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果胶是一种结构复杂的酸性杂多糖，主要包含了三种结构域：均聚半乳糖醛酸聚糖(Homogalacturon,HG)、鼠李半乳糖醛酸聚糖I(Rhamnogalacturonan-I,RG-Ⅰ)和鼠李半乳糖醛酸聚糖Ⅱ(Rhamnogalacturonan-II,RG-Ⅱ)。商业生产中为了获得质量统一的果胶，生产者通常采用高温强酸的提取条件处理原料，得到的商品果胶通常是以HG结构域为主的，RG-Ⅰ结构域在该条件下受到破坏。而近年来大量研究表明，RG-Ⅰ型果胶具有更好的体外益生、免疫调节、抗癌转移以及调节慢性代谢疾病等生物活性。鉴于RG-Ⅰ型果胶在上消化道的不消化特性，其在宿主体内被肠道微生物发酵的特征及发挥生物活性的途径与RG-Ⅰ含量、中性糖含量、分子量、侧链长度及侧链连接方式等的相关性仍亟待研究。本课题组前期研究采用绿色回收工艺，从柑橘罐头加工水中回收得到了一种以RG-Ⅰ结构域为主的柑橘囊衣果胶(WRP)。因此，本研究以WRP为原料，研究其化学结构及生物活性：基于肠道微生物调节、代谢产物SCFAs变化及能量代谢调节三个方面，探究其对健康小鼠的肠道益生作用和对高脂膳食（HFD）诱导肥胖小鼠的肥胖抑制效果。本研究既可以提高柑橘加工业中废弃物的附加值，有利于环境保护，也可以为RG-Ⅰ型果胶在宿主体内的酵解特征及对肠道微生物的调节作用提供科学依据。主要研究内容和结论如下：
（1）RG-Ⅰ型柑橘囊衣果胶的制备及其结构表征
以柑橘加工水中回收得到的RG-Ⅰ型柑橘囊衣果胶（WRP）为原料，采用自由基降解体系制备分子量较小的RG-Ⅰ型果胶（DWRP），并以商品果胶（CP）为对照，通过单糖组成分析、分子量测定、傅里叶红外变换光谱分析、一维氢谱核磁共振（1H NMR）分析，对三种果胶的初级结构进行表征；通过SEC-MALLS-RI分析、原子力显微镜分析对三种果胶的高级结构进行表征（链形态及链构象）。
结果表明，三种果胶的结构特征分别为：CP是直链结构为主的大分子量（Mw:492.6kDa）HG型果胶（RG-Ⅰ摩尔百分含量：35.77％）；WRP是具有高度分支链状结构的大分子量（Mw:531.5kDa）RG-Ⅰ型果胶（RG-Ⅰ摩尔百分含量：70.44％）；DWRP是具有较少分支的小分子量（Mw:12.1kDa）RG-Ⅰ型果胶（RG-Ⅰ摩尔百分含量：56.29％）。
（2）基于健康小鼠模型的RG-Ⅰ型柑橘囊衣果胶的肠道益生效果研究
将上述3种具有不同结构特征的果胶分别对普通饲料饲养的健康C57BL/6J小鼠进行膳食干预。试验9周之后，观察小鼠体态等表观指标变化情况，并通过气相色谱法测定小鼠盲肠及结肠内容物中的短链脂肪酸（SCFAs）含量变化，同时采用Illumina Miseq PE250高通量测序平台对小鼠盲肠菌群进行16S rDNA测序，并对测序数据进行生物信息学分析。
结果表明，高RG-Ⅰ含量和低分子量能促进果胶的肠道益生效果。DWRP能显著（p＜0.05）促进小鼠盲肠菌群中乳酸菌（Lactobacillus）、双歧杆菌（Bifidobacterium）等益生菌丰度，同时也显著（p＜0.05）促进多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）及粪杆菌属（Faecalibaculum）的丰度，前者是RG-Ⅰ降解菌，后者是丁酸产生菌，均能对肠道健康微生物构成产生积极影响。而WRP干预小鼠的盲肠优势菌主要是瘤胃球菌属（Ruminococcus）和丁酸梭菌属（Butyricicoccus）等瘤胃菌科（Ruminococcaceae family）下的短链脂肪酸（SCFAs）发酵菌。此外，通过不同组间小鼠盲肠与结肠部位的SCFAs含量对比，推测HG型果胶的发酵场所主要是盲肠，而RG-Ⅰ型果胶未能完全被盲肠微生物发酵。
(3)基于HFD诱导肥胖小鼠模型的RG-Ⅰ型柑橘囊衣果胶的肥胖抑制效果研究
将上述3种果胶分别以100mg/kg?d的剂量对HFD诱导肥胖C57BL/6J小鼠进行膳食干预8周，通过肥胖相关生化指标测定、组织切片、免疫组化、qRT-PCR及高通量测序技术，研究不同结构特征果胶的肥胖抑制效果。
