，10个单体），表明饲料中部分黄酮类化合物得到充分利用（图2A）。粪便检测到的所有黄酮类，大约10%和30%以上的新黄酮类分别出现在食叶季节（WL，10/93；CL，10/97）和食笋季节（WS，23/64；CS_I，33/82；CS_II，32/6；图2A）。因此，这些结果对大熊猫体内黄酮类化合物的吸收和生物转化有如下的观点。由于食糜在胃肠道停留时间较短（5~11 h），天然形式粪便中膳食黄酮类化合物的检出率较高，表示膳食黄酮类化合物消化率较低。血浆中黄酮类化合物的低发现率表明，大熊猫饮食中的大部分黄酮类化合物不能通过血液循环进入血液，从而产生完整的生理效应。而其他已经完全代谢或新生成的单体则证实了黄酮类化合物被肠道微生物广泛利用和生物转化，黄酮类化合物通过与共生细菌相互作用在肠道内发挥局部作用。

然后，根据每一亚类/单体在食物与粪便中所占比例的变化，确定了大熊猫对黄酮类的利用偏好。在黄酮类水平上，粪便中黄酮醇的相对比例显著低于食物（P<0.05），而异黄酮和黄烷醇的相对比例显著低于食物（P<0.05；图2B）。由此可见，黄酮醇的吸收利用率高于其他亚类。在特定化合物中，通过比较食物和粪便，共鉴定出38个具有高吸收率的单体（表S4）。38个单体中有27个以糖基化形式存在，如水仙苷（3′-methylquercetin 3-O-rutinoside）、apigenin 6,8-C-diglucoside和金丝桃苷(quercetin 3-Dgalactoside)。3种黄酮醇单体，包括槲皮苷的2个衍生物（di-O-methylquercetin和quercetin 3-O-rutinoside）和丁香黄素的O-glycoside，在所有组的粪便中检测不到。结合亚类比例的变化，这些结果表明黄酮醇虽然更容易被吸收，但不进入循环。这些结果表明了大熊猫对黄酮类利用的偏好次序。黄酮醇含量最高；其次是黄酮、黄烷酮和查尔酮；异黄酮和黄烷醇偏好性最低。此外，我们推断黄酮醇主要是由肠道菌群利用生物转化而来。

图2 黄酮类化合物在大熊猫饮食、粪便和血浆中的整体分布及亚类在食物和粪便中的比例变化。A 上图为三种样本黄酮类维恩图。下图是黄酮类的条形图。柱状图上的每一个数字表示在相应样本中检测到的黄酮类的数量。当数字少于3时，没有给出数字。食物和粪便之间的数量是每个亚类中重叠黄酮类的数量。B 条形图上的数字代表了7个亚类的百分比。向上箭头和向下箭头分别表示粪便中所占百分比高于食物中所占百分比。***P< 0.001, **P < 0.01, *P < 0.05。

3 黄酮类化合物与肠道微生物种类的联系

整合了84个新的大熊猫粪便样本（26个来自野生大熊猫的样本和58个来自圈养大熊猫的样本）的宏基因组数据以及105个已公布的数据集（表S5），其中100个粪便样本根据采样地点和饮食组成分为四组（WL，n = 28；WS，n = 24；CL，n = 27；CS，n = 21）。以竹叶为食的大熊猫肠道基因丰富度（每个样本的基因数）显著低于以竹笋为食的大熊猫（WL vs. WS，CL vs. CS；图3A，B）。CS组的基因丰富度远高于WS组（P < 0.01，Wilcoxon秩和检验， FDR<0.05），但CL组的基因丰富度显著下降，与WL组无显著差异（Wilcoxon秩和检验，FDR > 0.05）。此外，还观察到在同一区域中存在更高的β多样性（Bray-Curtis距离），食笋季节性比食叶季节性（图3C）更具异质性，表明食笋季节性的群落结构更具异质性。通过宏基因组关联分析，发现野生组（共743,853个基因）和圈养组（共884,685个基因）中与季节性食物过渡相关的基因分别占12.77%和40.13%（P<0.01, Wilcoxon秩和检验，FDR<0.05）。与此结果一致，野生和圈养群体从食物竹笋转变到叶片，其肠道微生物变化的显著（图S1）。

