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人参为五加科(Araliaceae)人参属(Panax)植物人参(Panax ginseng C.A.Meyer)的干燥根和根茎,是我国传统名贵中药材。人参皂苷是人参的主要活性成分,然而,人参皂苷原型在人体肠道中的吸收程度低,血药浓度难以达到充分发挥药理活性所需的浓度,经肠道菌群水解生成苷元后吸收增强而发挥药理作用。研究表明,人参皂苷主要代谢产物人参皂苷化合物K(compoundK,CK)具有比原型药物更强的药理活性,而肠道菌群在人参皂苷代谢为活性成分人参皂苷CK的过程中发挥关键作用,益生元干预可提高人参皂苷的体内吸收和影响肠道菌群的结构组成。本文采用微生态调节剂改变宿主的肠道菌群结构来改善人参皂苷体内生物转化,对干预前后的样品进行关联分析,更准确高效地发现菌群结构与代谢指证的相关性,挖掘可表征人参皂苷体内生物转化和利用程度的生物标记物。本研究以肠道菌群为靶点,探究三种市售常见益生元,即低聚果糖(fructooligosaccharide,FOS)、低聚半乳糖(galactooligosaccharide,GOS)和松谷纤维(fibersol-2,Fib)干预对人参皂苷Rb1体内代谢过程及药代动力学的影响;通过高通量测序监测并比较肠道菌群结构及功能变化,分析益生元干预下肠道菌群参与人参皂苷Rb1体内生物转化的可能途径与机制。5周龄Sprague-Dawley(SD)雄性大鼠(200 ± 20 g)适应7 d后随机分组,设空白对照组(Control,Con)、低聚果糖组(FOS)、低聚半乳糖组(GOS)和松谷纤维组(Fib)。3种益生元分别灌胃2周后单次灌胃人参皂苷Rb1,于处理后48 h内各时间点采集血液和粪便样本。首先采用超高压液相色谱-质谱联用(UHPLC-MS)测定血液中人参皂苷Rb1及其主要代谢产物人参皂苷Rd、F2和CK的含量,以药物浓度-时间曲线下面积(areaunderthecurve,AUC)等药代动力学参数评价人参皂苷Rb1体内生物转化程度与生物利用度。进一步地,以粪便样本作为肠道菌群的研究对象,提取粪便样本细菌总DNA,扩增细菌16SrRNA基因的V3-V4区,PCR产物经IlluminaMiseq高通量测序后序列处理、比对和统计分析,确定肠道菌群的种类、丰度及整体结构等。最后,选取各组代表性样本进行宏基因组测序,揭示肠道菌群参与人参皂苷Rb1体内代谢可能的基因和代谢通路。药代动力学结果表明,益生元干预组(FOS,GOS和Fib组)的人参皂苷Rb1原型、中间代谢产物人参皂苷Rd、F2和CK的药时曲线下面积(area under the curve,AUC0-t)均显著高于对照组:人参皂苷Rb 1的AUC0-t分别为对照组的2.52、2.25和3.07倍;人参皂苷Rd的AUCo-t分别为对照组的1.91、1.74和2.07倍;人参皂苷F2的AUCo-t分别为对照组的1.94、1.18和1.49倍;最终代谢产物人参皂苷CK的AUCo-t分别约为对照组的1.78、2.42和2.11倍。进一步,通过16SrRNA基因可变区V3-V4区测序发现,益生元干预改变了SD大鼠肠道菌群的整体结构组成。OTU(Operational Taxonomic Units)聚类分析发现Con、FOS、GOS和Fib组OTU的数目分别为519、339、487和498。门(Phylum)的分类水平上,低聚果糖、低聚半乳糖和松谷纤维干预均显著提高了拟杆菌门(Bacteroidetes)的丰度,分别为对照组的1.76、1.12和1.40倍;属(Species)的水平上,益生元干预组SD大鼠肠道中具有人参皂苷Rb1水解能力的普氏菌属(Prevotella)丰度显著高于对照组(P<0.05),FOS、GOS和Fib组分别为对照组的17.16、2.90、10.91倍。最后,肠道菌群宏基因组测序表明,原始去冗余后的预测基因有64.04%能够比对到 KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)数据库,对功能及代谢通路的分析发现益生元干预组注释到萜类和聚酮类化合物代谢的基因丰度显著高于对照组。原始去冗余后的基因有20347个能够比对到CAZy(Carbohydrate-ActiveenzymesDatabase)数据库,其中注释到糖苷水解酶功能的基因占56.83%,益生元干预组α-1,2-L-阿拉伯糖苷酶、β-木糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、αα-葡萄糖苷酶、β-1,3-木糖苷酶和αα-葡萄糖醛酸酶基因的丰度显著增高。综上所述,本研究以肠道菌群为作用靶点,低聚果糖,低聚半乳糖和松谷纤维等益生元干预均提高了Prevotell 菌群的丰度,增强参与人参皂苷代谢的α-1,2-L-阿拉伯糖苷酶、β-木糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、α-葡萄糖苷酶、β-1,3-木糖苷酶和α-葡萄糖醛酸酶的丰度,从而增强人参皂苷Rb1代谢转化为人参皂苷CK的能力,并最终提高人参皂苷CK的生物利用度,是一种生理状态下简易可行、安全有效的方法;同时本研究结果对黄酮类、皂苷类、生物碱类、蒽醌类和单萜类等与肠道菌群代谢密切相关的中药成分体内代谢研究具有参考价值