中草藥及提取物調控瘤胃菌群的代謝組學研究
4中草藥及提取物調控瘤胃菌群的代謝組學研究
中草藥活性成分必須經過胃腸道菌群的轉化后才能在體內發揮其藥效。同樣，中草藥也能調節胃腸道菌群，影響脂肪、糖類和氨基酸代謝，進而影響機體功能。
4.1清熱解毒類中草藥調控瘤胃菌群代謝組學研究
清熱解毒類中草藥廣泛用于治療熱毒證，研究顯示它們可能通過改變瘤胃微生物代謝對動物產生正面效果。研究表明，在基礎飼糧中添加薄荷能顯著改變綿羊瘤胃微生物菌群的組成，使育肥羊瘤胃中105種代謝物的含量發生顯著變化，這些變化主要富集在嘧啶代謝和牛磺酸代謝途徑中。瘤胃微生物中約20%的氮來源于嘌呤和嘧啶的代謝，牛磺酸能增強胃腸道中脂質的消化和吸收，并表現出顯著的抗炎和抗氧化作用。
另有研究表明，在育肥羊的基礎飼糧中添加板藍根能夠顯著改變瘤胃菌群的組成和數量，使瘤胃中164種代謝物的含量發生顯著變化。這些變化主要涉及硫胺素代謝，煙酸鹽代謝，煙酰胺代謝，維生素B6代謝，色氨酸代謝以及牛磺酸、半胱氨酸和蛋氨酸代謝途徑。硫胺素是葡萄糖代謝中共羧化酶的重要組成部分，主要維持碳水化合物的正常代謝。煙酸和煙酰胺是維生素B家族的2個重要成員，在糖、蛋白質和脂肪的代謝中發揮重要作用。
蒲公英可使泌乳奶牛瘤胃菌群發生明顯變化，顯著提高瘤胃D-葡萄糖、血清素、5-磷酸核酮糖和D-甘油酸含量，這些代謝物主要富集在淀粉和蔗糖代謝、磷酸戊糖途徑、色氨酸代謝和甘油脂代謝中。核酮糖-5-磷酸和D-甘油酸是磷酸戊糖途徑(PPP)的關鍵組成部分，PPP是糖酵解的主要分支，能提供還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)，對清除活性氧和合成脂肪酸至關重要，可促進瘤胃微生物生長并抑制氫化反應。D-葡萄糖是淀粉和蔗糖代謝的關鍵產物，它不僅是糖酵解的原料，還能進入三羧酸循環，為細胞代謝提供能量。
水飛薊素可降低瘤胃中產甲烷相關菌群的豐度，提高瘤胃2-苯乙酰胺、根皮苷、Dalspinin、N6-(1，2-二羧乙基)-腺嘌呤核苷一磷酸(AMP)、5，6，7，8-四氫甲蝶呤、還原型黃素單核苷酸(FMNH)、吡哆醇5'-磷酸、水飛薊苷和β-D-果糖6-磷酸含量，影響苯丙氨酸代謝、類黃酮生物合成和葉酸生物合成途。
4.2健脾益氣類中草藥調控瘤胃菌群的代謝組學研究
健脾益氣類中草藥主要用于治療脾胃虛弱、消化不良、食欲不振等癥。它們能夠增強脾胃功能，促進消化吸收，提高體內能量水平。相關研究表明，健脾益氣類中藥可通過影響瘤胃微生物的代謝對動物的機體產生積極影響。
黃芪可顯著增加瘤胃溶纖維丁酸弧菌(Butyrivibrio fibrisolvens)、黃色瘤胃球菌(Ruminococcus flavefaciens)及溶糊精琥珀酸弧菌(Succinivibrio dextrinosolvens)等的豐度。在脂質代謝中，不飽和脂肪酸生物合成、花生四烯酸代謝以及脂肪酸生物合成途徑的關鍵代謝物含量均有所上調。同時，在氨基酸代謝中，甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸代謝以及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成途徑的關鍵代謝物含量也顯著上調。
