《Bioorganic Chemistry》：Multi-omics integrative analysis elucidates the anti-inflammatory effects and underlying mechanisms of
Arthrospira platensis-derived peptides in ulcerative colitis
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溃疡性结肠炎（UC）治疗研究：海洋肽P1通过多组学机制调节肠道菌群、抑制氧化应激和NF-κB信号通路发挥抗炎作用。
Fanghao Yang|Fenghua Xu|Yun Zhang|Huhu Zhang|Ziyuan Wen|Mohan Su|Chunjuan Yu|Yiming Wang|Lina Yang|Chunxiao Shi|Maosheng Xin|Shanshan Zhang|Bing Li
青岛大学基础医学院遗传学与细胞生物学系，中国青岛266071
摘要
炎症性肠病（IBD），尤其是溃疡性结肠炎（UC），由于现有治疗方法的治疗效果有限和不良反应，仍然是一个全球性的健康挑战。海洋来源的肽因其结构多样性和生物活性而受到关注，有望成为新型治疗手段。Arthrospira platensis来源的肽P1显示出抗炎潜力，值得进一步研究其在UC中的作用机制。本研究旨在通过多组学整合方法，探讨P1在DSS诱导的UC小鼠模型中的治疗效果和分子机制。C57BL/6J小鼠通过3.5% DSS诱导UC模型，P1或5-ASA连续给药7天。系统分析包括肠道微生物群分析（16S rRNA测序）、转录组学、蛋白质组学、组织病理学、氧化应激检测、RT-qPCR和Western blotting。P1恢复了肠道微生物群多样性，抑制了Akkermansia菌属，同时富集了Rikenellaceae和Prevotella菌属。它通过减少ROS/MDA和增强SOD/CAT/GSH-Px活性来减轻氧化应激，通过TUNEL检测缓解细胞凋亡，并通过上调ZO-1/Occludin修复上皮屏障完整性。多组学整合显示P1对PPAR和NF-κB通路具有双重调节作用：PPARγ激活增强了脂质代谢基因（pparγ, hmgcs1），同时抑制了NF-κB信号通路（nf-κb, tnf-α, il-1β），这通过降低p-P65和iNOS水平以及提高IκBα水平得到验证。P1还下调了促炎细胞因子（TNF-α, IL-6, IL-17）并增加了IL-10。这些结果表明，P1通过调节微生物群、减轻氧化应激、修复屏障以及调节PPAR/NF-κB通路来缓解UC，使其成为IBD的多靶点治疗候选物。本研究为基于肽的精准结肠炎管理策略提供了机制基础。
引言
炎症性肠病（IBD）是一种由异常免疫反应驱动的慢性肠道炎症性疾病，主要包括两种亚型：溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）[1]。UC是一种特发性、复发-缓解型的胃肠道疾病，其特征是结肠黏膜上皮损伤和肠道稳态紊乱。临床表现包括体重下降、腹痛、血性黏液腹泻和直肠萎缩，严重影响患者的生活质量[2]。全球范围内，UC的发病率高于CD，尤其是在亚洲国家，其发病率和患病率是CD的两倍，这使得UC成为胃肠病学研究的关键焦点[3]。尽管UC的确切病因尚不清楚，但越来越多的证据表明遗传易感性、环境因素、肠道微生物群失调和免疫反应失调之间存在相互作用[4]。
高通量测序、高分辨率质谱和生物信息学的进步开启了多组学研究的新时代，使得能够系统地探索UC的分子变化[5]。常用的方法包括16S核糖体RNA（rRNA）扩增子测序，该方法可以识别细菌微生物组的属或门水平的变化。然而，这种方法无法解析物种水平的动态变化，从而限制了对微生物在UC发病机制中作用的理解[6]。转录组学（RNA测序）可以捕捉基因表达变化，但由于翻译调控、翻译后修饰和蛋白质周转率，mRNA水平往往与蛋白质丰度不完全相关[7]。蛋白质组学可以直接量化蛋白质表达，但需要与转录组数据结合以解析调控层次[8]。
