中草药及提取物调控瘤胃菌群的代谢组学研究
4中草药及提取物调控瘤胃菌群的代谢组学研究
中草药活性成分必须经过胃肠道菌群的转化后才能在体内发挥其药效。同样，中草药也能调节胃肠道菌群，影响脂肪、糖类和氨基酸代谢，进而影响机体功能。
4.1清热解毒类中草药调控瘤胃菌群代谢组学研究
清热解毒类中草药广泛用于治疗热毒证，研究显示它们可能通过改变瘤胃微生物代谢对动物产生正面效果。研究表明，在基础饲粮中添加薄荷能显著改变绵羊瘤胃微生物菌群的组成，使育肥羊瘤胃中105种代谢物的含量发生显著变化，这些变化主要富集在嘧啶代谢和牛磺酸代谢途径中。瘤胃微生物中约20%的氮来源于嘌呤和嘧啶的代谢，牛磺酸能增强胃肠道中脂质的消化和吸收，并表现出显著的抗炎和抗氧化作用。
另有研究表明，在育肥羊的基础饲粮中添加板蓝根能够显著改变瘤胃菌群的组成和数量，使瘤胃中164种代谢物的含量发生显著变化。这些变化主要涉及硫胺素代谢，烟酸盐代谢，烟酰胺代谢，维生素B6代谢，色氨酸代谢以及牛磺酸、半胱氨酸和蛋氨酸代谢途径。硫胺素是葡萄糖代谢中共羧化酶的重要组成部分，主要维持碳水化合物的正常代谢。烟酸和烟酰胺是维生素B家族的2个重要成员，在糖、蛋白质和脂肪的代谢中发挥重要作用。
蒲公英可使泌乳奶牛瘤胃菌群发生明显变化，显著提高瘤胃D-葡萄糖、血清素、5-磷酸核酮糖和D-甘油酸含量，这些代谢物主要富集在淀粉和蔗糖代谢、磷酸戊糖途径、色氨酸代谢和甘油脂代谢中。核酮糖-5-磷酸和D-甘油酸是磷酸戊糖途径(PPP)的关键组成部分，PPP是糖酵解的主要分支，能提供还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)，对清除活性氧和合成脂肪酸至关重要，可促进瘤胃微生物生长并抑制氢化反应。D-葡萄糖是淀粉和蔗糖代谢的关键产物，它不仅是糖酵解的原料，还能进入三羧酸循环，为细胞代谢提供能量。
水飞蓟素可降低瘤胃中产甲烷相关菌群的丰度，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)、5，6，7，8-四氢甲蝶呤、还原型黄素单核苷酸(FMNH)、吡哆醇5'-磷酸、水飞蓟苷和β-D-果糖6-磷酸含量，影响苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成和叶酸生物合成途。
4.2健脾益气类中草药调控瘤胃菌群的代谢组学研究
健脾益气类中草药主要用于治疗脾胃虚弱、消化不良、食欲不振等症。它们能够增强脾胃功能，促进消化吸收，提高体内能量水平。相关研究表明，健脾益气类中药可通过影响瘤胃微生物的代谢对动物的机体产生积极影响。
黄芪可显著增加瘤胃溶纤维丁酸弧菌(Butyrivibrio fibrisolvens)、黄色瘤胃球菌(Ruminococcus flavefaciens)及溶糊精琥珀酸弧菌(Succinivibrio dextrinosolvens)等的丰度。在脂质代谢中，不饱和脂肪酸生物合成、花生四烯酸代谢以及脂肪酸生物合成途径的关键代谢物含量均有所上调。同时，在氨基酸代谢中，甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸代谢以及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成途径的关键代谢物含量也显著上调。
