《Food Bioscience》：Recombinant Bovine Lactoferrin Ameliorates Cold Stress-Induced Immunosuppression by Modulating the Gut Microbiota in Mice
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肠道菌群稳态与肺炎症调控机制研究揭示重组牛乳铁蛋白（UBLF）通过恢复肠-肺轴功能改善冷应激免疫抑制，其作用涉及系统性炎症缓解（IL-6、IL-8、IL-1β、TNF-α显著降低）、免疫器官结构维护及肺指数改善（0.69% vs 1.16%），并伴随Akkermansia丰度提升及Firmicutes/Bacteroidetes比值调节（1.48→0.98）。
丁琳琳|孙海燕|徐轩怡|张宇|廖爱梅|侯银晨|黄继红|潘龙
河南省粮食资源保护与利用重点实验室，河南工业大学生物工程学院，郑州450001，中国
摘要
环境寒冷暴露会损害宿主的免疫力，因此需要有效的营养缓解策略。尽管牛乳铁蛋白（BLF）是一种强效的免疫调节剂，但其天然稀缺性限制了其大规模工业应用。本文评估了在Pichia pastoris中表达的可扩展重组牛乳铁蛋白（UBLF）的免疫保护效果及其机制。基于蛋白质组学分析表明其具有免疫调节潜力，我们采用了一种结合生理监测、血清免疫学和16S rRNA测序的寒冷应激小鼠模型来评估UBLF的活性。结果表明，预防性口服UBLF有效缓解了生理缺陷，防止了应激引起的体重下降（模型组体重增加量为0.38克），并减轻了低体温症状。通过下调血清中的IL-6、IL-8、IL-1β和TNF-α（P < 0.05），系统炎症显著减弱，同时增强了血清免疫球蛋白（IgG/IgA）水平，并保持了胸腺和脾脏的结构。重要的是，UBLF对肺部具有保护作用，显著降低了肺部指数（模型组为1.16%，而UBLF组为0.69%），并减轻了肺部病理变化，包括肺泡壁增厚和炎症细胞浸润。微生物组分析显示，UBLF通过恢复正常的微生物α多样性并降低Firmicutes/Bacteroidetes比例（从1.48降至0.98），改善了寒冷应激引起的肠道菌群失调。这种微生物恢复与有益菌属（尤其是Akkermansia）的选择性富集相吻合。总体而言，我们的结果表明，UBLF对抗寒冷应激引起的免疫抑制的保护作用与其同时恢复肠道微生物稳态和减轻肺部炎症有关，突显了肠道-肺部轴的潜在作用。因此，UBLF作为一种具有工业可扩展性的新型功能性食品成分应运而生，旨在通过肠道-肺部轴增强宿主的应激抵抗力。
引言
环境压力因素，特别是急性寒冷暴露，会严重破坏生理稳态并损害免疫功能，从而增加呼吸道感染的易感性（Wu等人，2023年）。这种由压力引起的免疫抑制构成了一个重要的公共卫生挑战，尤其是在脆弱人群中（Alotiby，2024年）。因此，旨在增强宿主免疫力的营养干预措施已成为一种有前景的非药物策略，以缓解这些不良生理后果。在这一领域，牛乳铁蛋白（BLF）作为一种普遍存在于哺乳动物乳汁中的铁结合糖蛋白，因其多种生物活性（包括强大的抗菌、抗炎和免疫调节特性）而受到广泛关注（Coccolini等人，2023年）。
然而，天然BLF的工业应用受到其天然来源稀缺性和提取及纯化过程中高昂经济成本的限制（Cui等人，2022年）。重组DNA技术为克服这些限制提供了可行的途径，促进了在异源表达系统中高效、可扩展地合成牛乳铁蛋白（Konadaka Sri等人，2025年）。在可用的平台中，甲基营养型酵母P. pastoris已被验证为生产重组牛乳铁蛋白（UBLF）的强大且成本效益高的宿主（Zhang等人，2025年）。尽管P. pastoris来源的UBLF的结构和生化特性已有充分记录，但其体内免疫保护效力及其作用的确切分子机制仍不完全清楚（Skoog等人，2025年）。