为了在物种水平上探索肠道微生物系统的生物多样性，使用了1种基于宏基因组样本组合共丰度基因（CAG）的方法。总共144个宏基因组物种（MGS）含有> 700个基因（表S6）为生态细菌群落的基因组。野生种群中有61个MGS（厚壁菌门为优势菌门；WL，45；WS，54），圈养种群中有101个MSG（变形菌门和厚壁菌门为优势菌门；CL，31；CS，96）。尽管野生和圈养种群的肠道微生物群拥有不同的分类水平的菌群（图S2），从吃竹笋到吃竹叶，它们肠道菌群组成变化趋势相同。与基因水平结果一致，发现WL和CL中MGS的数量明显低于WS和CS（P<0.01，Wilcoxon秩和检验，FDR < 0.05；图3D和图S3）。此外，与野生环境中MGS丰富度的季节变化大于圈养环境。野生和圈养MGS季节性差异分别占MGS总数的37.70%（23/61）和77.23%（78/101）（图S4）。

然后，研究人员分析了宏基因组和代谢组之间的相关性。总的来说，协惯量分析（CoIA）显示代谢产物与变化的微生物物种密切相关（图3E，F）。总的来说，与非黄酮类化合物（NFCs）（图S7-S8）相比，黄酮类化合物表现出更显著的季节变化（图S5-S6）和与MGS更具有相关性。黄酮类化合物在较高的分类水平上选择性地促进特定的共生菌群，如门分类水平（图3G）。对于圈养大熊猫，相当大比例的属于变形菌门的微生物共生体可能具有较少的黄酮类转化潜力。因此，叶季黄酮类化合物摄入越多，肠道菌群产生的负面反应就越多。然而，野生大熊猫的肠道菌群大部分是厚壁菌门的成员，在食叶季节，厚壁菌门对丰富的黄酮类摄入反应更积极（图S7-S8）。

图3 肠道菌群节性变化和粪便代谢组与宏基因组之间的联系。比较竹叶季（WL，n=28；CL，n=27）和竹笋季（WS，n=24；CS，n=21）粪便样本的宏基因组数据。A 基于基因计数的稀疏曲线。B四组基因计数箱型图。C 在基因水平上，4组β-多样性（Bray-Curtis相似性指数）。D 四组MGS的箱形图。图B、C和D，采用双尾Wilcoxon秩和检验确定显著性。*P值< 0.05，***P值< 0.001。NS，差异不显著。粪便代谢物CoIA的前两个坐标轴（Axis1和Axis2）以及圈养（E）和野生（F）样本的所有CAGs图。共变异表明粪便代谢物与所有CAGs之间的季节性结构变化具有一致性。每个样本都用箭头表示。绿色和红色分别代表吃叶季节和吃笋季节。代谢组和宏基因组空间的样本投影分别用箭头的起点和终点表示。箭头的长度与这两个数据集的一致性成反比。G 粪便代谢产物（代表黄酮5个亚类的5个单体）与不同季节的MGS之间的相关网络。只考虑了显著的强相关性（ Spearman’s 秩相关：| r | > 0.6，P < 0.05）。红边和蓝边分别表示Spearman’s秩相关系数r > 0.6和 r < -0.6。每个物种名称旁边括号中的数字代表MGS中的基因数量。

4 食物中黄酮类化合物可诱导肠道菌群的季节性变化

虽然圈养大熊猫的肠道菌群在多因素效应上与野生种群存在较大差异，但在吃笋阶段，野生种群和圈养种群的肠道菌群在基因丰富度和 MGS水平上均表现出较高的多样性（图3B-D）。除了野生环境和人工环境的差异外，竹叶对细菌的广泛清除有重要的影响因素。基于黄酮类化合物与肠道微生物种类的广泛联系，利用粪便细菌体外培养测试黄酮类化合物的影响。黄酮类化合物诱导的体外微生物变化证明了黄酮类化合物对肠道微生物组成的影响，并在组学水平上证实了黄酮类化合物与MGS之间的关系（图4A，B）。例如，与竹笋期相比，竹叶期Clostridium sensu stricto 1在野生大熊猫肠道的丰度更高。3个OTUs属于Clostridium sensu stricto 1（包括OTU85、OTU60、OTU14）在黄酮类组显著富集。此外，2种属于Cellulosilyticum的OTUs（包括OTU83和OTU84）也在添加的在黄酮类组显著富集。Clostridium sensu stricto 1 和 Cellulosilyticum都属于厚壁菌门。以组学为基础，在离体培养中，添加类黄酮也显示出一致的变化。例如，属于Cellulosilyticum的CAG00054与黄酮类化合物呈正相关。与Cellulosilyticum的变化相反，添加黄酮类化合物可抑制Bacillus（OTU9）和Enterococcus（OTU35）。关联分析还发现CAG00082（Bacillus）与黄酮类呈负相关（图4B）。总之，这些数据表明，竹子黄酮类化合物在塑造肠道微生物群落的季节组成方面具有重要作用。

