《Journal of Advanced Research》：Lactobacillus plantarum AR113 alleviates Western Diet-Induced colitis and liver injury via bidirectional modulation of the Intestinal-Hepatic FXR signaling axis
编辑推荐：
为解决西式饮食（Western diet， WD）如何加剧结肠炎及相关肝损伤的病理机制不明，以及益生菌在此过程中的作用尚未阐明的问题，研究人员以植物乳杆菌AR113（Lactobacillus plantarum AR113）为对象，围绕胆汁酸代谢与法尼醇X受体（Farnesoid X Receptor， FXR）信号轴开展了主题研究。结果表明，AR113能通过双向调节肠-肝FXR信号，恢复胆汁酸肝肠循环稳态，并促进次级胆汁酸脱氧胆酸（DCA）转化为微生物共轭胆汁酸（MCBAs），从而缓解肠道炎症与肝脏损伤。这一发现为研发针对炎症性肠病（IBD）及其并发症的新疗法提供了理论基础。
在现代社会，高糖、高脂、低纤维的西式饮食习惯正成为众多健康问题的幕后推手，尤其与肠道炎症和肝脏损伤的发生发展密切相关。我们体内的胆汁酸，本应作为胆固醇的“搬运工”和重要的信号分子，在肝脏合成后进入肠道，再通过门静脉被回收至肝脏，形成稳定的“肝肠循环”。然而，当西式饮食遇上肠道炎症，这个精密的循环系统就可能陷入紊乱。大量研究证实，胆汁酸，特别是由肠道微生物代谢产生的次级胆汁酸脱氧胆酸（Deoxycholic Acid, DCA），其水平异常升高会破坏肠道屏障、诱发炎症，甚至“肝肠共患”，导致肝脏也发生病变。法尼醇X受体（Farnesoid X Receptor, FXR）作为调控胆汁酸代谢的核心“指挥官”，其在肠道和肝脏的功能失衡被认为是这一系列病理变化的关键环节。那么，有没有办法能“拨乱反正”，重塑肝肠轴的稳态呢？益生菌，特别是能够耐受胆汁盐的特定菌株，展现出了令人期待的潜力。来自上海理工大学健康科学与工程学院的邵俊霖、赵迪等研究人员，就在《Journal of Advanced Research》上发表了一项研究，深入探究了植物乳杆菌AR113（Lactobacillus plantarum AR113）如何通过调控这条关键的“肝肠对话”通路，来对抗西式饮食加重的结肠炎与肝损伤。
为了回答上述科学问题，研究者们设计了一系列严谨的体外与体内实验。在方法学上，他们首先构建了高脂、高糖、低纤维的西式饮食（Western Diet, WD）喂养联合右旋葡聚糖硫酸钠（Dextran Sulfate Sodium, DSS）诱导的结肠炎小鼠模型，以模拟人类因不良饮食习惯加剧炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease, IBD）的复杂病理状态。同时，团队利用基因工程技术，构建了缺失关键基因 bsh1的AR113突变株（Δbsh1）以及过表达该基因的工程菌株（p-bsh1），用以探究胆汁盐水解酶（Bile Salt Hydrolase, BSH）在AR113功能中的作用。通过口服灌胃给予小鼠AR113活菌、外源性DCA或腹腔注射FXR特异性激动剂GW4064等不同干预，系统评估了结肠炎严重程度、肝脏损伤指标、胆汁酸谱、FXR信号通路关键分子表达、肠上皮细胞凋亡及肠道屏障功能等。此外，研究还运用了细胞模型，在体外验证了特定胆汁酸在炎症环境下对肠上皮细胞的促凋亡作用。样本分析技术则包括液相色谱-串联质谱联用（LC-ESI-MS/MS）靶向胆汁酸代谢组学分析、实时荧光定量PCR（qPCR）、蛋白质免疫印迹（Western Blot）、免疫荧光染色和流式细胞术等，全方位解析了AR113的作用机制。
研究结果
1. 结肠炎加剧西式饮食小鼠胆汁酸肝肠循环异常
研究首先证实，西式饮食本身足以引发小鼠脂代谢紊乱和全身性炎症反应。更重要的是，当西式饮食喂养的小鼠再叠加DSS诱导的结肠炎后，其肠道和肝脏损伤症状显著加剧。分析发现，WD-DSS小鼠的肝脏总胆汁酸水平下降，而粪便中总胆汁酸水平上升，提示胆汁酸的肝肠循环被破坏。这种循环的断裂导致胆汁酸在肠道积累，过度激活肠道FXR信号，同时肝脏因胆汁酸回流量减少而导致FXR信号被抑制，其下游靶基因小异源二聚体伴侣（Small Heterodimer Partner, SHP）表达下调，而胆汁酸合成限速酶CYP7A1表达上调。此外，肝脏的脂质沉积和炎症标志物（如TNF-α、SREBP-1C）也显著升高，揭示了脂代谢紊乱与炎症反应之间的恶性循环。
2. bsh1基因在AR113缓解结肠炎和肝损伤中的作用
研究团队前期工作已发现AR113能缓解结肠炎炎症，其中bsh1基因是关键。在本研究中，过表达bsh1的菌株（p-bsh1）在体外表现出更强的BSH酶活性。动物实验表明，AR113野生株能有效改善WD-DSS小鼠的结肠炎症状（如降低疾病活动指数DAI、增加结肠长度、减少髓过氧化物酶MPO活性）、增强结肠黏液分泌、减轻肝脏系数、改善肝脏脂肪变性和炎症、并提高小鼠存活率。缺失bsh1的突变株（Δbsh1）则基本失去了这些保护作用，而过表达株（p-bsh1）的效果与野生株相当，提示bsh1基因是AR113发挥功能的核心，且其作用可能已达平台期。