菊芋多糖具有降低胃肠道微生物丰度与多样性的作用，能够使瘤胃中的优势菌群得到生长，显著降低瘤胃中放线菌门(Actinobacteria)丰度，增加了瘤胃螺旋体门(Spirochaetes)丰度，降低瘤胃放线菌门与瘤胃螺旋体门的比值。同时上调瘤胃中精氨酸生物合成和嘧啶代谢等通路代谢物含量，有利于生长发育、提高肉品质、降低脂肪沉积。
4.3疏肝理气类中草药调控瘤胃菌群的代谢组学研究
疏肝理气类中草药主要用于治疗动物肝气郁结所致的多种症状，常见的疏肝理气类中草药包括柴胡、陈皮、益母草等，研究发现此类中草药也能影响瘤胃微生物代谢功能。
柴胡中含有柴胡皂苷，柴胡皂苷有明显的中枢抑制、抗炎、降低血浆中胆固醇和甘油三酯等作用。柴胡皂苷在调节犊牛瘤胃微生物群落和代谢物方面效果突出，可以通过上调普雷沃氏菌属1(Prevotella1)、普雷沃氏菌科YAB2003组(Prevotellaceae_YAB2003_group)丰度，下调拉克诺氏菌科NK3A20组(Lachnospiraceae_NK3A20_group)丰度，降低瘤胃雌二醇和大豆苷元和增加角鲨烯的含量来改变犊牛瘤胃脂质代谢。
花椒性温，能够温暖脾胃，促进胃肠功能。研究表明，花椒精油能显著改变雄性杂交小尾寒羊羔羊瘤胃酶活性、瘤胃微生物菌群及其代谢物，发生显著变化的58种代谢物主要富集于甘油磷脂代谢和蛋白质消化吸收等代谢途径。
陈皮中含有大量的柑橘黄酮，柑橘黄酮可使奶牛瘤胃伪丁酸弧菌属(Pseudobutyrivibrio)、丁酸弧菌属(Butyrivibrio)、硒单胞菌属(Selenomonas)和普雷沃氏菌科UCG-004(Prevotellaceae_UCG-004)丰度显著增加，Metanobrevibate丰度显著降低，同时上调了丙酮酸代谢途径中代谢物的含量。这提示柑橘黄酮可通过调节奶牛瘤胃相关菌群的丰度增强对碳水化合物的降解能力。
大蒜含有大蒜素，以其抗菌特性而闻名。苦橙提取物是来自陈皮的类黄酮，具有抗氧化、抗菌和抗炎的特性。大蒜粉和苦橙提取物组成的饲料添加剂Mootral抑制了奶牛瘤胃中多种脂肪酸、苯酚衍生物和植物衍生化合物的产生，同时改变了碳水化合物的代谢。
5小结与展望
代谢组学在研究中草药如何调节瘤胃微生物代谢方面发挥着至关重要的作用，不仅揭示了中草药的活性成分，还能精确地分析瘤胃液中代谢产物含量的变动。代谢组学的快速发展解决了许多传统生物学方法难以攻克的难题，促进了对中草药作用机制的深入探索。
随着中草药研究的深入和代谢组学技术的进步，传统分析技术在样本制备过程中往往需要进行切割和染色等处理，这些步骤可能会破坏组织的原始结构和形态，从而难以精确描绘中草药活性成分及其代谢物在组织内的分布。此外，在研究瘤胃菌群及其功能时，尽管代谢组学技术常与16S rRNA技术结合使用，但与其他技术如宏基因组学、转录组学和蛋白质组学的联合应用相对较少，这限制了对奶牛瘤胃菌群研究的全面性和深度。因此，传统的色谱-质谱联用技术已无法满足对中草药在动物体内各组织中活性成分释放和代谢研究的需求。
目前，关于中草药与微生物群落相互作用的研究尚处于初级阶段，与此同时，色谱和质谱等分析技术与平台也在持续完善之中。例如，随着分子原位成像技术的发展，空间代谢组学等新兴技术正在不断涌现。代谢组学正朝着更高通量、更便捷、更准确、更低成本的方向发展。借助多种技术平台的联合应用，有助于更深入探究中草药成分、瘤胃微生物群落及其代谢产物之间的关系。
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