试验设计

 采用60只雄性成年BALB/c小鼠（20±2 g）作为试验研究对象，小鼠被随机分为六组，每组10只。各组包括正常对照（NC）组、便秘模型（CM）组、低剂量200 mg per kg BW XOS（LXOS）处理组、中剂量400 mg per kg BW XOS（MXOS）处理组和高剂量800 mg per kg BW XOS（HXOS）处理组，除NC组小鼠外，其他所有小鼠均在每天治疗前一小时给予洛哌丁胺，剂量为10 mg per kg BW，以诱导便秘，连续服用三周。

 实验结束前一天，测定每只小鼠在6小时内排出的黑便重量，并记录直到处理结束后第一次排出黑便的时间；小鼠口服0.2 mL活性炭粉，30分钟后，用戊巴比妥钠麻醉小鼠并将其处死，收集小肠、结肠、胃、血清和粪便，通过小肠和胃，测定肠道推进率和胃排空率；采用ELISA试剂盒，测定血清中胃肠调节肽和神经递质（ET-1、NO、AchE）的含量；对收集的样本，进行代谢组和转录组的全面分析。

试验结果

（1）XOS对便秘小鼠排便状况和胃肠道转运的影响

 如图1所示，NC组小鼠的粪便特征正常，CM组小鼠的粪便出现异常，包括粪便量减少、表面光泽暗淡以及粪便坚硬、干燥、呈颗粒状；经过XOS干预后，便秘小鼠的粪便特征得到了不同程度的改善，原本干硬的粪便变得更加柔软，呈现出更加均匀的颗粒状，并恢复了表面的光泽。

（2）XOS对便秘小鼠胃肠调节相关肽和神经递质的影响

 与CM组小鼠相比，XOS组小鼠的ET-1和NO水平呈剂量依赖性下降，而AchE浓度则呈剂量依赖性上升。

（3）XOS对粪便代谢物特征的影响

 如图2所示，阳性和阴性模型显示了NC、CM和XOS组之间的明显差异，XOS引起了便秘小鼠的代谢变化；通过基于OPLS-DA模型的数据质量评估，置换检验证明了XOS综合干预的有效性；不同组的代谢物水平存在明显差异，表明XOS处理改善了便秘小鼠的代谢状况。

 如图3所示，根据KEGG对这些代谢物的分类，差异代谢物主要包括有机酸、脂类和碳水化合物，确定了前25个差异改变的代谢物；丁酸和硬脂四烯酸被确定为区分XOS和CM的最关键代谢物；XOS处理主要调控的途径包括类固醇激素生物合成、视黄醇代谢、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成、α-亚麻酸代谢、不饱和脂肪酸生物合成、丁酸代谢和鞘脂代谢途径。

（4）利用转录组学分析XOS对结肠基因表达的影响

 如图4所示，在XOS组和CM组的比较中，发现87个上调的DEGs和568个下调的DEGs；类固醇生物合成、萜类主链生物合成、丁酸盐代谢、胆固醇代谢、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解以及炎症性肠病和PPAR信号通路在CM组和XOS组之间的富集程度最高。

（5）代谢组学和转录组学结果的整合

 如图5所示，DEMs和DEGs的功能相关网络在类固醇激素合成、丁酸代谢、类固醇生物合成、鞘脂代谢、卟啉和叶绿素代谢、β-丙氨酸代谢、丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢以及缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解的代谢通路中呈现富集；与CM组相比，类固醇激素生物合成途径受到XOS处理的显著影响；Cyp11a1、Gm10681、Srd5a3和Ugt2b38等基因的表达部分下调；相反，Cyp3a41b、Cyp1a1、Sult1e1和H2-Ke6基因的表达则部分上调。

 如图6所示，与NC组小鼠（87.44 μg g^-1）相比，CM中丁酸的浓度急剧下降至12.41 μg g^-1。但在XOS干预后，CM显著增加（p<0.05）；XOS处理组的炎症细胞因子mRNA表达水平显著低于CM组（p<0.05）；与NC组相比，CM组的大多数基因上调，包括IL-1α、IL-1β、IL-6和TNF-α等炎症因子；CM组的Hmgcs2和Acat1显著高于NC组，而XOS组的水平则恢复到NC组的水平（p<0.05）；Cyp1a1和Sult1e1在CM组中的表达量明显降低，但在XOS处理后有所增加（p<0.05）。

试验结论

本文研究了XOS对小鼠便秘的影响，便秘小鼠排便状况和胃肠道测定结果显示，XOS可通过促进肠道蠕动和提高便秘小鼠的小肠推进率和胃排空率来缓解便秘；多组学方法表明，XOS处理可通过丁酸代谢、类固醇激素生物合成、α-亚麻酸代谢、PPAR和NF-kappa B信号通路缓解便秘。以上结果表明，XOS可以作为一种功能性饮食或一种新的治疗便秘的方法。

参考资料：

Hong S, Rui G,Xianbao S, et al. Integrated metabolomics and transcriptomics revealed the anti-constipation mechanisms of xylooligosaccharides from corn cobs[J].Food & Function, 2024, 15(2):894-905.