如下图所示，共进行3个独立实验且均设置了控制组（CTL），每个处理设3个重复。将浓度为0.1%的食品乳化剂添加到生物反应器培养基（BRM）中，在接种和使用BRM培养基72 h后，将装有乳化剂的瓶子连接到系统，用于72 h 至 216 h的乳化剂供给。

16S的qPCR结果表明，硬脂酸甘油（glycerol stearate）和山梨醇单硬脂酸酯（sorbitan monostearate）以及卡拉胶（carrageenans），在处理和处理后阶段增加了细菌密度，而瓜尔豆胶（guar gum）和麦芽糊精（maltodextrin）只在处理阶段显著增加了细菌密度。相反，琼脂（agar）、DATEM、HPMC和油酸甘油酯（glyceryl oleate）导致微生物密度不可逆转地下降（图1）。因此，一些（但不是全部）常用的 食品乳化剂可以改变肠道微生物区系中细菌的总体水平。

图1：食品乳化剂对细菌密度的影响

通过16S rRNA基因测序研究食品添加剂对菌群组成的影响。PCoA分析结果显示，处理时间点对菌群构成产生一定的影响，在最初的48小时内，样本沿PC1显著分离，占样本总差异的17%。之后时间变化相对较小，且主要沿PC2分离（图2A）。仅对控制组样本进行的PCoA分析展现了类似的时间变化，且在3个独立实验中的控制组样本展示了高度的重复性（图2B-C）。总的来说，这支持本研究使用3个独立实验中进行不同处理间的比较。

图2：食品乳化剂对菌群构成的影响

在处理阶段的PCoA分析表明，不同食品乳化剂处理的样本出现一定程度的聚集（图2D-F），

表明许多食品乳化剂对微生物群落组成产生了一定的影响。基于Weighted UniFrac和Jaccard距离分析展示了不同食品乳化剂处理与控制组相比对微生物群落构成产生的影响（图3）。

基于Jaccard距离的分析结果表明，与对照组相比，CMC、P80、麦芽糊精、海藻酸丙二醇酯、卡拉胶、阿拉伯树胶和黄原胶、瓜尔豆胶和刺槐豆胶对微生物群落构成有显著影响（图3A-B）。基于Weighted UniFrac 距离的分析结果与Jaccard距离大致相似，发现P80、卡拉胶、瓜尔豆胶和刺槐豆胶对微生物群落构成的显著影响（图3C-D）。

α多样性研究也证实了食品乳化剂对微生物多样性的影响。如DATEM、HPMC、山梨醇单硬脂酸酯和硬脂酸甘油酯处理使微生物均匀度产生了显著且不可逆的下降（图4A-B）。

图3：食品乳化剂对微生物群落构成的影响

图4：食品乳化剂对微生物多样性的影响

对处理阶段中期（接种后144 h，开始暴露在食品乳化剂后的72 h）样本在目水平上的分析结果表明，在许多食品乳化剂诱导下乳杆菌目显著减少，这主要是由链球菌属的显著减少推动的（图5）。进一步分析表明，拟杆菌属在kappa和lambda型卡拉胶、DATEM和甘油硬脂酸酯的影响下显著增加，但P80、iota型卡拉胶、琼脂和DATEM显著降低了粪杆菌属（有一定的抑制炎症的作用）的丰度（图5）。

总体而言，这些数据表明，一些广泛使用的食品添加剂显著影响了MBRA模型中的微生物群落组成，从而会进一步影响其功能，特别是与抑制/促进炎症相关的功能。

图5：食品乳化剂对不同分类水平微生物群落组成的影响

CMC和P80在体内的有害影响与它们增加生物活性的脂多糖（LPS）和鞭毛水平有关，因此可以提出食品乳化剂影响微生物群可能会促进炎症的潜在途径。因此，研究者在MBRA模型中调查了食品乳化剂是否影响这些微生物促炎激动剂的水平。

在NF-κB启动子的控制下，通过分别表达TLR4和TLR5的HEK细胞和特异性过氧化物酶来检测生物活性LPS和鞭毛蛋白的水平。如图6所示，麦芽糊精处理的微生物体内LPS水平显著升高，并在治疗后阶段持续存在。黄原胶、山梨酸单硬脂酸酯和硬脂酸甘油酯处理的微生物在治疗阶段表现出LPS水平升高的趋势，这种趋势在治疗后阶段变得明显，这表明这些食品乳化剂诱导微生物区系中这些促炎分子的表达缓慢但持续地增加。

此外，所有卡拉胶（IOTA、kappa和lambda）以及黄原胶、瓜尔豆胶和刺槐豆胶都以可逆的方式显著诱导鞭毛蛋白的生物活性水平（图6C-D）。总体而言，这些功能性微生物群分析结果表明，许多乳化剂显著增强了微生物群激活先天免疫信号通路的能力，这些信号通路被认为是导致肠道炎症的因素。

图6：食品乳化剂对微生物驱动的促炎分子表达的影响

本研究测试的食品乳化剂均不影响肠杆菌科细菌（含有大量致炎病原体）的相对丰度，表明促炎潜能的增加可能优先反映了微生物基因表达的变化，而不是物种组成的变化。研究者对食品乳化剂小组进行了微生物宏转录组分析。从处理中期（接种后120h，乳化剂暴露后48h）收集的MBRA样本中提取总mRNA，去除rRNA后用于文库构建和Illumina测序。

PCoA分析表明所测试的20种食品添加剂中的大多数都对微生物转录组产生一定的影响。为了量化基因表达的变化的程度，研究者计算了乳化剂处理的微生物群与控制组间的Bray-Curtis距离。结果表明，P80、麦芽糊精、海藻酸丙二醇酯、卡拉胶、阿拉伯胶、瓜尔豆胶、DATEM和硬脂酸甘油对微生物转录组产生了显著的影响（图7）。有趣的是，除HPMC外，本研究中使用的所有乳化剂都有更强的抑制基因表达的能力，而不是促进基因表达的能力。

图7：食品乳化剂在体外对微生物宏转录组的影响

总而言之，本研究中测试大多数的食品乳化剂似乎对微生物区系有负面影响，但其中也有一些化合物（大豆卵磷脂、单甘酯和双甘酯）对肠道微生物区系没有明显的影响。CMC对微生物群落构成的影响是不可逆的，海藻酸丙二醇以不可逆的方式影响转录组和微生物群落构成（图8）。刺槐豆胶、HPMC、瓜尔豆胶和卡拉胶对各种参数的影响是可逆的，而黄原胶、山梨醇单硬脂酸酯、硬脂酸甘油酯、麦芽糊精和P80对各种微生物群落参数的影响是不可逆的（图8）。

图8：食品乳化剂对人类微生物全局构成和功能的影响

综上所述，在MBRA模型中，被测试的大多数（但不是全部）乳化剂会影响人体肠道微生物群落。而各种食品添加剂经常被组合使用，研究它们对微生物群落的组合效应是重要的。

本研究结果表明，需要进行临床试验，以减少有害食品乳化剂的使用，并支持使用对微生物群落没有影响或影响很小的食品乳化剂。

文章链接：

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7986288/

最后：

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