大熊貓對竹子黃酮類化合物的代謝規律

　　植物次生代謝產物（Plant secondary metabolites，PSMs）在植食性哺乳動物的覓食生態中發揮著重要的作用。黃酮類化合物是一類重要的PSMs，在植物中廣泛存在；具有顯著的促進健康的作用，包括抗菌、抗病毒、增強免疫，以及心血管保護等功能。但目前，對食源性黃酮類天然復合成分的整體代謝規律及其與動物腸道微生物的雙向作用，尚缺乏清晰的認識；關于黃酮類化合物的生態學功能研究相對較少，特別是其對瀕危野生動物的生理影響及動物對食物中黃酮類化合物的適應性演化機制缺乏研究。

　　大熊貓屬于食肉目動物，具有食肉目動物的消化生理特征，但其食性特化為專性食竹。竹中具有豐富的黃酮類化合物。因此，大熊貓-竹子為研究食源性黃酮類化合物在植食性動物與植物之間的生態學功能提供了理想模型。

　　2021年9月22日，中國科學院動物研究所魏輔文院士團隊聯合成都大熊貓繁育研究基地在Microbiome雜志發表了題為“Multi-omics reveals the positive leverage of plant secondary metabolites on the gut microbiota in a non-model mammal”的研究論文。該研究采用代謝組學、宏基因組學和體外培養等方法，在完整的年周期內同步采集野外大熊貓的可獲得樣本（食物和糞便）；同時采集成都大熊貓繁育研究基地中圈養大熊貓的食物、糞便和血漿，系統研究了大熊貓對黃酮類化合物的吸收代謝、利用偏好和生物轉化，以及黃酮類化合物對大熊貓腸道微生物組成和功能的影響。主要研究結果如下：

　　（1）大熊貓對黃酮類化合物的利用規律：i. 通過代謝組學方法，在竹子中共鑒定了97個黃酮類單體化合物；與竹筍相比，竹葉中含有更多種類和更高豐度的黃酮類化合物。因此，隨著食筍和食葉的季節性轉化，黃酮類物質的攝入也存在顯著的季節性差異。ii. 通過血漿靶向代謝組學檢測，發現直接以原型化合物的形式進入血液的化合物僅有12種。iii. 通過對食物與糞便代謝組的比較分析發現，大熊貓對食物源黃酮類化合物的利用在亞類和單體水平上均有不同的偏好性，對食物源中的38種單體具有較高的利用率，且糞便中有新的黃酮類單體化合物生成。

　　（2）大熊貓腸道微生物適應性響應機制：i. 糞便代謝組和宏基因組關聯分析顯示，PSMs-黃酮類化合物與腸道微生物的季節性具有顯著的相關性。ii. 體外培養實驗證明，黃酮類物質的季節性的差異攝入驅動了大熊貓腸道微生物的季節性變化，如野外大熊貓腸道微生物關鍵物種的變化（狹義梭菌屬1 Clostridium sensu stricto 1），特別是對有益菌的生長促進作用，如益生菌丁酸梭菌（Clostridium butyricum）。iii. 食物中黃酮類攝入越高，大熊貓腸道微生物的多樣性越低，微生物毒力因子的豐度也更低。iv. 宏基因組功能分析揭示了70%黃酮類化合物的吸收轉化由腸道微生物參與完成，且腸道微生物也促進了大熊貓對黃酮類物質的轉化和利用偏好。

　　以上結果證明：在長期演化過程中，大熊貓季節性食物轉化行為是大熊貓對竹中有益元素最大化利用的適應。其中，黃酮類化合物對維持大熊貓腸道微生態的動態平衡發揮著至關重要的作用。該研究結果拓展了我們對大熊貓營養生態學的認識：有益的PSMs可以通過調控腸道微生物，正反饋調節宿主生理，從而影響大熊貓的覓食策略。此外，該研究也為圈養大熊貓管理提供了重要參考，即食物源黃酮類化合物是大熊貓重要的天然益生元，對大熊貓的臨床健康管理，特別是腸道疾病的治療具有廣闊的應用前景。

　　綜上所述，本研究首次以非模式野生動物為模型，探索食源性黃酮類化合物的吸收代謝規律及其與腸道微生物的互作模式。從動物生態學的視角，應用多組學方法探討有益的PSMs對植食性哺乳動物的生理作用。黃酮類化合物與腸道微生物的雙向作用為研究動物-腸道微生物共演化提供了新的思路。

　　中國科學院動物研究所博士研究生王樂、助理研究員黃廣平、成都大熊貓繁育研究基地侯蓉研究員為共同第一作者，魏輔文院士為通訊作者。該研究得到了中國科學院B類戰略性先導項目和國家自然科學基金項目的資助。

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1186/s40168-021-01142-6