图4 添加黄酮对体外培养粪便菌群组成的影响。A处理组（黄酮类化合物）和对照组在属分类水平上的菌群差异（线性判别分析（LDA）评分> 2）。B黄酮类组和对照组之间的OTU差异。

5 粪便菌群具有参与黄酮类生物转化的酶

鉴于黄酮类化合物对肠道菌群组成的影响，推测肠道菌群可能有助于大熊猫对黄酮类化合物的利用和生物转化。根据京都基因和基因组百科全书（KEGG）数据库对所有基因进行注释，以阐明黄酮类利用和转化中的微生物功能。首先，集中在那些充分利用的单体上（见上图和图2A）。芦丁在竹叶和竹笋中都存在，但在血液和粪便中始终不存在。芦丁由鼠李糖和葡萄糖组成的二糖、槲皮素和芦丁糖组成的黄酮醇糖苷（图5A）。我们在所有类群的样品中发现了2种酶，即α-L-rhamnosidase（EC 3.2.1.40）和β-葡萄糖苷酶（EC3.2.1.21），涉及芦丁转化的2个关键步骤。α-L-rhamnosidase特异性裂解末端α-L-rhamnose，然后是β-葡萄糖苷酶裂解葡萄糖（图5A）。因此，芦丁的高利用率）在很大程度上归因于微生物酶。这些酶还催化CL、WS和CS_II组中7-O-rutinoside完全降解。

除上述2种酶外，大熊猫肠道菌群中还存在其他糖苷水解酶，包括α-半乳糖苷酶（EC 3.2.1.22）、β半乳糖苷酶（EC 3.2.1.23）、α-葡萄糖苷酶（EC 3.2.1.20）和甘露寡糖葡萄糖苷酶（EC 3.2.1.106）。这些酶可能有助于27个糖基类黄酮的高利用率，并显著降低其从饮食到粪便的百分比。随着微生物的广泛参与，膳食中的黄酮类化合物被脱糖基化为苷元和单糖化合物（图5B）。例如，金丝桃苷（quercetin 3-D-galactoside）可以被β-半乳糖苷酶水解，释放半乳糖（图5B）。

图5 参与类黄酮转化的肠道微生物途径。A肠道微生物酶对芦丁的微生物转化。B微生物糖苷水解酶对黄酮类化合物的脱糖基化作用。不同糖基的膳食类黄酮及其相关的糖苷水解酶被分为四个格子。虚线和实线分别表示单糖和苷元。

6 季节性肠道菌群的功能显示，黄酮类化合物可降低微生物毒性因子

由于某些类黄酮已被证明可以通过直接抑菌作用抑制肠道致病菌的毒力因子（VFs），并干扰“群体感应”（QS），进一步确定在膳食黄酮类化合物的推动下，肠道微生物生态系统的稳态是否随季节变化而波动。重点研究了微生物VFs和VFs相关的QS途径。共鉴定了194个涉及QS通路的KOs。大多数季节性差异KOs（野生组25个KOs中有19个，圈养组65个KOs中有57个）在食笋季节的丰度远高于食叶季节（P < 0.01，Wilcoxon秩和检验，FDR<0.05；图6A）。例如，岩藻糖传感系统FusKR是一种双组分信号转导系统，它是肠出血性大肠杆菌（EHEC）病原体定植所必需的，并调节EHEC的毒力基因表达。在此，组氨酸传感器激酶（FusK）和反应调节剂（FusR）在食笋季节表现出更高的丰度（图S9、K20263和K20264）。BapA（K20276）是形成生物膜所需的一种大型分泌蛋白，可促进生物膜的形成和致病性沙门氏菌的入侵。因此，食笋季节QS相关基因的丰度较高，表明大熊猫食用竹笋时肠道微环境中的病原菌较多。

