牛奶开菲尔饮品改善IL-10?/?小鼠肠道组织形态、减少炎症浸润及脱硫弧菌、增加乳酸杆菌

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Milk Kefir Beverage Improves Histomorphometry, Reduces Inflammatory Infiltrates and Desulfovibrio and Increases Lactobacillus in IL-10?/? Mice

本研究旨在评估牛奶开菲尔在炎症性肠病模型（IL-10基因敲除小鼠）中的作用。结果表明，摄入开菲尔可改善小肠组织形态特征，增加杯状细胞数量，减少炎症浸润，提高具有抗炎特性的短链脂肪酸（SCFAs）浓度，并调节肠道菌群（增加乳酸杆菌，减少脱硫弧菌）。这些发现提示开菲尔可能通过多种机制减缓炎症进程，为利用益生菌饮品管理肠道炎症性疾病提供了实验依据。

　　

引言

炎症性肠病（IBD）是一种慢性疾病，可影响胃肠道的任何部分，主要包括克罗恩病和溃疡性结肠炎。其发病机制复杂，与遗传、环境因素和肠道菌群失调有关。肠道菌群的组成和功能改变，如α细菌多样性降低和短链脂肪酸（SCFAs）产生减少，可影响疾病进展。在IBD的治疗策略中，益生菌的应用因其免疫调节和抗炎特性而备受关注。开菲尔是一种由“开菲尔粒”（一种细菌和酵母的复合共生体系）发酵制成的饮品，含有益生菌微生物，并可产生包括SCFAs在内的多种生物活性化合物，被认为具有潜在的健康益处。白细胞介素-10基因敲除小鼠会自发形成慢性肠道炎症，与人类IBD的组织病理学特征相似，是研究此类疾病的常用模型。因此，本研究旨在评估牛奶开菲尔饮品摄入对IL-10^?/?小鼠IBD相关参数的影响。

材料与方法

2.1 开菲尔饮品的制备

开菲尔粒源自巴西Vi?osa市传统消费的家庭。将开菲尔粒接种于商业UHT全脂牛奶中，在25°C ± 2°C下无搅拌发酵24小时，分离谷物后得到发酵饮品供动物干预使用。整个实验期间使用相同的开菲尔粒和发酵方案，确保饮品中乳酸菌和酵母的菌落形成单位稳定。

2.2 开菲尔近似组成与pH评估

对冻干后的开菲尔饮品进行了近似组成分析。结果显示，每100克饮品中含水分89克、碳水化合物4.50克、蛋白质3.20克、脂肪2.60克、灰分0.70克，总热量为53.80千卡。饮品pH值为4.03。作为对照的UHT牛奶营养成分依据厂商信息。

2.3 微生物学分析

通过平板计数法评估了开菲尔饮品中乳酸菌和酵母的存活数量，结果显示每克饮品中分别含有10⁸CFU的乳酸菌和10⁶CFU的酵母，符合可能具有益生菌特性的标准。

2.4 实验设计

将16只8周龄的C57BL/6J IL-10^?/?雄性小鼠随机分为两组：对照组灌胃0.4 mL UHT全脂牛奶，开菲尔组灌胃0.4 mL发酵开菲尔饮品（含2.4 × 10⁸CFU），干预持续4周。每周记录体重并收集粪便。实验结束后，处死动物，收集小肠和盲肠内容物用于分析。

2.5 小肠组织学分析

小肠组织经石蜡包埋、切片、H&E染色后，进行组织病理学评分（包括隐窝损伤、炎症严重程度和病变深度）和组织形态学测量（如绒毛表面积、高度、宽度，隐窝深度）。同时手动计数了每根绒毛的杯状细胞数量。

