中国农业大学动科学院胡永飞教授团队合作揭示贝莱斯芽孢杆菌新型胞外甘露聚糖调控宿主脂质代谢

近日，中国农业大学动物科学技术学院胡永飞教授团队与中国医学科学院医药生物技术研究所郭正彦研究员团队合作，在国际权威期刊Carbohydrate Polymers 发表了题为《一种来自贝莱斯芽孢杆菌的新型胞外甘露聚糖通过调控肠道菌群改善代谢相关脂肪性肝病》（A novel extracellular mannan from Bacillus velezensis ameliorates metabolic-associated fatty liver disease by modulating gut microbiota in mice model）的研究论文。该研究揭示了一种来自我国地方鸡种肠道的Bacillus velezensis （贝莱斯芽孢杆菌）CGMCC 24752分泌的新型胞外甘露聚糖（BVP1）能够调控宿主肠道菌群而显著改善代谢相关脂肪性肝病（MAFLD）。该研究不仅揭示了“细菌胞外多糖-肠道菌群-肝脏”对话的新机制，更为贝莱斯芽孢杆菌的益生特性提供了新的见解。

贝莱斯芽孢杆菌是近年来出现的优秀益生菌，因高产酶、高抗逆性、广谱抗菌等而受到广泛关注。胡永飞教授团队长期从事家禽肠道微生物研究工作，建立了规模化的鸡肠道微生物菌种资源库和基因组与基因集数据库（Feng Y. et al.，Communications Biology，2021；https://nmdc.cn/icrggc/）。通过比较分析多株贝莱斯芽孢杆菌分离株，发现菌株CML532（保藏号：CGMCC 24752）具有最高的产酶、耐胆盐和抗菌活性；日粮添加贝莱斯芽孢杆菌CML532显著提高肉鸡生长性能和肠道健康（A La Teng Zhu La. et al.，Microorganisms，2024）。研究中发现，菌株CML532的另一特征是高产胞外多糖。大量研究表明，细菌胞外多糖作为后生元之一，具有调控宿主免疫、代谢，抗炎、抗氧化等多种生物学活性。

为揭示菌株CML532胞外多糖的结构和功能，本研究从其发酵上清液中提取并纯化出一种新型胞外多糖，命名为BVP1；经单糖组成分析、甲基化分析和核磁共振分析确认BVP1为结构独特的中性α-甘露聚糖，主链由1,2,6连接的α-D-甘露糖残基组成，支链则包含T连接、1,2连接、1,3连接的α-D-甘露糖残基，具有较高的均一性与结构稳定性。功能研究表明，BVP1可显著改善由高脂饮食诱导的肥胖、胰岛素抵抗和肝脏脂肪沉积，减轻肝组织炎症并提高机体抗氧化能力。单细胞核RNA测序（snRNA-seq）分析发现，BVP1可靶向恢复肝脏非实质细胞（如肝窦内皮细胞、星状细胞和巨噬细胞）中脂代谢相关基因的表达失衡，降低脂肪合成相关基因 Acsl1 的表达，同时增强脂质降解相关基因 Cps1 的表达。肠道菌群分析结果显示，BVP1显著提高了肠道有益菌及与其相关的水杨酸、精胺等有益代谢产物的丰度。粪菌移植实验进一步证实，BVP1对肝脏的保护作用主要是通过肠道菌群介导的肠-肝轴机制实现（图1）。

图1 肠道微生物介导贝莱斯芽孢杆菌胞外多糖BVP1调控机体脂质代谢

本研究揭示了贝莱斯芽孢杆菌CML532（CGMCC 24752）分泌的一种新型胞外多糖BVP1的结构和功能；BVP1有望成为调控机体脂质代谢的新的功能性食物添加剂或潜在治疗手段，在人类及动物营养、功能性食品及饲料添加剂开发等领域具有广阔的应用前景。 

中国农业大学为该论文的第一完成单位，动科学院博士后杨新月和中国医学科学院医药生物技术研究所助理研究员李书芬为论文共同第一作者，胡永飞教授与郭正彦研究员为论文共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金项目（32402778和32372824），国家重点研发计划（2022YFA1304201），山东省重点研发计划（2023TZXD037和2024TZXD026），中国农业大学2115人才培育发展计划等项目的资助。