3. AR113恢复结肠炎小鼠的肝脏FXR活性
基因和蛋白水平分析显示，WD-DSS小鼠肝脏中FXR及其下游靶基因SHP、PPAR-α的表达显著下调，而CYP7A1、CYP8B1及脂质生成因子SREBP-1C、FAS、ACC的表达上调，同时NF-κB炎症通路被激活。AR113干预能有效逆转这些变化，恢复肝脏FXR活性，抑制CYP7A1介导的胆汁酸过度合成，并减轻肝脏炎症。这种调控作用在Δbsh1菌株处理组中消失，而在p-bsh1菌株处理组中得以保留，进一步证实了bsh1基因在此过程中的必要性。
4. AR113恢复结肠炎小鼠的胆汁酸肝肠循环
有趣的是，与肝脏相反，WD-DSS小鼠结肠中的FXR及其下游信号分子FGF15表达异常升高，NF-κB通路也被激活，表明肠道FXR被过度激活。AR113干预能显著抑制结肠FXR-FGF15轴和NF-κB通路的激活。胆汁酸谱分析显示，AR113显著降低了血清和粪便中的促炎性次级胆汁酸DCA水平，同时提升了具有抗炎潜力的胆汁酸如牛磺熊去氧胆酸（Tauroursodeoxycholic Acid, TUDCA）和牛磺-β-鼠胆酸（Tauro-β-muricholic acid, T-β-MCA）的水平。相关性分析发现，DCA水平与肠道炎症指标（TNF-α, IL-1β, MPO）呈正相关，而TUDCA和T-β-MCA则与之负相关。这些结果说明，AR113通过调节胆汁酸组成，抑制了肠道FXR的过度激活，促进了胆汁酸向肝脏的回流，从而恢复了肝肠循环的稳态。
5. 激活肝脏FXR可部分恢复表型，而DCA加剧结肠炎症状
为了验证FXR的核心作用，研究者使用了FXR激动剂GW4064。腹腔注射GW4064激活肝脏FXR后，改善了WD-DSS小鼠的生存率、减轻了结肠炎和肝损伤症状，并部分恢复了胆汁酸循环。相反，直接灌胃给予外源性DCA则加剧了结肠炎和肝损伤，恶化了胆汁酸循环障碍，并进一步抑制了肝脏FXR活性。这直接证明了恢复肝脏FXR活性和降低DCA水平是缓解疾病的关键。
6. DCA在炎症环境中促进肠上皮细胞凋亡
体外细胞实验揭示了DCA的毒性作用机制。在正常条件下，DCA对肠上皮细胞（Mode-K细胞）凋亡影响不大。然而，在炎症因子TNF-α或脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）存在的环境下，DCA会显著上调促凋亡蛋白Bax和Cleaved Caspase-3的表达，诱导细胞发生大量凋亡。而T-β-MCA和TUDCA则未表现出明显的促凋亡作用。这表明，在结肠炎的炎症背景下，异常积累的DCA会协同炎症因子，对肠上皮屏障造成致命打击。
7. AR113增强肠上皮细胞的胆汁酸解毒能力并将DCA转化为MCBAs
研究发现，WD-DSS小鼠肠道中负责胆汁酸解毒的关键基因（如Cyp3a13, Cyp2c55, Sult1d1）表达下调，同时紧密连接蛋白（ZO-1, Occludin）和上皮细胞粘附分子（EpCAM）表达减少，肠道屏障受损。AR113干预能显著上调这些解毒基因的表达，并增强肠道屏障完整性。而Δbsh1菌株和DCA处理则无此效果甚至起反作用。机制上，AR113所携带的bsh1基因编码的BSH1蛋白，不仅具有水解活性，还表现出胺N-酰基转移酶活性。体外酶促反应证实，BSH1能将DCA转化为多种微生物共轭胆汁酸（Microbially Conjugated Bile Acids, MCBAs）。这为AR113降低DCA毒性提供了一条直接的生化途径。
研究结论与讨论
本研究系统阐释了植物乳杆菌AR113缓解西式饮食加重型结肠炎及并发肝损伤的多层次作用机制。其核心在于AR113通过其bsh1基因产物，对肠-肝FXR信号轴进行“双向精准调控”：在肠道，它通过增强胆汁酸解毒、修复屏障、并将有害的DCA转化为其他形式（如MCBAs），来抑制因胆汁酸累积导致的FXR过度激活，打破“炎症-胆汁酸积聚-屏障破坏”的恶性循环；在肝脏，它通过促进胆汁酸回流，激活肝脏FXR-SHP信号，抑制CYP7A1介导的胆汁酸过度合成，从而改善肝损伤和脂质代谢紊乱。
这项研究的重大意义在于，它不仅揭示了西式饮食背景下胆汁酸代谢紊乱驱动肠-肝轴病变的新机制，更重要的是，指明了一种基于特定益生菌（AR113）及其功能基因（bsh1）的潜在治疗策略。该策略不是简单地补充或抑制，而是巧妙地“重塑”宿主-微生物共代谢网络，恢复肝肠对话的平衡。尽管研究存在模型性别单一、未完全模拟临床所有症状等局限，且MCBAs等新型胆汁酸衍生物的具体功能尚待深入探索，但这项工作无疑为开发以调节胆汁酸代谢和FXR通路为靶点的、用于炎症性肠病及其肝并发症的益生菌疗法或相关功能产品，提供了坚实的临床前证据和全新的思路。源自传统发酵食品泡菜的AR113菌株，其天然来源也为未来的转化应用增添了安全性优势。
