阿拉伯半乳聚糖与Bacteroides thetaiotaomicron的共生组合可改善小鼠的溃疡性结肠炎症状

《Food Research International》：A synbiotic combination of arabinogalactan and Bacteroides thetaiotaomicron ameliorates ulcerative colitis in mice

炎症性肠病（IBD）的合成生物干预研究显示，阿拉伯木聚糖（AG）与普雷沃德甲烷短杆菌（BT）组合能减轻DSS诱导结肠炎小鼠的炎症症状，调节肠道菌群结构（增加有益菌如Lachnospiraceae，抑制致病菌如Streptococcus），重塑代谢谱（增强赖氨酸和脯氨酸代谢），并通过相关性分析揭示菌群与代谢物与炎症参数的关联机制。

　　

张珊珊|孙永刚|李宇豪|陈春华|聂少平

中国食品科学与资源国家重点实验室、中加食品科学技术联合实验室、江西省生物活性多糖重点实验室、南昌大学，南昌330047，中国

摘要

炎症性肠病（IBD）是一种与过度炎症和肠道微生物群失调相关的慢性疾病。合生元干预代表了一种新型的IBD管理策略。然而，仍迫切需要确定新的合生元组合，并阐明它们对微生物结构和代谢谱的影响。本研究调查了阿拉伯半乳聚糖（AG）和Bacteroides thetaiotaomicron（BT）组合在硫酸葡聚糖钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎模型中的治疗潜力。AG-BT治疗改善了与结肠炎相关的表型，减少了肠道炎症，并促进了与肠道屏障相关的蛋白质的表达。它们通过增加未分类的Lachnospiraceae和Oscillospira等有益细菌的丰度来调节肠道微生物群组成，同时抑制了Streptococcus和Ruminococcus等潜在致病细菌的丰度。值得注意的是，AG-BT重塑了肠道代谢谱，增强了精氨酸和脯氨酸代谢及精氨酸生物合成的代谢途径，并提高了精氨酸水平。相关性分析揭示了结肠炎相关参数、微生物群和代谢物之间的关联。这些发现突显了AG-BT作为合生元候选物在管理IBD和改善肠道健康方面的潜力，同时也为AG在食品和制药行业的应用提供了新的见解。

引言

炎症性肠病（IBD）以肠道炎症和黏膜损伤为特征，主要分为克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC）（Xavier & Podolsky, 2007）。IBD的临床表现包括腹痛、腹泻和直肠出血，严重影响了患者的生活质量（Neurath, 2014）。由于患病率的增加，IBD已成为一个重要的全球公共卫生问题（Kaplan & Windsor, 2021）。尽管IBD的精确发病机制尚未完全阐明，但越来越多的证据表明它与肠道屏障破坏、肠道微生物群失调和异常免疫反应密切相关（Iliev et al., 2025; Vila et al., 2024）。目前，包括氨基水杨酸盐、皮质类固醇和免疫抑制剂在内的药物干预是IBD治疗的主要手段。然而，这些药物存在诸多局限性，如停药后高复发率、由于严重副作用导致的长期依从性差以及显著的副作用（Baumgart & Le Berre, 2021; Raine & Danese, 2022）。合生元被定义为含有活微生物和宿主微生物选择性利用的底物的混合物，能够为宿主带来健康益处，已成为一种有前景的治疗和预防策略，在调节肠道微生物群和缓解IBD方面显示出巨大潜力（Jadhav et al., 2023; Swanson et al., 2020）。

许多研究报道了各种合生元对肠道健康的保护作用。例如，半乳寡糖和Limosilactobacillus reuteri的合生元组合已被证明可以促进Bacteroides acidifaciens的生长并增加肠道中C15:0的水平，从而减轻肠道炎症（Wu et al., 2024）。Lentinula edodes副产品和Lactobacillus plantarum LP90的合生元已被证明可以减少肠道炎症，增强紧密连接蛋白的表达，调节微生物群结构，并维持肠道稳态（Xue et al., 2023）。此外，小麦麸皮阿拉伯木聚糖和L. reuteri的组合通过调节氨基酸代谢和重塑肠道微生物群来缓解结肠炎症状（Zhou et al., 2024）。另外，阿拉伯半乳聚糖、木糖寡糖和Lactobacillus paracasei B21060的组合在改善儿童急性腹泻方面显示出临床疗效（Passariello et al., 2012）。