越来越多的证据强调了肠道-免疫轴在维持全身免疫稳态中的关键作用（Wang等人，2023年）。肠道微生物群与宿主免疫系统进行动态的双向交流，从而调节远端黏膜部位的免疫反应，包括呼吸道——这一机制被称为“肠道-肺部轴”（Haldar等人，2023年）。据推测，口服给药的生物活性膳食化合物通过重塑肠道共生微生物群的组成和代谢谱间接调节全身免疫（Skenderidou等人，2025年）。然而，UBLF是否通过调节这一肠道-肺部轴来发挥其免疫调节作用仍是一个关键的知识空白。
在这项概念验证研究中，我们评估了UBLF对抗寒冷应激引起的免疫抑制的免疫保护效果，并揭示了其潜在机制。为此，我们采用了综合多组学方法。首先，通过蛋白质组学和生物信息学分析预测UBLF的免疫调节功能。随后，建立了寒冷应激小鼠模型，以评估口服UBLF补充剂对全身炎症和主要免疫器官组织完整性的保护作用。此外，利用高通量16S rRNA测序来探究UBLF是否调节肠道微生物群结构，从而影响其免疫调节表型。我们假设UBLF通过恢复肠道微生物稳态来缓解应激引起的免疫抑制，进而增强宿主的免疫抵抗力。本研究提供了首个全面的体内证据，支持将UBLF开发为针对肠道-肺部轴的新型功能性成分。
实验动物
从北京华富康生物科技有限公司（中国北京）购买了4周大的雄性BALB/C小鼠（15-18克，n=90）。所有小鼠均经过认证为无特定病原体（SPF），认证编号为SYXK（北京）2021-0012。本研究中使用的主要试剂包括盐酸左旋咪唑（桂林南方医药，中国桂林）以及用于所有细胞因子、激素和免疫球蛋白分析的商业酶联免疫吸附测定（ELISA）试剂盒（MLBIO，中国上海）。
基于蛋白质组学的UBLF生物功能预测
为了阐明UBLF的潜在生物功能，我们采用了无标记定量蛋白质组学方法，并进行了基因本体论（GO）富集分析，重点关注生物过程（BP）类别（图S1）。定量分析显示，与先天防御和免疫调节相关的GO术语显著富集。具体而言，“免疫反应”是最显著富集的功能类别之一，包含16个鉴定出的蛋白质（P = 5.53
讨论
在这项研究中，我们提供了体外和体内证据，证明使用P. pastoris表达平台生产的UBLF可以缓解寒冷应激引起的免疫抑制，并与肠道-肺部轴的调节有关。基于蛋白质组学的UBLF免疫调节潜力预测得到了体内验证的支持，在该验证中，UBLF的效力与药物左旋咪唑相当。重要的是，空载体裂解物对照组中未观察到效果
结论
总之，本研究表明UBLF是一种强效的免疫调节剂，能够缓解寒冷应激引起的免疫抑制。其作用机制似乎是多模式的：我们的数据表明，UBLF促进了有利于抗炎菌属（如Akkermansia）的肠道微生物群重塑。这种微生物恢复与全身炎症的抑制和关键免疫器官完整性的保持具有统计学相关性。
CRediT作者贡献声明
廖爱梅：可视化、验证、监督、软件、资源、项目管理。张宇：方法学、研究、正式分析、数据管理、概念化。徐轩怡：可视化、验证、方法学、研究。潘龙：写作——审稿与编辑、写作——初稿、可视化、验证、监督、软件、资源、项目管理、方法学、研究、资金获取、正式分析、数据管理，未引用的参考文献
Fajgenbaum和June，2020年；He等人，2017年；Wang等人，2019年；Ziaka和Exadaktylos，2024年。资助
本项工作得到了河南工业大学的青年骨干教师培养计划、河南省重点研发项目（231111310700、241111310500）、由财政部和农业部及农村事务部资助的国家现代农业产业技术体系-木薯秸秆和副产品综合利用科学家项目（编号CARS-11-HNSHY）、海南省重点研发计划-关键技术研究的支持利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
