《Journal of Dairy Science》：Bifidobacterium breve and Lacto-N-neotetraose mediate gut microbiota-derived acetate to regulate defecation performance and intestinal barrier function in constipated mice
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本研究针对便秘这一重要公共卫生问题，探讨了益生菌短双歧杆菌（B. breve）与益生元乳糖-N-新四糖（LNnT）的协同作用。研究人员通过构建小鼠便秘模型，发现B. breve与LNnT联用可显著改善排便性能、调节胃肠肽与神经递质、促进肠道黏液分泌、重塑肠道菌群结构并提高乙酸和丙酸水平。进一步通过粪菌移植和短链脂肪酸干预实验证实，其改善便秘的作用依赖于肠道菌群，且主要由菌群衍生的乙酸所介导。该研究为开发以菌群-黏液-短链脂肪酸轴为靶点的便秘干预策略提供了新的理论依据。
您是否曾经历过排便困难的困扰？便秘，这个看似普通的问题，实则已成为影响广泛的公共卫生挑战。在亚洲太平洋地区，约有8.75%的人受其影响，而在西方国家，这一数字甚至高达27%。随着人口老龄化趋势加剧，便秘的患病率仍在持续攀升。目前，临床上主要依靠药物来增加粪便含水量和增强胃肠动力，但这些治疗方法往往伴随着不容忽视的不良反应。近年来，针对肠道微环境的干预策略，如使用益生菌、益生元或合生元，已成为缓解便秘的新兴研究方向。
在这片研究热土上，短双歧杆菌（Bifidobacterium breve）与乳糖-N-新四糖（Lacto-N-neotetraose, LNnT）的组合尤为引人注目。B. breve是一种从婴儿粪便中分离得到的益生菌株，具有调节肠道菌群和利用糖类的卓越能力。LNnT则是母乳中天然存在的中性寡糖，在中国、美国和欧洲均已获批作为食品配料。有趣的是，B. breve能够以LNnT作为碳源进行生长。然而，这两者联用是否能产生协同效应缓解便秘，其背后的机制又如何，科学界仍知之甚少。为了解决这些关键问题，哈尔滨大学单毅（Yi Shan）团队在《Journal of Dairy Science》上发表了最新研究成果，深入揭示了B. breve与LNnT联合使用如何通过调节“菌群-代谢物-黏液”轴来改善便秘。
为了回答这些科学问题，研究人员设计了一系列严谨的实验。他们首先使用4周龄雌性BALB/c小鼠，通过洛哌丁胺诱导建立便秘模型。这些小鼠被随机分为正常对照组、模型对照组、LNnT单独干预组、B. breve单独干预组以及B. breve+LNnT联合干预组。干预持续14天后，研究人员系统评估了各组小鼠的排便性能（包括胃肠传输率、胃排空率、首次黑便排出时间和粪便含水量）、血清中胃肠调节肽（胃泌素GAS、胃动素MLT、血管活性肠肽VIP）和神经递质（一氧化氮NO）的水平。此外，他们还通过免疫荧光观察了结肠黏液层结构，通过RT-qPCR检测了黏液相关基因（Muc2、Agr2、Muc1、Muc4、Muc13）的表达。肠道菌群组成通过16S rDNA测序进行分析，短链脂肪酸含量则采用气相色谱法进行测定。为了深入探究机制，研究还设置了独立的验证队列，通过粪菌移植和直接补充乙酸、丙酸的方式，评估了肠道菌群及其代谢产物在缓解便秘中的必要性。
B. breve+LNnT改善便秘小鼠的胃肠传输和排便状态
研究结果显示，与正常对照组相比，便秘模型组小鼠的胃排空率和胃肠传输率均显著降低。而经过LNnT、B. breve单独干预，特别是两者联合干预后，这些指标均得到明显改善，其中联合干预组的效果最为显著。在首次黑便排出时间和粪便含水量指标上，也观察到类似的变化趋势：模型组小鼠排便时间延长、粪便含水量下降，而各干预组，尤其是联合干预组，有效逆转了这些异常变化。这些结果初步证明B. breve与LNnT在缓解便秘方面存在协同作用。
B. breve+LNnT对便秘小鼠肠道蠕动相关物质的影响
肠道蠕动受多种胃肠调节肽和神经递质的精密调控。研究发现，便秘模型小鼠血清中兴奋性肽GAS和MLT的水平显著降低，而抑制性肽VIP和神经递质NO的水平则显著升高。经过B. breve+LNnT联合干预后，GAS和MLT浓度分别比模型组升高了1.54倍和0.78倍，VIP浓度则从493.67 ± 7.02 ng/L显著降低至336.67 ± 21.50 ng/L。这表明联合干预通过调节胃肠神经内分泌系统，恢复了促进肠道蠕动的动力平衡。
