研究目的:本研究旨在研究经酶水解的不同分子量魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan, KGM)对过度训练引起的肠道菌群结构及功能失调的调节保护作用,及对运动表现的促进作用。研究方法:将KGM以不同浓度甘露聚糖内切酶水解至不同分子量产物KGM-e1和KGM-e2,购买7-8周龄的野生型(Wildtype, WT)C57BL/6雄性小鼠30只,随机分至5组,每组6只。使用标准饲料(AIN-93G)进行喂饲,自由饮水进食。适应性饲养7 d后开始为期6周的实验期。各组处理如下:(1)空白对照组:无运动,无KGM;(2)过度训练组:过度训练,无KGM;(3)过度训练+未降解KGM组;(4)过度训练+KGM-e1;(5)过度训练+KGM-e2。KGM、KGM-e1及KGM-e2以5 g/L的浓度添加至饮水中,每两天进行更换,干预时间6周。所有小鼠在训练或运动能力测试前(对照组)均进行5天跑台适应性训练,跑台速度10米/分钟,训练时间10分钟/天。过度训练方案如下:(1)第1周,60%力竭速度(exhaustion velocity, EV),30分钟/天,1组/天;组间恢复时间24 h;(2)第2周,60%力竭速度,坡度14%,45分钟/天,1组/day;组间恢复时间24 h;(3)第3周,60%力竭速度,坡度14%,60分钟/天,1组/天;组间恢复时间2购买Tezacaftor4 h;(4)第4周,70%力竭速度,坡度14%,60分钟/天,1组/天;组间恢复时间24 h;(5)第5周,75%力竭速度,坡度14%,75分钟/天,1组/day;组间恢复时间24小时;(6)第6周,75%力竭速度,坡度14%,75分钟/天,2组/天,组间恢复时间4小时。非抗凝血经离心分离得血清用于测定短链脂肪酸、运动生化等相关指标。新鲜血清BYL719体内实验剂量、粪便样本和肠道内容物用于短链脂肪酸测定,剩余样本于-80℃保存至使用。粪便样本用于菌群结构分析。使用Tiangen DNA提取试剂盒提取菌群DNA,通过Illumina MiSeq测序平台进行16S r DNA测序分析。使用R软件和QIIME对测序结果进行物种注释分析,Alpha多样性及Beta多样性分析,系统进化分析,关联性统计分析,功能预测分析等。血清短链脂肪酸测定,采用气相色谱联合火焰离子检测法(GC-FID)进行分析。SCFAs标准品包括乙酸,丙酸,正丁酸,异丁酸,正戊酸及异戊酸。收集小鼠各肠道部位,测量记录各部位长度及重量。肠道组织形态采用光学显微镜观察,肠道组织经4%多聚甲醛固定、石蜡包埋、切片后分别采用苏木精/伊红染色(H&E)实验,使用Leica显微系统获得图像进行盲法评估。研究结果:1)酶解显著降低了KGM的相对分子量,将未处理KGM的分子量从×108数量级分别降至×106和×104道尔顿,但主链结构无明显改变。2)实验结束时,与对照组相比,其余四个运动组的小鼠体重均有一定增加。与过度训练组和未水解KGM组相比,添加酶水解KGM(KGM-e1和KGM-e2)的两组体重增加更多。3)实验结束时,过度训练组小鼠最大瞬间上肢抓力较对照组显著降低,而添加KGM,KGM-e1和KGM-e2均可显著增加最大瞬间上肢抓力,其中KGM组和KGM-e1组较KGM-e2增加更多,达到与对照组持平。过度训练组小鼠的最长跑步时间较对照组显著下降,而添加KGM,KGM-e1和KGM-e2均可显著增加最长跑步时间,其中KGM组较KGM-e1组和KGM-e2增加更多,超过对照组水平。4)最后一次训练三天后测定血浆中肌酸激酶(CK)活力、游离血红蛋白(FHb)和尿素氮(BUN)浓度,结果显示,与对照组相比,过度训练引起CK活力显著升高,添加KGM,KGM-e1和KGM-e2均可显著降低肌酸激酶活力,但三种干预物组间无显著差异。与对照组相比,过度训练引起FHb浓度显著增加,添加KGM,KGM-e1和KGM-e2均可显著降低游离血红蛋白浓度,其中KGM-e1和KGM-e2较KGM组降低更加明显。与对照组相比,过度训练引起尿素氮浓度显著降低,这可能与机体蛋白合成超量增加有关,而仅KGM组BUN较过度训练组显著升高。5)肠道组织学结果显示,过度训练可引起肠道长度增长。与对照组相比,过度训练组的小肠和大肠长度均有显著增长。添加KGM,KGM-e1和KGM-e2则减少了由过度训练引起的肠道增长。苏木精/伊红染色实验(H&E)结果显示,过度训练导致结肠细胞炎性浸润增加,添加KGM、KGM-e1和KGM-e2均可显著改善过度训练引起Hereditary anemias的组织炎性变化。6)肠道内容物菌群结构分析结果显示,过度训练显著改变了肠道菌群组成和代谢功能。7)测定小鼠粪便和血浆中短链脂肪酸浓度的结果显示,过度训练及不同分子量的魔芋多糖添加对粪便和血浆中短链脂肪酸的浓度影响不同。一方面,过度训练可显著增加粪便中乙酸、丙酸、丁酸和总短链脂肪酸的浓度,但添加KGM、KGM-e1和KGM-e2均未进一步增加单个或总的短链脂肪酸浓度。另一方面,过度训练未显著增加血清中单个或总的脂肪酸浓度,但添加KGM显著增加了乙酸和总的脂肪酸浓度。研究结论:过度训练可引起肠道菌群结构和功能失调,并且引起运动表现下降,不同分子量的魔芋葡甘聚糖显示出不同程度的肠道菌群结构和功能改善作用,并提升了小鼠运动表现,并且具有更高分子量的魔芋葡甘聚糖显示出的效果更佳。该研究为魔芋葡甘聚糖作为运动营养补充剂用于调节运动员肠道菌群结构及功能和促进运动表现提供了理论基础和应用依据。