菊芋多糖具有降低胃腸道微生物豐度與多樣性的作用，能夠使瘤胃中的優勢菌群得到生長，顯著降低瘤胃中放線菌門(Actinobacteria)豐度，增加了瘤胃螺旋體門(Spirochaetes)豐度，降低瘤胃放線菌門與瘤胃螺旋體門的比值。同時上調瘤胃中精氨酸生物合成和嘧啶代謝等通路代謝物含量，有利于生長發育、提高肉品質、降低脂肪沉積。
4.3疏肝理氣類中草藥調控瘤胃菌群的代謝組學研究
疏肝理氣類中草藥主要用于治療動物肝氣郁結所致的多種癥狀，常見的疏肝理氣類中草藥包括柴胡、陳皮、益母草等，研究發現此類中草藥也能影響瘤胃微生物代謝功能。
柴胡中含有柴胡皂苷，柴胡皂苷有明顯的中樞抑制、抗炎、降低血漿中膽固醇和甘油三酯等作用。柴胡皂苷在調節犢牛瘤胃微生物群落和代謝物方面效果突出，可以通過上調普雷沃氏菌屬1(Prevotella1)、普雷沃氏菌科YAB2003組(Prevotellaceae_YAB2003_group)豐度，下調拉克諾氏菌科NK3A20組(Lachnospiraceae_NK3A20_group)豐度，降低瘤胃雌二醇和大豆苷元和增加角鯊烯的含量來改變犢牛瘤胃脂質代謝。
花椒性溫，能夠溫暖脾胃，促進胃腸功能。研究表明，花椒精油能顯著改變雄性雜交小尾寒羊羔羊瘤胃酶活性、瘤胃微生物菌群及其代謝物，發生顯著變化的58種代謝物主要富集于甘油磷脂代謝和蛋白質消化吸收等代謝途徑。
陳皮中含有大量的柑橘黃酮，柑橘黃酮可使奶牛瘤胃偽丁酸弧菌屬(Pseudobutyrivibrio)、丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)、硒單胞菌屬(Selenomonas)和普雷沃氏菌科UCG-004(Prevotellaceae_UCG-004)豐度顯著增加，Metanobrevibate豐度顯著降低，同時上調了丙酮酸代謝途徑中代謝物的含量。這提示柑橘黃酮可通過調節奶牛瘤胃相關菌群的豐度增強對碳水化合物的降解能力。
大蒜含有大蒜素，以其抗菌特性而聞名。苦橙提取物是來自陳皮的類黃酮，具有抗氧化、抗菌和抗炎的特性。大蒜粉和苦橙提取物組成的飼料添加劑Mootral抑制了奶牛瘤胃中多種脂肪酸、苯酚衍生物和植物衍生化合物的產生，同時改變了碳水化合物的代謝。
5小結與展望
代謝組學在研究中草藥如何調節瘤胃微生物代謝方面發揮著至關重要的作用，不僅揭示了中草藥的活性成分，還能精確地分析瘤胃液中代謝產物含量的變動。代謝組學的快速發展解決了許多傳統生物學方法難以攻克的難題，促進了對中草藥作用機制的深入探索。
隨著中草藥研究的深入和代謝組學技術的進步，傳統分析技術在樣本制備過程中往往需要進行切割和染色等處理，這些步驟可能會破壞組織的原始結構和形態，從而難以精確描繪中草藥活性成分及其代謝物在組織內的分布。此外，在研究瘤胃菌群及其功能時，盡管代謝組學技術常與16S rRNA技術結合使用，但與其他技術如宏基因組學、轉錄組學和蛋白質組學的聯合應用相對較少，這限制了對奶牛瘤胃菌群研究的全面性和深度。因此，傳統的色譜-質譜聯用技術已無法滿足對中草藥在動物體內各組織中活性成分釋放和代謝研究的需求。
目前，關于中草藥與微生物群落相互作用的研究尚處于初級階段，與此同時，色譜和質譜等分析技術與平臺也在持續完善之中。例如，隨著分子原位成像技術的發展，空間代謝組學等新興技術正在不斷涌現。代謝組學正朝著更高通量、更便捷、更準確、更低成本的方向發展。借助多種技術平臺的聯合應用，有助于更深入探究中草藥成分、瘤胃微生物群落及其代謝產物之間的關系。
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