试验设计

试验样品：Plexus Worldwide（Scottsdale，USA）提供了Slim，以每天1594 mg的剂量进行测试，其中包含1000 mg的益生元XOS和531 mg的多酚混合物，其中包含500 mg的绿咖啡提取物（至少含50％的羟基柠檬酸），藤黄果提取物20毫克（含50％柠檬酸），α-硫辛酸10毫克和桑葚果实提取物1毫克。

实验设计：

（1）短期结肠培养：以5位不同健康人类的粪便（供体A：女性，27岁；B：女性，24岁；C：男性，21岁；D：男性，32岁；E：男性，24岁）作为供体。在结肠培养开始时，将试验样品（0mg或1594mg）加入到无糖的基础培养基中，得到的最终浓度分别为0g/L（空白对照）或2.66g/L（Slim）；之后通过将新鲜采集的粪便样本与厌氧磷酸盐缓冲液以1:5（m:v）的比例混合，为不同的人类志愿者制备粪便接种液，然后均质化10分钟并通过离心去除大颗粒（2分钟，500克）后，将粪便接种物（1:10）分别加入到培养基中，培养时间为48小时，温度为37℃，持续摇晃（90rpm），所有实验均重复三次。

（2）人类肠道微生物生态系统模拟器（SHIME®）：SHIME由五个反应器组成，这些反应器模拟了人体胃肠道的不同部分：胃，小肠和三个结肠区域。在接种健康人类志愿者（男性，32岁）的粪便微生物群后，结肠隔室模拟升结肠（AC），横结肠（TC）和降结肠（DC）。SHIME运行的实验设置包括两个星期的启动期，两个星期的对照期和三个星期的干预期，在干预期间，每天将1594 mg/d剂量的试验样品与食物一起服用。

检测指标：短期结肠培养，在结肠培养0h和48h后进行pH、气体、SCFA和乳酸（LA）测量；SHIME实验期间，每周收集三次微生物代谢活动的样本，并对微生物群落进行分析，同时检测上皮细胞和巨噬细胞共培养模型中对宿主细胞的影响。  

试验结果

（1）供体选择

由表1可知，5个供体产生的气体、乳酸和SCFA（其中包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐）含量增加，pH值和支链SCFA降低；此外，由于在不同的供体中测试产品发酵后观察到的趋势相似，因此选择了具有高代谢活性的供体D作为长期的SHIME实验。

（2）微生物代谢活性分析

由图1可知，试验样品干预后AC、TC和DC的碱消耗量增加，分别为7.44（±3.19）、4.86（±4.17）和1.98（±1.38）mL/day；试验样品导致所有结肠区域的乙酸产生增加，其中对升结肠的影响具有统计学意义（P<0.01），即增加2.7mM（+13%）；此外，丙酸在三个结肠区域都有增加（p < 0.001），即在AC、TC和DC中分别增加了2.1mM（+19%）、3.4mM（+24%）和4.1mM（+30%）；AC和TC中的丁酸盐产量显著增加（P<0.01），其中AC中的丁酸盐影响最为显著（+7mM（+84%））。

由图2可知，试验样品的干预对整个模拟结肠中的乳酸产生有轻微影响。在AC（+0.35 mM）中观察到显著的乳酸积累，而在TC和DC中乳酸水平保持不变。

（3）微生物群落组成分析

由表2可知，为了评估试验样品对相关分类群（双歧杆菌、乳酸菌、嗜粘蛋白-阿克曼菌、拟杆菌和厚壁菌门）的影响，对腔内微生物群进行了qPCR分析。在干预期间，AC和TC的腔内环境中的嗜粘蛋白-阿克曼菌含量增加（AC中从定量限以下到7.15 log/mL，TC中平均为+0.5 log/mL）；干预的第二周和第三周，在AC中其水平升高，而在干预的第一周，TC中观察到直接的干预效果（+0.75 log（或+ 8％））。

试验样品干预后，在AC的腔内环境中，厚壁菌门和拟杆菌门大幅增加，特别是在干预的第二周和第三周（两个门至少+1.5 log/mL（+15%）；腔内厚壁菌门和拟杆菌门水平在TC和DC中不受影响。

经过适应期后，在干预的第二和第三周，乳酸菌和双歧杆菌在AC的腔内受到刺激（两个菌属都超过了+2.5 log/mL（>30%））；在TC中也观察到乳酸菌属的腔内增加，但没有AC中那么明显（+0.4 log/mL）。如图3所示，腔内乳酸菌群落主要由与三个不同物种有关的操作分类单位（OTU）主导，即植物乳杆菌、Lactobacillus oris和Lactobacillus antri；在干预期间，植物乳杆菌在三个结肠区域的相对丰度趋向于增加到19-33%

（4）对上皮细胞和巨噬细胞共培养模型中宿主细胞的影响

如图4a所示，通过测量Caco-2细胞的TEER作为肠道屏障功能的量度，所有的产品都能保持TEER值接近100%；采用试验样品干预后，TC的TEER趋于增加（+9.7%），DC的TEER也有显著的增加（+18.5%）。此外，如图4h所示，与各自的对照组相比，在TC和DC中的干预期之后，LPS诱导的THP1巨噬细胞的NF-κB转录活性更加明显。如图4b-4g所示，在细胞因子水平方面，TC和DC中干预期后LPS诱导的IL-10和IL-6显著增加（即IL6，TC+2.5倍，在DC中+3.2倍；IL10，在TC中+2.3倍，在DC中+2.7倍）；与相应的对照组相比，试验样品干预可诱导较少的IL-1β（在TC和DC中）和较多的IL-8（仅在TC中显著），并增加DC中的CXCL10水平；然而相比于对照产品，TNF-α在AC中观察到减少，而在TC和DC中观察到增加。

试验结论

采用经验证的体外肠道模型（即SHIME®模型），结合上皮细胞和巨噬细胞的共培养，研究长期服用低聚木糖/多酚混合物的益生元潜力和免疫调节作用，结果发现该混合物沿整个结肠良好发酵，导致升结肠中丁酸盐（+7 mmol/L）的产生增加；横结肠中乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐的产生增加（每种大约+4 mmol/L）；降结肠中丙酸盐的产生也增加（+4.1 mmol/L）；升结肠中铵减少和乳酸水平升高，这与乳酸杆菌和双歧杆菌的增加相关（+2.5 Log/mL）。此外，近端结肠管腔中产丙酸的嗜粘蛋白-阿克曼菌增加（高达7.15log/mL）；同时观察到对远端结肠的Caco-2屏障功能有保护作用，并有明显的免疫激活特性 。

参考资料：

Van, den, Abbeele, et al. A combination of xylooligosaccharides and a polyphenol blend affect microbial composition and activity in the distal colon exerting immunomodulating properties on human cells[J]. Journal of Functional Foods, 2018.