比较基因组学研究表明： 长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）的BZG4亚种通过协同作用中的木寡糖（xylooligosaccharides）缓解小鼠的便秘症状

《Food Bioscience》：Comparative Genomics Reveals that Bifidobacterium longum subsp. longum BZG4 Alleviates Constipation in Mice via Synergistic Xylooligosaccharide

双歧杆菌长亚种BZG4通过携带独特XOS利用基因簇协同膳食纤维缓解便秘，机制涉及丁酸盐提升和肠神经系统修复。

　　

作者：郭雅欣、叶青秋、冯欣、李俊珠、何志辰、张明、郝艳玲、翟正元

中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083

摘要

便秘是一种常见的胃肠道疾病，影响所有年龄段的人群。益生菌在缓解便秘方面显示出疗效；然而，其疗效具有高度的菌株特异性，而这种异质性的遗传基础尚不清楚。本研究探讨了不同长双歧杆菌（Bifidobacterium longum subsp. longum）菌株在缓解便秘中的遗传决定因素和潜在机制。在三种用于洛哌丁胺诱导的便秘小鼠模型中的菌株中，只有BZG4显著缓解了便秘。比较基因组分析显示，独特的木寡糖（XOS）利用基因簇仅存在于BZG4菌株的染色体上，这一点通过其能够以XOS作为唯一碳源生长得到了进一步验证。BZG4与XOS的联合使用产生了协同效应，表现为粪便水分含量、5小时粪便排出量、全肠道传输时间和小肠推进率显著改善。从机制上讲，BZG4-XOS联合制剂通过调节肠道微生物群来增加粪便中的丁酸水平，从而恢复肠神经系统完整性，调节相关神经调节剂，并增强以Muc2为主的黏液和水分泌。这些发现确定了BZG4菌株特有的XOS基因簇作为缓解便秘的遗传基础，并为开发针对胃肠道运动障碍的精准合生制剂提供了遗传策略。

引言

慢性便秘是一种常见的胃肠道症状，其特征是排便频率低、排便困难及腹部不适（Bharucha & Lacy, 2020）。慢性便秘的病理生理学涉及结肠运动异常、神经系统形态改变以及肠道微生物群组成紊乱（Ohkusa, Koido, Nishikawa, & Sato, 2019）。多种因素，包括久坐生活方式、低纤维饮食、药物副作用以及代谢或神经系统疾病引起的并发症，都与便秘的全球发病率增加有关（Hong, Chen, & Liu, 2024; Yurtdas et al., 2020）。尽管刺激性泻药在临床实践中常被用作一线治疗药物，但其长期或过量使用可能导致结肠依赖性（Schiller, 2019; Wu et al., 2015）。因此，开发一种温和、安全且有效的长期管理干预策略至关重要。

便秘患者的肠道微生物群组成发生改变，有益细菌（如Faecalibacterium、Lactococcus和Roseburia）的数量减少，这与结肠传输速度加快有关（Parthasarathy et al., 2016）。值得注意的是，与来自健康捐赠者的粪便微生物群移植（FMT）相比，将便秘患者的微生物群移植到抗生素耗尽的小鼠体内会导致肠道运动减少和肠黏膜屏障破坏（Cao et al., 2017）。这项FMT实验表明，肠道微生物群失衡可直接导致便秘的发生。多项临床试验表明，益生菌补充可以调节肠道微生物群并显著改善便秘患者的生活质量（C. C. Zhang et al., 2020）。例如，Bifidobacterium longum subsp. longum BB536通过增加老年人排便频率来缓解便秘（Takeda et al., 2023）；Bifidobacterium animalis subsp. lactis HN019通过增加排便频率和减少用力程度来改善便秘（Ibarra, Latreille-Barbier, Donazzolo, Pelletier, & Ouwehand, 2018）。