阿拉伯半乳聚糖（AG）主要存在于落叶松、枸杞和辣木叶等植物中，具有显著的益生元作用和肠道免疫调节作用（Cao et al., 2021; Gu et al., 2024; Zhang, Sun, et al., 2024）。落叶松来源的AG是一种复杂的高分支多糖，主要由（1?→?3）连接的β-D-Galp骨架和（1?→?6）连接的β-D-Galp侧链单元组成，某些位置可能存在阿拉伯糖基取代（Cheng et al., 2021）。它于2002年获得FDA作为食品添加剂的批准，并于2014年在中国被批准为新型食品成分，在食品和制药行业具有广泛的应用前景。多项研究记录了AG对肠道微生物群的影响。在健康个体中，补充落叶松来源的AG已被证明可以增加Bacteroidetes和Bifidobacterium的丰度（Chen et al., 2021）。同样，落叶松来源的AG也被证明可以显著增加正常大鼠肠道中的Bacteroides丰度（Nie et al., 2023）。此外，枸杞来源的AG已被证明可以通过增加Lachnospiraceae、Ruminococcaceae和Lactobacillaceae等有益细菌的丰度以及抑制Desulfovibrionaceae、Enterobacteriaceae和Helicobacteraceae等有害细菌来缓解DSS诱导的结肠炎（Mou et al., 2025）。临床研究表明，落叶松来源的AG可以增强免疫功能并提高对普通感冒的抵抗力（Dion et al., 2016）。然而，它也可能在某些人中引起腹胀和胀气，这可能与其对肠道微生物群的影响有关（Kelly, 1999）。因此，补充能够降解AG的有益细菌可能有助于增强其益生元效果并提高对AG的耐受性。Bacteroides thetaiotaomicron（BT）对AG的直接降解作用已有大量报道（Cartmell et al., 2018; Li et al., 2021）。近年来，BT补充剂对肠道健康的益处逐渐得到认可（Zou et al., 2024）。然而，AG和BT联合干预对肠道稳态的影响仍有待探索。

鉴于AG和BT在缓解肠道炎症方面的潜力，以及AG可以作为BT的可降解底物，本研究旨在探讨包含AG和BT的合生元配方对硫酸葡聚糖钠（DSS）诱导的结肠炎的治疗效果。我们还旨在评估这种合生元对肠道微生物群和代谢组的影响，从而部分阐明AG-BT组合的缓解机制。这些发现可能为合生元的发展提供新的见解，并为IBD的管理提供新的视角。

材料与试剂

阿拉伯半乳聚糖（AG）来源于落叶松（Larix gmelinii）木材（纯度≥80%），购自Sigma-Aldrich（产品编号10830）。B. thetaiotaomicron NSP011（GDMCC65944）由广东省微生物菌种保藏中心提供。DSS购自MP Bio（加州圣安娜）。髓过氧化物酶（MPO）检测试剂盒、TNF-α检测试剂盒和IL-6检测试剂盒购自Fomos（南京，中国），BCA检测试剂盒购自Beyotime（上海，中国）。Claudin-1、Occludin、ZO-1和Muc-2的抗体

AG-BT缓解小鼠DSS诱导的结肠炎症状

为了研究AG与BT联合使用对小鼠DSS诱导的结肠炎的影响，我们通过灌胃给小鼠施用AG、BT和AG-BT组合，并在最后一周用3%的DSS溶液诱导结肠炎（图1A）。qPCR分析证实了B. thetaiotaomicron的成功定植（图S1）。与先前的研究一致（Li, Li, et al., 2025; Wu et al., 2021），小鼠在DSS处理后的第4天到第7天体重持续下降。

结论

在本研究中，我们证明了AG和BT的联合干预显著改善了DSS诱导的急性结肠炎。合生元治疗降低了促炎细胞因子的水平，同时增强了紧密连接蛋白（特别是Claudin-1和ZO-1）的表达。它还保护了肠道上皮结构和杯状细胞，并促进了Muc-2的分泌。此外，AG-BT增加了潜在有益细菌的丰度，包括未分类的

CRediT作者贡献声明

张珊珊：撰写——原始草稿、方法学、实验设计。孙永刚：撰写——审阅与编辑、实验设计。李宇豪：实验设计。陈春华：软件处理、数据管理。聂少平：监督、资金获取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金国际合作研究重点项目（32120103012）、国家自然科学基金（32402115）、江西省科技项目（20232BCD44003）、江西省自然科学基金（20252BAC200647, 20252BAC200645）和中国博士后科学基金（2025?T180821）的支持。图形摘要由BioRender.com生成。