广东虫草（C. guangdongensis）是中国较为新兴的一种食用菌，其子实体已成功实现人工栽培，并被证明可长期安全食用。研究表明，广东冬虫夏草子实体具有多种药理活性，如缓解腺嘌呤诱导的慢性肾衰竭、减轻吸烟引起的疲劳和慢性支气管炎等。此外广东冬虫夏草降脂复方（含其子实体粉及多种中药材）能显著改善脂肪堆积、高血脂和脂肪肝；其乙醇提取物也能减少脂肪积累，改善葡萄糖耐量和高血脂。然而，关于广东冬虫夏草子实体多糖（CGP）的特性及其对代谢相关脂肪性肝病（MASLD）的影响仍待研究。
2024年8月，广东省科学院微生物研究所邓旺秋团队在International Journal of Biological Macromolecules发表题目为“The “crosstalk” between gut microbiota, metabolites and genes in diet-induced hepatic steatosis mice intervened with Cordyceps guangdongensis polysaccharides”的研究论文，从子实体中提取广东虫草多糖(CGP)，并研究了CGP改善高脂肪饮食诱导(HFDI)代谢疾病的机制。
广东虫草子实体，模型小鼠
分子量分析、单糖组成分析、红外光谱分析、NMR、电镜分析、高脂肪饮食诱导(HFDI)的肥胖模型、肠道菌群分析、代谢组和转录组分析
1. 广东虫草多糖的纯化及特性研究
作者首先采用热水浸提和乙醇沉淀获得广东虫草子实体粗多糖，再经DEAE-52柱分离纯化得到两个组分，分别为CGP-W和CGP-S。对于两个纯化的多糖，CGP-W的数均摩尔质量和重量均摩尔质量分别为6.85×103 Da和1.39×104 Da，而CGP-S的数均摩尔质量和重量均摩尔质量分别为1.89×104 Da和2.00×104 Da。在GC/MS系统上对CGP-W和CGP-S进行定性和定量分析。GC/MS结果显示，CGP-W和CGP-S由甘露糖、半乳糖、葡萄糖、核糖、鼠李糖、阿拉伯糖和木糖组成。通过SEM观察，CGP-W和CGP-S的形状为海绵状结构，呈链状或斑块状构型。
图1 广东冬虫夏草中纯化的CPG-W和CGP-S的特征。(A)标准物质、CPG-S和CGP-W的HPLC色谱图。(B) CPG-S和CGP-W的FTIR光谱。(C) CPG-S和CGP-W的SEM
2. 补充CGP可减少肥胖小鼠模型中的脂肪堆积
实验第8周，NHD组与其他两组的体重差异有统计学意义。CGP干预4周后，CGP组小鼠体重明显低于HFD组。给药CGP 8周后，肥胖小鼠腹股沟和附睾脂肪指数显著降低。棕色脂肪指数较HFD组显著提高。脂肪细胞直径明显减少。
棕色脂肪组织中TGR5的激活增加了能量消耗，减少了饮食引起的脂肪积累。作者发现与HFD组相比，CGP组Tgr5的mRNA表达水平在棕色脂肪和白色脂肪组织样本中显著上调。作者还分别分析了与棕色脂肪产热活性和白色脂肪相关的几个基因，结果表明，CGP通过调节产热活性和白色脂肪生成相关基因的表达，有效改善体重和脂肪积累，但不抑制能量摄入。
图2 CGP对高脂饮食诱导的肥胖小鼠体重增加、脂肪蓄积和特征的影响
3. 补充CGP可改善肥胖小鼠的糖耐量、高脂血症和肝脂肪变性
CGP干预8周后，高脂饮食小鼠血糖水平显著降低，血清中的TG、TC和LDL-C水平显著下降。表明CGP能有效改善高脂饮食小鼠的高脂血症。
此外，高脂饮食显著增加了ALT、AST和ALP的活性，而CGP组的这些酶活性显著降低。在肝脏组织方面，高脂饮食显著降低了肝脏指数，但CGP组肝脏指数较HFD组显著增加。肝组织HE染色显示，HFD组可见大量大的脂肪空泡(绿色箭头)，肝细胞形态不规则，肝索排列紊乱；而CGP组肝细胞排列规则紧密，肝索呈放射状排列，可见少量脂肪空泡。
图3 CGP对肥胖小鼠血糖、高血脂指标及肝组织的影响
4. 补充CGP可调节肥胖小鼠肠道微生物失调
功能实验之后，作者研究了CGP肠道菌群的影响。对18份粪便样本进行16S rRNA基因测序和生信分析。