元分析显示，不同菌株在缓解便秘方面的疗效存在显著差异（Miller, Zimmermann, & Ouwehand, 2016）。在Bifidobacterium adolescentis CCFM 626、667和669中，只有CCFM 669和667通过附着在肠上皮细胞上、体外表现出活跃生长以及增加粪便中的丙酸和丁酸水平来缓解便秘（L. L. Wang et al., 2017）。研究了五种来自不同系统发育群的Lactobacillus fermentum菌株对小鼠便秘的保护作用；只有L. fermentum YN54通过调节胃肠道肽和提高肠道短链脂肪酸水平显著加速肠道蠕动和增加小肠传输率（Liu et al., 2022）。此外，在五种B. longum subsp. longum菌株中，只有携带abfA基因簇的三种菌株通过利用阿拉伯糖产生乙酸来缓解便秘（C. C. Zhang et al., 2023）。这些发现表明，益生菌的健康益处具有高度的菌株特异性。

B. longum subsp. longum在多项研究中被证实具有缓解便秘的作用（Martínez-Martínez, Calabuig-Tolsá, & Cauli, 2017）。然而，不同菌株之间的显著功能差异强调了基于精确选择的必要性。本研究使用洛哌丁胺（LOP）诱导的小鼠模型评估了三种B. longum subsp. longum菌株的缓解便秘潜力。比较基因组分析和合生制剂干预实验表明，编码木寡糖（XOS）利用的基因簇是BZG4缓解便秘疗效的决定因素。这项研究为开发用于缓解便秘的益生菌和合生制剂提供了新的见解。

细菌菌株和生长条件

三种B. longum subsp. longum菌株（包括BZG4、BMDD2和BJQB4）从婴儿粪便中分离出来，并保存在中国农业大学的益生菌研究实验室。这些菌株最初在含有0.05%（w/v）L-半胱氨酸盐酸盐（MRSc）的De Man、Rogosa和Sharpe培养基中于37°C下厌氧激活24小时，然后传代三次。用于胃内给药的细菌细胞通过6000 g离心10分钟进行收获。

B. longum subsp. longum BZG4菌株在缓解便秘中的菌株特异性疗效

本研究调查了B. longum subsp. longum BZG4、BMDD2和BJQB4对洛哌丁胺（LOP）诱导的小鼠便秘的菌株特异性效应（图1A）。重要的是，所有三种菌株都携带abfA基因簇，该基因簇先前已被报道与B. longum菌株通过利用阿拉伯糖缓解便秘有关（C. C. Zhang et al. 2023）。在干预期间，五组之间的体重没有显著差异（图1B）。

讨论

便秘是一种普遍的健康问题，影响各个年龄段的人群，并伴有明显的心理困扰（Murray et al., 2020）。合生制剂已成为管理便秘的有前景的治疗策略（van der Schoot, Helander, Whelan, & Dimidi, 2022）。迄今为止，合生制剂主要是基于单独验证的功能成分设计的。例如，乳果糖在临床中已被广泛使用。

结论

本研究表明，B. longum subsp. longum BZG4的菌株特异性抗便秘疗效由其独特的XOS利用基因簇驱动。合理设计的BZG4-XOS合生制剂作为一种功能触发剂，能够特异性地增加有益细菌（如B. uniformis）的数量，从而调节微生物群结构，促进丁酸产生，恢复肠神经系统功能，增强黏液和水分泌，最终缓解便秘。

作者贡献声明

郝艳玲：写作——审稿与编辑，概念构思。翟正元：写作——审稿与编辑，监督。何志辰：研究。张明：监督，资源提供。冯欣：方法学。李俊珠：方法学。郭雅欣：写作——审稿与编辑，初稿撰写，研究，数据分析，概念构思。叶青秋：研究，数据管理

未引用参考文献

Song et al., 2023.

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。

数据可用性

数据可应要求提供。

资助

本工作得到了国家重点研发计划（编号：2022YFF1100100）和北京科技与商务大学食品风味与健康跨创新开放项目（编号：FFHCI-2025010）的财政支持。

利益冲突声明

作者声明他们与本研究工作没有利益冲突。我们声明我们没有任何可能影响本研究工作的商业或关联利益。

致谢

我们感谢中国农业大学的赵志、钟兆鹏和王宇琦，以及中国科学院遗传与发育生物学研究所的郝旭生博士在本研究规划期间提供的宝贵意见和批评性建议。