2.6 小肠和盲肠内容物中短链脂肪酸的定量

采用高效液相色谱法测定了小肠组织和盲肠内容物中乙酸、丙酸和丁酸的浓度。

2.7 肠道菌群组成分析

对干预首周和末周的粪便样本进行DNA提取，并通过Illumina HiSeq平台对16S rRNA的V3高变区进行测序，以分析菌群组成的变化。

2.8 统计分析

使用适当的参数或非参数检验比较组间差异，显著性水平设定为p < 0.05。

结果与讨论

体重变化：实验期间，两组小鼠体重变化存在阶段性差异。在第十周，对照组体重增加，而开菲尔组体重下降。实验末期，所有动物均出现体重减轻，提示自发性IBD的发展。

组织学与组织形态学结果：开菲尔干预显著降低了小肠的总组织病理学评分和炎症严重程度评分。开菲尔组的小肠组织保持了更接近正常的生理外观，绒毛均一，局灶性炎症浸润减少；而对照组则表现出组织损伤和肠上皮与固有层之间的大片炎症浸润灶。此外，开菲尔组的绒毛表面积、绒毛高度与宽度以及隐窝深度均有所增加。更重要的是，开菲尔组的杯状细胞数量显著高于对照组。

短链脂肪酸浓度：开菲尔干预增加了小肠组织中乙酸和丁酸的浓度。然而，在盲肠内容物中，两组间的乙酸、丙酸和丁酸浓度未发现显著差异。

肠道菌群组成：在门水平上，两组在实验初期和末期均存在拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门。开菲尔干预影响了菌群结构。在家庭水平上，开菲尔干预降低了脱硫弧菌科的相对丰度，而乳酸杆菌科仅在开菲尔组于干预第一周被检出并持续至实验结束。在属水平上，开菲尔干预后乳酸杆菌属增加，而脱硫弧菌属在对照组中的丰度高于开菲尔组。此外，对照组在干预4周后厚壁菌门与拟杆菌门的比值下降，而开菲尔组该比值上升，提示开菲尔有助于维持更有利的菌群平衡。

讨论：本研究中开菲尔的近似组成和微生物计数表明其可能具有益生菌特性。开菲尔对体重的影响可能与炎症状态有关。组织学结果表明，开菲尔能有效维持小肠结构，增加绒毛表面积和高度可能意味着消化吸收效率的提高。杯状细胞分泌的黏液是肠道屏障的重要组成部分，开菲尔增加其数量可能有助于加强黏膜防御。小肠中丁酸浓度的增加尤其重要，因为丁酸具有抗炎特性，能增强肠上皮细胞完整性、促进紧密连接、抑制促炎细胞因子并刺激杯状细胞产生黏蛋白。菌群分析显示，开菲尔增加了有益菌如乳酸杆菌，减少了与IBD相关的潜在有害菌如脱硫弧菌。脱硫弧菌是硫酸盐还原菌，其代谢产生的硫化氢可损害肠道黏膜屏障并诱发炎症。因此，开菲尔可能通过调节菌群，减少有害代谢产物的产生，从而减轻炎症。尽管观察到菌群组成变化，但盲肠SCFA浓度未变，这可能意味着被改变的细菌并非SCFA的主要生产者，或干预时间和剂量不足以显著改变这一特定功能。

结论

本研究表明，摄入全脂牛奶开菲尔饮品对IL-10^?/?小鼠的肠道健康和炎症参数产生了有益影响。开菲尔具有良好的营养和微生物学特征。其生物学效应包括：改善小肠组织形态，维持其生理结构，减少炎症浸润；增加杯状细胞数量；提高小肠内乙酸和丁酸的浓度。同时，开菲尔调节了肠道菌群，增加了乳酸杆菌科和乳酸杆菌属，减少了脱硫弧菌科和脱硫弧菌属，表明其能够促使菌群向更有利的方向转变。这些发现支持开菲尔作为一种潜在的功能性食品，在膳食管理肠道炎症性疾病方面具有应用前景。研究的局限性包括干预时间可能不足以引起盲肠SCFA浓度的变化，以及未采用功能宏基因组学等方法深入探究代谢途径。未来研究可探索更长的干预周期、不同开菲尔配方以及多组学整合分析，以进一步阐明其作用机制。