接下来，将非冗余基因目录注释到毒力因子数据库（VFDB，http://www.mgc.ac.cn/VFs/）。共有4501个基因被注释为647个VFs（其中186个来自核心数据集，461个来自预测数据集），这很好地区分了所有样本之间的季节差异（图6B）。在圈养大熊猫样本中检测到的VFs相关基因明显多于野生大熊猫样本（图6C和图S10A）。在野外和圈养环境中分别获得了96个和299个季节性差异VFs（P<0.01，Wilcoxon秩和检验，FDR<0.05）。与QS途径中的KO丰度一致，十分之九的VFs在食笋季节比食叶季节更为丰富（图6D和图S10B，C）。此外，野生环境（P = 0.0013）和圈养环境（P<2e−16）中VFS相关基因的数量与MGS丰富度显著相关（图6C）。综上所述，在吃叶季节，较高的黄酮类摄入量可以通过调节肠道菌群的组成，为宿主的肠道健康带来好处，因此整个肠道菌群中的微生物VFs下调。

图6 微生物毒力因子的季节变化。A 与QS相关的季节性差异基因分布。在食叶季节（WL和CL）和茎食季（WS和CS）中有较高丰度的基因。B 基于所有毒力因子（VF）相关基因的PCA图。C VFs基因丰富度与MGS数量呈显著正相关。对每个样本的VFs相关基因数量和MGS数量进行线性拟合显示具有正相关性（野生组：P = 0.0013**, 圈养组：P < 2e− 16***, **P < 0.01, ***P < 0.001）。D 不同季节的热图。为了清晰起见，只显示野生和圈养样本共享的差异VFs。

讨论

大熊猫是生物多样性保护的旗舰物种。利用代谢组学和宏基因组学方法，通过揭示PSM和肠道微生物组之间的相互作用，扩展了关于大熊猫营养生态学的知识的广度和深度。广泛定位的代谢组学分析表明，野生和圈养大熊猫的膳食竹子中含有不同的黄酮类单体，表明大熊猫摄入的黄酮类的种类/数量高于已知水平。

这是第一个量化大熊猫血液中有益PSM相对丰度的研究。与人类和其他实验动物模型不同，大熊猫有独特的进食行为。它每天花一半的时间进食，在夜间驶入竹子的数量与白天相同。基于这些特定的日常活动节奏，数据反映了循环系统中黄酮类的正常存在。进入血液循环的11个单体可能到达其靶器官，并对大熊猫产生直接影响。例如，东方素、桂皮素和橘皮素具有心血管保护作用。荭草苷可通过抑制小鼠血管通透性、细胞粘附分子的表达、白细胞的粘附和迁移，从而保护血管屏障的完整性。桂皮素和橘皮素均为抑制血小板功能的抗血栓药物。研究人员怀疑这些有益的影响对大熊猫的健康维持是非常重要的。虽然，尚难以证实黄酮类化合物在大熊猫生理维持中的药用作用，但膳食黄酮类化合物对哺乳动物心血管系统的作用机制值得进一步研究。

除有文献记载的大熊猫肠道菌群对大熊猫的影响外，粪便中的黄酮类指标表明，黄酮类肯定会经历广泛的微生物降解和生物转化。粪便代谢组和粪便宏基因组共同证明了微生物对黄酮类化合物代谢和生物转化的贡献。在代谢组水平上，不同亚类甚至特定单体对竹类黄酮的吸收和生物转化程度不同。二是粪便中未检出部分膳食黄酮类，粪便中存在新生成的单体。例如，黄酮醇的使用率高于其他子类；然而，血液中不存在特定的单体。芦丁是槲皮素最普遍的糖苷形式，野生和圈养大熊猫的饮食中都含有芦丁。然而，它被完全代谢，因此在所有五组的粪便中都检测不到，并且产生了它的苷元。在宏基因组水平上，参与糖基黄酮水解的关键酶也存在。如α-L-rhamnosidase和β葡萄糖苷酶在rhamnoglycosides的代谢和药理作用中均起重要作用。在大鼠结肠炎的实验模型中，芦丁具有肠道抗炎作用，这种作用很大程度上依赖于槲皮素（糖苷配基）的释放。也就是说，与糖基化形式相比，槲皮素的生物活性更有效。根据这一原理，肠道菌群有助于大熊猫对饲粮中芦丁的优先利用，使宿主最大限度地提取食物中有益元素。因此，黄酮类化合物不仅为肠道微生物提供底物（碳源），而且还提供更容易被宿主吸收的微生物产物，如苷元、单糖等。