RNA-seq和蛋白质组学数据的综合分析提供了互补的信息，转录本丰度和蛋白质水平可以作为相互验证的标准，提高高通量结果的可靠性[9]。多组学整合有助于全面探讨疾病机制、识别生物标志物，并在炎症发作期间表征微生物群失调，从而推进对UC发病机制的理解和治疗靶点的发现[10]。
尽管在阐明UC机制方面取得了进展，但有效的治疗方法仍然有限。目前的主要治疗方法——5-氨基水杨酸（5-ASA）、皮质类固醇和免疫抑制剂——效果不佳且具有剂量依赖性的不良反应[11]，这凸显了迫切需要更安全、更有效的治疗方案。海洋生态系统已成为生物活性化合物的宝库，其中海洋来源的肽因其结构多样性、高安全性和优异的生物利用度而受到重视[12]。这些肽从海洋软体动物、细菌、真菌和微藻中提取，具有抗氧化[13]、抗炎[14]和抗结肠炎[15]活性。我们的研究团队之前从螺旋藻中分离出了多种抗氧化[16]和抗帕金森病[17]活性肽段。其中，生物活性肽P1是从Arthrospira platensis的C-藻蓝蛋白经胃蛋白酶、胰酶和其他蛋白酶依次消化后获得的[16]，证实了其对胃肠道消化的稳定性。P1表现出强抗炎特性，可能成为UC治疗的潜在候选药物。
本研究在Dextran硫酸钠（DSS）诱导的UC小鼠模型中探讨了P1的治疗效果和机制。通过整合肠道微生物群分析（16S rRNA测序）、转录组学（RNA-seq）和蛋白质组学，阐明了P1介导的肠道炎症缓解机制。通过桥接微生物生态学、基因/蛋白质表达动态和功能验证，本研究为将P1开发为新型抗UC药物提供了理论基础，并推动了IBD精准医疗策略的发展。
肽的合成与质量控制
肽P1批次的纯度（98%）和分子量分别通过分析型RP-HPLC和质谱进行了确认（补充图S1）。
DSS诱导的UC小鼠模型的建立
雄性SPF级C57BL/6J小鼠购自济南鹏跃实验动物有限公司。这些动物在标准化的饲养条件下饲养，光照周期为12小时，环境温度控制在23±1°C，相对湿度保持在40%至60%之间。所有动物均可自由获取
肽P1的体内安全性评估
通过组织病理学和生化分析系统评估了肽P1的体内安全性。HE染色显示，在低、中、高剂量P1处理组中，心脏、肝脏、脾脏、肺、肾脏或结肠组织未见显著病理变化。主要观察结果包括：
1)心脏组织：心肌细胞排列整齐，边界清晰。
2)肝脏组织：肝小叶结构完整，中央部分清晰可见
讨论
本研究阐明了肽P1在DSS诱导的UC小鼠模型中的多方面抗炎机制。通过整合多组学分析（16S rRNA测序、转录组学和蛋白质组学）以及功能验证（如组织病理学、生化检测、RT-qPCR和Western blotting），我们证明了P1通过调节肠道微生物群失调、抑制氧化应激和细胞凋亡来缓解UC症状。
结论
总之，本研究通过系统验证肽P1的调节微生物群、抗氧化、抗凋亡和保护屏障的特性，证明了其作为UC治疗候选物的潜力。转录组学和蛋白质组学数据关于PPAR/NF-κB通路相互作用的发现揭示了一种新的机制，即代谢和炎症通路协同调节以缓解结肠炎。这些发现不仅加深了我们对UC发病机制的理解，也为未来研究奠定了基础。
作者贡献声明
Fanghao Yang：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、资源获取、数据整理。Fenghua Xu：资源获取、数据整理、概念构思。Yun Zhang：方法学设计、数据整理。Huhu Zhang：资源获取。Ziyuan Wen：正式数据分析。Mohan Su：资源获取。Chunjuan Yu：正式数据分析。Yiming Wang：软件使用。Lina Yang：数据整理、概念构思。Chunxiao Shi：方法学设计。Maosheng Xin：方法学设计。Shanshan Zhang：方法学设计、概念构思。Bing Li：撰写——
财务支持
本研究得到了国家自然科学基金（编号81871231）、山东泰山学者青年专家计划（编号tsqn202103056）、山东省自然科学基金项目（编号ZR2023MH082）和青岛市自然科学基金重点项目（编号24-8-4-zrjj-8-jch）的支持。
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
