デキストラン硫酸ナトリウム誘発性大腸炎モデルにおけるネオアガロテトラオースのプレバイオティクス作用を予測する分子および微生物シグネチャー

Molecular and Microbial Signatures Predictive of Prebiotic Action of Neoagarotetraose in a Dextran Sulfate Sodium-Induced Murine Colitis Model.

• Fang Liu
• Jianan Liu
• Thomas T Y Wang
• Zhen Liu
• Changhu Xue
• Xiangzhao Mao
• Qingjuan Tang
• Robert W Li

抄録

β-アガラーゼによる寒天の加水分解物であるネオアガロテトラオース（NT）は、生理活性を有することが知られている。しかし、NTが腸内炎症を緩和するメカニズムについては不明な点が多い。本研究では，デキストラン硫酸ナトリウム（DSS）誘発マウスモデルを開発し，16S rRNA 遺伝子シークエンシングとアンターゲットメタボロミクスを用いて，NT の腸内マイクロバイオームおよび微生物代謝への影響を評価した．我々のデータは、NTの摂取が腸内細菌叢と炎症スコアを改善することを示している。また，NTはプロテオバクテリアの量をDSSで上昇したレベルから逆転させ，疣贅菌の量を有意に増加させた．さらに，ランダムフォレスト解析により同定された重要な特徴のうち，NT添加による分類精度の向上に寄与すると考えられたのは，(1)の菌種と(2)の菌種であり，(3)の菌種と(4)の菌種であった．また，(分母)と(分子)からなる微生物シグネチャは，NT補給状況を予測することができた．さらに，NTは複数の腸内代謝物、特にヒスチジン，ポリアミン，トコフェロールの代謝を有意に調節していた。以上の結果から，NTが腸内マイクロバイオームおよびメタボロームを調節するメカニズムについて新たな知見が得られ，大腸炎管理のための強力なプレバイオティクスとしてのNTの開発が期待された。

Neoagarotetraose (NT), a hydrolytic product of agar by β-agarase, is known to possess bioactive properties. However, the mechanisms via which NT alleviates intestinal inflammation remain unknown. In this study, a dextran sulfate sodium (DSS)-induced murine model was developed to evaluate the effect of NT on gut microbiome and microbial metabolism using 16S rRNA gene sequencing and untargeted metabolomics. Our data demonstrate that NT ingestion improved gut integrity and inflammation scores. NT reversed the abundance of Proteobacteria from an elevated level induced by DSS and significantly increased the abundance of Verrucomicrobia. Further, NT significantly increased the abundance of and and concomitantly decreased that of , which were among the important features identified by random forests analysis contributing to classification accuracy for NT supplementation. A microbial signature consisting of (denominator) and (numerator) predicted the NT supplementation status. Moreover, NT significantly modulated multiple gut metabolites, particularly those related to histidine, polyamine and tocopherol metabolism. Together, our findings provided novel insights into the mechanisms by which NT modulated the gut microbiome and metabolome and should facilitate the development of NT as a potent prebiotic for colitis management.