结果表明，高RG-Ⅰ含量和高分子量的WRP具有最显著的肥胖抑制效果，且是通过肠道菌群结构调节和促进白色脂肪棕色化两个方面共同完成的。高度分支链状结构和大分子量使WRP作为结构更复杂的底物被多种微生物酵解利用，从而促进富集肥胖负相关优势菌的互利共生。一方面，WRP能改善HFD膳食引起的肠道菌群紊乱：显著（p＜0.05）提高肠道菌群的多样性和丰富度；降低F/B比值至正常水平；促进肥胖负相关微生物Roseburia、Barnesiella、Butyrivibrio和Clostridium IV等的丰度；降低被HFD富集的有害微生物如Acetatifactor、Olsenella等。另一方面，WRP能上调UCP1蛋白及相关产热基因和棕色化标志物基因表达，促进iWAT棕色化以促进产热、增加能量消耗从而减少iWAT中脂肪的累积。
（1）RG-Ⅰ型柑橘囊衣果胶的制备及其结构表征
以柑橘加工水中回收得到的RG-Ⅰ型柑橘囊衣果胶（WRP）为原料，采用自由基降解体系制备分子量较小的RG-Ⅰ型果胶（DWRP），并以商品果胶（CP）为对照，通过单糖组成分析、分子量测定、傅里叶红外变换光谱分析、一维氢谱核磁共振（1H NMR）分析，对三种果胶的初级结构进行表征；通过SEC-MALLS-RI分析、原子力显微镜分析对三种果胶的高级结构进行表征（链形态及链构象）。
结果表明，三种果胶的结构特征分别为：CP是直链结构为主的大分子量（Mw:492.6kDa）HG型果胶（RG-Ⅰ摩尔百分含量：35.77％）；WRP是具有高度分支链状结构的大分子量（Mw:531.5kDa）RG-Ⅰ型果胶（RG-Ⅰ摩尔百分含量：70.44％）；DWRP是具有较少分支的小分子量（Mw:12.1kDa）RG-Ⅰ型果胶（RG-Ⅰ摩尔百分含量：56.29％）。
（2）基于健康小鼠模型的RG-Ⅰ型柑橘囊衣果胶的肠道益生效果研究
将上述3种具有不同结构特征的果胶分别对普通饲料饲养的健康C57BL/6J小鼠进行膳食干预。试验9周之后，观察小鼠体态等表观指标变化情况，并通过气相色谱法测定小鼠盲肠及结肠内容物中的短链脂肪酸（SCFAs）含量变化，同时采用Illumina Miseq PE250高通量测序平台对小鼠盲肠菌群进行16S rDNA测序，并对测序数据进行生物信息学分析。
结果表明，高RG-Ⅰ含量和低分子量能促进果胶的肠道益生效果。DWRP能显著（p＜0.05）促进小鼠盲肠菌群中乳酸菌（Lactobacillus）、双歧杆菌（Bifidobacterium）等益生菌丰度，同时也显著（p＜0.05）促进多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）及粪杆菌属（Faecalibaculum）的丰度，前者是RG-Ⅰ降解菌，后者是丁酸产生菌，均能对肠道健康微生物构成产生积极影响。而WRP干预小鼠的盲肠优势菌主要是瘤胃球菌属（Ruminococcus）和丁酸梭菌属（Butyricicoccus）等瘤胃菌科（Ruminococcaceae family）下的短链脂肪酸（SCFAs）发酵菌。此外，通过不同组间小鼠盲肠与结肠部位的SCFAs含量对比，推测HG型果胶的发酵场所主要是盲肠，而RG-Ⅰ型果胶未能完全被盲肠微生物发酵。
(3)基于HFD诱导肥胖小鼠模型的RG-Ⅰ型柑橘囊衣果胶的肥胖抑制效果研究
将上述3种果胶分别以100mg/kg?d的剂量对HFD诱导肥胖C57BL/6J小鼠进行膳食干预8周，通过肥胖相关生化指标测定、组织切片、免疫组化、qRT-PCR及高通量测序技术，研究不同结构特征果胶的肥胖抑制效果。
结果表明，高RG-Ⅰ含量和高分子量的WRP具有最显著的肥胖抑制效果，且是通过肠道菌群结构调节和促进白色脂肪棕色化两个方面共同完成的。高度分支链状结构和大分子量使WRP作为结构更复杂的底物被多种微生物酵解利用，从而促进富集肥胖负相关优势菌的互利共生。一方面，WRP能改善HFD膳食引起的肠道菌群紊乱：显著（p＜0.05）提高肠道菌群的多样性和丰富度；降低F/B比值至正常水平；促进肥胖负相关微生物Roseburia、Barnesiella、Butyrivibrio和Clostridium IV等的丰度；降低被HFD富集的有害微生物如Acetatifactor、Olsenella等。另一方面，WRP能上调UCP1蛋白及相关产热基因和棕色化标志物基因表达，促进iWAT棕色化以促进产热、增加能量消耗从而减少iWAT中脂肪的累积。