美洲大蠊糖蛋白通过调节氧化应激与肠道菌群缓解疲劳的作用与机制

《Scientific Reports》：Periplaneta americana glycoprotein alleviates fatigue through modulation of oxidative stress and gut microbiota

本研究针对全球日益突出的疲劳健康问题，探索了美洲大蠊糖蛋白（PAG）的抗疲劳潜力。通过模拟胃肠消化实验、运动性疲劳小鼠模型及肠道菌群测序等技术，发现PAG能显著延长小鼠力竭游泳时间，改善肝组织氧化损伤（提升SOD、GSH-Px活性，降低MDA水平），减少血清BUN、LDH、CK及肌肉LA积累，促进肝糖原（LG）和肌糖原（MG）储备，并调控肠道菌群结构（如增加阿克曼菌、双歧杆菌等有益菌丰度）和短链脂肪酸（SCFA）生成。相关性分析进一步揭示“菌群-SCFA-抗疲劳指标”的调控网络，为PAG作为抗疲劳功能食品或药物开发提供科学依据。

　　

疲劳，作为一种持续性的精力耗竭状态，不仅影响日常生活效率，更是多种慢性疾病（如阿尔茨海默病、肥胖、抑郁症）的潜在诱因。当前，抗疲劳药物种类有限且副作用明显，而运动性疲劳（EIF）的机制涉及氧化应激失衡、能量代谢紊乱及肠道菌群（GM）失调等多重因素。在此背景下，具有抗氧化、免疫调节等活性的天然大分子物质——糖蛋白，逐渐成为研究热点。美洲大蠊（Periplaneta americana, PA）作为一种传统药用昆虫，其提取物此前已被证实具有抗炎、抗氧化等功效，但其糖蛋白成分（PAG）的抗疲劳作用尚未明确。

为此，研究人员在《Scientific Reports》发表的最新研究中，系统探讨了PAG的抗疲劳效果及其机制。研究首先通过模拟胃肠消化模型评估PAG的体外抗氧化能力，发现其在肠道环境中能显著提升ABTS、羟自由基清除率及总还原能力。随后，通过建立小鼠力竭游泳模型，从行为学、生化指标、组织病理、菌群结构及代谢物等多维度验证PAG的抗疲劳作用。

关键技术方法

研究采用模拟胃肠液消化实验评价PAG的抗氧化稳定性；通过小鼠负重游泳实验评估运动耐力；利用生化试剂盒检测肝组织SOD、GSH-Px、MDA及血清BUN、LDH、CK等指标；采用16S rRNA测序分析肠道菌群组成；通过气相色谱-质谱（GC-MS）定量粪便短链脂肪酸（SCFA）含量。

研究结果

1. PAG的体外抗氧化活性

在模拟胃液中，PAG对ABTS自由基的清除率随浓度升高而增加，且在胃蛋白酶组中效果更显著（^**P < 0.01）。在肠液环境中，PAG的总还原能力及ABTS、羟自由基清除率均呈浓度依赖性提升，表明其经消化后仍保持稳定的抗氧化活性。

2. PAG对运动性疲劳小鼠的影响

PAG干预未影响小鼠生长发育，但显著延长力竭游泳时间（中、高剂量组游泳时间较对照组延长约27分钟）。肝组织H&E染色显示，PAG可减轻疲劳引起的肝细胞排列紊乱和胞质空泡化，保护肝功能。生化指标方面，PAG剂量依赖性地提升肝SOD、GSH-Px活性，降低MDA水平；同时减少血清BUN、LDH、CK和肌肉LA积累，并增加LG与MG储备。

3. PAG对肠道菌群及SCFA的调节作用

16S rRNA测序显示，PAG-H组肠道菌群结构与对照组明显分离。在门水平上，PAG上调厚壁菌门（Firmicutes）和疣微菌门（Verrucomicrobiota），降低脱硫菌门（Desulfobacterota）丰度；在属水平上，乳酸杆菌（Ligilactobacillus）、阿克曼菌（Akkermansia）和双歧杆菌（Bifidobacterium）等有益菌丰度增加，而脱硫弧菌（Desulfovibrio）等有害菌减少。LEfSe分析进一步证实PAG-H组以双歧杆菌为标志性菌群。此外，PAG显著提升粪便中乙酸、丙酸、丁酸等SCFA水平。

4. 菌群-SCFA-抗疲劳指标的相关性分析

Spearman分析表明，SCFA水平与MG、LG、SOD活性及游泳时间呈正相关，与LDH、BUN、MDA等负相关。丁酸与GSH-Px正相关，与CK、LA负相关。有益菌（如双歧杆菌）与抗疲劳指标正相关，而脱硫弧菌等与疲劳促进指标正相关。

结论与意义

本研究首次揭示PAG通过多通路协同发挥抗疲劳作用：①增强抗氧化酶活性，减轻氧化损伤；②调节能量代谢，促进糖原储备；③重塑肠道菌群结构，增加SCFA生成。这些发现为PAG作为抗疲劳功能食品或药物的开发提供了理论依据，也为天然糖蛋白在运动营养领域的应用开辟了新方向。未来需通过粪菌移植（FMT）等实验进一步验证菌群与疲劳缓解的因果关系，并探索其临床转化潜力。