B. breve+LNnT通过调节肠道黏液分泌改善便秘
肠道黏液作为粪便的“润滑剂”和肠道屏障的“第一道防线”，在便秘的发生发展中扮演着关键角色。免疫荧光染色结果显示，正常对照组小鼠结肠内有丰富的黏液（MUC2）均匀分布在肠上皮细胞间，管腔表面可见连续的黏液层。而便秘模型组小鼠的结肠黏液显著减少，细胞间填充被破坏，结构化的管腔黏液层几乎消失。令人鼓舞的是，B. breve+LNnT治疗有效修复了黏液层，黏液分泌恢复，并重新形成了连续的管腔黏液层。在基因表达水平上，联合干预显著上调了黏液分泌关键基因Muc2及其伴侣蛋白基因Agr2的表达，同时也提高了膜相关黏蛋白基因Muc1、Muc4和Muc13的mRNA水平。这从分子层面解释了黏液分泌增加的机制。
B. breve+LNnT对便秘小鼠肠道菌群的影响
肠道菌群与黏液层之间存在密切的相互作用。16S rDNA测序分析发现，便秘导致小鼠肠道菌群的Chao1指数（反映物种丰富度）下降，而B. breve+LNnT干预逆转了这一趋势。在菌群组成上，联合干预显著提高了疣微菌门（Verrucomicrobiota）的相对丰度，并在属水平上富集了罗姆布茨菌（Ruminococcus）、双歧杆菌（Bifidobacterium）、泰泽氏菌（Tyzzerella）和罗斯氏菌（Roseburia）等潜在有益菌。线性判别分析效应大小（LEfSe）分析进一步鉴定出23个在联合干预组中显著富集的生物标志物类群。
B. breve+LNnT对便秘小鼠肠道短链脂肪酸含量的影响
短链脂肪酸是肠道菌群发酵膳食纤维等底物产生的重要有益代谢产物。气相色谱检测结果显示，与正常对照组相比，便秘模型组小鼠肠道内容物中的乙酸和丙酸含量显著降低。而B. breve+LNnT干预使乙酸和丙酸水平分别比模型组提高了74.36%和32.14%。相关性分析表明，罗斯氏菌和罗姆布茨菌与乙酸含量呈显著正相关。此外，乙酸与GAS、MLT以及所有检测的黏液基因（Agr2, Muc2, Muc1, Muc4, Muc13）均呈显著正相关，与VIP和NO呈显著负相关。丙酸也与MLT和黏液基因（除Agr2外）呈正相关，与VIP负相关。这些结果提示，菌群代谢产生的SCFA，尤其是乙酸，可能与黏液分泌和胃肠功能调节密切相关。
B. breve+LNnT依赖肠道菌群改善便秘
为了验证肠道菌群在介导合生元效果中的必要性，研究人员将经B. breve+LNnT处理的小鼠的肠道菌群通过粪菌移植给便秘小鼠。结果发现，接受移植的小鼠其胃肠传输率、胃排空率和粪便含水量均显著改善，首次黑便时间缩短，同时GAS和MLT水平上升，VIP水平下降。这表明B. breve+LNnT的便秘缓解作用确实依赖于完整的肠道菌群。
乙酸是B. breve+LNnT改善便秘的主要菌群衍生物
最后，研究通过直接给小鼠补充乙酸或丙酸，探究哪种SCFA是起效的关键物质。结果显示，乙酸补充能显著改善所有排便参数，并调节GAS、MLT、VIP和NO水平，其效果与粪菌移植相似。而丙酸补充虽然也能改善部分指标，但其效果弱于乙酸，且对MLT和NO无显著影响。这明确证实了乙酸，而非丙酸，是B. breve+LNnT发挥便秘缓解作用的主要菌群衍生代谢物。
综合以上研究结果，可以得出以下结论：短双歧杆菌与乳糖-N-新四糖联用能够产生协同效应，有效缓解洛哌丁胺诱导的小鼠便秘。其作用机制是通过调节肠道菌群结构，富集罗姆布茨菌、双歧杆菌、泰泽氏菌和罗斯氏菌等有益菌，进而增加菌群代谢产物乙酸（及部分丙酸）的产生。乙酸作为关键信号分子，一方面上调黏液相关基因（Muc2, Agr2, Muc1, Muc4, Muc13）的表达，促进肠道黏液分泌，修复黏液屏障，起到润滑和保护作用；另一方面调节胃肠肽（GAS, MLT, VIP）和神经递质（NO）的水平，恢复正常的肠道蠕动功能。该研究不仅揭示了益生菌与益生元协同作用的新机制，突出了肠道菌群及其代谢产物乙酸在维持肠道稳态中的核心地位，也为开发针对“菌群-黏液-短链脂肪酸”轴的便秘治疗新策略提供了坚实的理论依据和实验证据。未来研究可进一步在人体中验证该合生元的有效性，并考虑性别等因素对干预效果的可能影响。