到目前为止，各种哺乳动物肠道微生物群的形成机制还很复杂，涉及到许多生态和环境因素，以及宿主本身。在本研究中，圈养种群的肠道微生物多样性远高于野生种群。研究人员怀疑圈养环境与野生环境完全不同（如海拔、温度、食物资源，特别是人类活动），前者比野生环境复杂得多。此外，圈养环境中的竹子（包括竹笋和竹叶）不如野生食物新鲜，因为它们总是至少提前一天被运到基地，在此期间，许多细菌从人工环境传播到食物中。

在种间/系统发育尺度和种间尺度上，食物是驱动肠道微生物组成及其功能变化的众所周知的因素之一。例如，以竹子为食的大熊猫体内有一种类似食肉动物的肠道微生物群，这与其他物种多样性较低的哺乳动物食草动物明显不同。同时，其肠道微生物群显示出明显的食物相关季节变化。关于野生动物的微生物群如何对饮食元素做出反应以及这些动物如何实现最佳利用食物的研究是非常有必要的。由于大熊猫的隐居性和获取生物样本的难度，迄今为止，大熊猫的宏基因组数据有限，没有特定的食物元素与肠道微生物群落的纵向动态甚至特定的细菌类群相关联。膳食黄酮类与微生物群落的组装密切相关。基于代谢组的结果，黄酮类化合物的粪便细菌体外培养证明，黄酮类化合物的季节性差异摄入塑造了肠道菌群的季节性组成，是食物中的重要驱动力。在吃叶季节，肠道菌群接触到更多种类和丰富的黄酮类。黄酮类化合物是众所周知的抗菌PMS，因为它们可以通过多种方式杀死或抑制细菌细胞，如通过破坏细胞膜和抑制核酸合成，以及通过抑制细菌毒力。当大熊猫以高黄酮竹叶为食时，其肠道微生物群的基因和物种多样性较低。也就是说，许多处于食笋期的物种对黄酮类非常敏感，而那些处于食叶期的物种具有更大的类黄酮转化潜力。以往的研究表明，肠道微生物在黄酮类化合物的生物转化中起着关键作用；然而，细菌种类选择的随意性、培养依赖性以及黄酮类化合物的商业可用性使得很难揭示黄酮类化合物与肠道微生物群落之间的一般相关性。在此，野生和圈养大熊猫的微生物群在门分类水平上具有不同的微生物群落结构。综合分析表明，黄酮类的抗菌特性可能会抑制变形菌门的微生物，而黄酮类中的特定营养物质则选择性地有利于更多的厚壁菌门的成员。

除了黄酮类化合物对肠道微生物群落组成的影响外，还发现黄酮类化合物对微生物群落功能的有益影响。在野外，从9月到4月，大熊猫每年有8个月以竹叶为食。在此期间，大熊猫维持基本代谢和有效免疫功能以及正常繁殖（交配和出生）所需的所有营养和能量都来自B. fargesii的叶子。也就是说，与食笋阶段相比，食叶阶段的肠道微生物群落多样性较低，但对大熊猫来说仍然更健康。据报道，与食叶季节相比，食叶季节圈养的大熊猫体内的酮体、乳酸、尿素、血尿素氮和肌酐水平以及白细胞和中性粒细胞水平较高，这表明食叶季节存在潜在的炎症反应。食叶季节的毒力因子丰度低于食笋季节，这表明这种炎症可能是由肠道微生物病原体引起的。因此，竹笋可以补偿主要的大量营养素，特别是在能量密集型交配季节之后对蛋白质的迫切需要。然而，它也为机会性病原体提供了更多的微生态位。与先前的报告一致，圈养大熊猫遇到的VFs比野生大熊猫多，而且圈养种群在两个季节之间VFs的差异更为明显。因此，在食叶期摄入较高类黄酮的VFs丰度降低表明，竹叶可以作为大量营养素的重要来源，如必需蛋白质，也可以作为大熊猫的药物，如黄酮类，通过针对肠道微生物群落发挥有益作用。由于许多临床病原体对大熊猫种群的健康构成威胁，竹叶中的多种黄酮类化合物可能是对抗病原体的候选拮抗剂。

结论

综上所述，此研究结果概述了黄酮类代谢谱，揭示了黄酮类与肠道菌群之间的相互作用，通过塑造菌群结构，在宿主的健康维护中发挥了重要作用。本研究提示在野生动物的保护管理中，膳食黄酮类可以作为益生元。

原文链接：https://doi.org/10.1186/s40168-021-01142-6‍