与HFD组相比，CGP组在微生物丰富度和物种多样性方面显著增加。在门水平上，HFD组优势菌门为拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门和疣微菌门;而厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidota)和放线菌门(Actinobacteria)是HFD组和CGP组的优势菌门。与NFD组相比，高脂饮食显著提高了厚壁菌门的相对丰度，降低了拟杆菌门的相对丰度。CGP干预8周后，有害菌门由拟杆菌门恢复为厚壁菌门。与HFD组相比，CGP组中拟杆菌门的相对丰度显著提高，而厚壁菌门的相对丰度显著降低。
采用线性判别分析效应量(LEfSe)来鉴定CGP处理后显著改变的独特微生物类群。其中，CGP处理显著提高了双歧杆菌科、双歧杆菌属、Bi. pseudolongum，Clostridiaceae， Clostridium和C. celatum。以上结果表明，CGP处理可调节肠道菌群失调。
图4 CGP对高脂饮食诱导的肥胖小鼠肠道菌群失调的影响
5. CGP对高脂饮食诱导的肥胖小鼠肠道菌群失调的影响
根据靶向代谢组学数据，在15份粪便样本中共鉴定出63种胆汁酸。PCA显示了三个治疗组之间胆汁酸谱的差异聚类，表明CGP对胆汁酸成分的调节作用。与另外两组相比，8周的CGP干预显著提高了总胆汁酸水平。
从具体的胆汁酸成分来看，与HFD组相比，NHD组和CGP组有39种胆汁酸和22种胆汁酸发生了差异变化，共有11种差异胆汁酸成分。其中, CGP组6种胆汁酸水平显著高于HFD和NHD组，HFD组4种胆汁酸(CDCA-3S、GHCA、THCA和LCA-3S)水平较NHD和CGP组丰富，仅IALCA水平在NHD和CGP组较HFD组显著增强。在CGP组中，TCDCA水平显著下降至HFD组的53.65%，5种胆汁酸(TLCA-3S、DCA-3-OS、3β-HDCA、3β-DCA和IALCA)较HFD组增加5倍。这些结果表明，CGP促进胆汁酸的排泄并调节胆汁酸的组成，进一步减少胆固醇在肝组织中的蓄积。
图5 CGP对高脂饮食诱导的肥胖小鼠粪便胆汁酸成分的影响
6. 补充CGP影响肝脏代谢特征
基于一次和二次质谱数据，共检测到2906种代谢物。PCA显示三组间代谢物在正离子和负离子模式下均有显著的差异聚类。与HFD组相比，NHD组和CGP组分别有510个和211个代谢物存在显著差异，两组间共有170个差异代谢物。其中，与HFD组相比，NHD组和CGP组分别有109个代谢物和60个代谢物水平显著降低和升高。
图6 CGP对高脂饮食诱导的肥胖小鼠肝脏代谢产物的影响
7. 补充CGP改变了肝脏转录组
采用RNA-seq分析进一步分析CGP对高脂饮食诱导的肥胖小鼠的抗肥胖和降血脂作用。差异表达分析显示，在HFD与NHD的比较中，确定了1039个DEGs，HFD与CGP之间发现了624个DEGs，HFD与NHD和HFD与CGP之间共有224个DEGs。对224个共享DEGs进行了富集分析。结果表明，与对照组相比，细胞内脂肪酸延伸、内质网蛋白质加工、不饱和脂肪酸生物合成和胆固醇代谢显著富集。
图7 CGP对高脂饮食诱导的肥胖小鼠肝脏转录组的影响
图8 提出的CGP抗肥胖和代谢性疾病模型
本研究首次分析了CGP的特性，并证明了CGP通过降低体重增加，脂肪和脂质积累，降低TC, TG和LDL-C水平，以及AST, ALT和ALP的活性，有效地降低了肥胖，血脂异常和肝脂肪变性。此外，作则发现CGP可以正向调节肠道菌群、代谢产物的产生和基因表达。因此，作者提出了CGP的抗肥胖和保肝模型(图8)。在该模型中，CGP首先提高了Odoribacter、Bifidobacterium和Bi等有益肠道菌群的丰度。psedolongum;肠道菌群可以调节胆汁酸的组成，改变脂类代谢、碳水化合物代谢、能量代谢和氨基酸代谢相关的代谢物水平和基因表达;胆汁酸还增加了脂肪组织中产热活动和白色脂肪棕色化相关基因的表达，最终缓解饮食诱导的肥胖和相关代谢紊乱疾病。
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