《Carbohydrate Polymers》：High-molecular weight hyaluronic acid protects against colitis by remodeling microbiota and restoring barrier function
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本研究系统评估了不同分子量透明质酸（LHA、MHA、HHA）在DSS诱导小鼠结肠炎模型中的疗效，发现HHA（3000 kDa）在改善临床症状、维护肠道屏障结构及抑制炎症因子（TNF-α、IL-1β、LPS）方面效果最佳，并通过16S测序和代谢组学揭示其通过调控肠道菌群（富集双歧杆菌、乳酸杆菌）和代谢稳态（增加维生素B6相关代谢物、脂肪酸）协同抑制NF-κB/PPARγ信号通路，且FMT实验证实其微生物组具有保护作用。
Xinwei Gao|Hao Huang|Litao Hu|Weiquan Ding|Zhiliang Hou|Ruirui Xu|Guochen Du|Zhen Kang
教育部碳水化合物化学与生物技术重点实验室，江南大学生物技术学院，中国无锡
摘要
透明质酸（HA）是治疗溃疡性结肠炎（UC）的有希望的候选物质，但其分子量（Mw）如何影响疗效以及与微生物群相关的机制尚未得到充分研究。在本研究中，我们系统评估了在不同分子量（LHA，2 kDa；MHA，300 kDa；HHA，3000 kDa）的透明质酸在硫酸葡聚糖钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎模型中的治疗效果。观察到分子量与保护作用之间存在关联，其中HHA在缓解临床症状、保护结肠结构和恢复上皮屏障完整性（Occludin、ZO-1和黏蛋白）方面表现出最一致的有益效果。机制上，HHA减轻了全身炎症（TNF-α、IL-1β和LPS），并调节了NF-κB/PPARγ信号通路。整合16S rRNA测序和非靶向代谢组学分析进一步表明，HHA通过富集有益菌属（如Bifidobacterium和Lactobacillus）重塑了肠道生态系统，并促进了代谢平衡，表现为维生素B6相关代谢物（吡哆醇）和脂肪酸的增加，同时降低了嘌呤代谢。分子动力学模拟提示，微生物群相关的吡哆醇可能与TNF-α结合，为观察到的炎症信号减弱提供了结构上的解释。此外，粪便微生物群移植（FMT）表明，经HHA处理的微生物群足以对抗DSS诱导的结肠炎。总体而言，这些发现表明HHA是一种通过协调的微生物群-代谢-免疫轴来改善结肠炎的生物活性聚合物。
引言
溃疡性结肠炎（UC）是炎症性肠病（IBD）的主要亚型，其特征是慢性复发性黏膜炎症和上皮屏障破坏，常导致腹痛、腹泻和直肠出血（Liang等人，2024；Xue等人，2024）。UC的全球负担持续增加，迫切需要有效且安全的治疗策略（Agrawal等人，2023）。尽管其病因尚不明确，但新兴证据表明，受损的肠道上皮屏障、失调的免疫反应和肠道微生物群的改变是UC发病的关键因素（Y. C. Zhang等人，2025）。目前批准的药物（包括5-氨基水杨酸（5-ASA）、皮质类固醇、免疫抑制剂和生物制剂）可以诱导缓解，但存在显著的副作用、有限的长期疗效和高复发率。因此，天然多糖因其生物相容性和抗炎活性而受到越来越多的关注。例如，最近的研究强调了树莓果胶多糖在缓解结肠炎方面的有效性（Dou等人，2025），以及果胶稳定乳液在递送系统中的应用（Niu等人，2025）。同样，透明质酸作为一种具有黏膜修复潜力和低毒性的生物相容性多糖，作为结肠炎治疗候选物质也引起了越来越多的兴趣。在胃肠道应用中，透明质酸表现出抗炎和上皮修复作用，尽管其在分子量和微生物群相互作用方面的作用机制仍需进一步探索。
在过去五年中，我们的团队利用Corynebacterium glutamicum（一种公认安全（GRAS）菌株）通过合理的代谢工程、运输优化和适应性生物加工技术开发了一个稳健的透明质酸生产平台（Wang等人，2020）。通过增强UDP-GlcA途径、利用水蛭透明质酸酶破坏胶囊结构以及结构导向的Streptococcus衍生透明质酸合成酶（StrHasA）改造，我们实现了透明质酸浓度超过105 g/L，并实现了53至1400 kDa的可调分子量（Hu等人，2025；Wang等人，2020）。AlphaFold2引导的StrHasA突变使得高分子量（>1.4 MDa）的透明质酸分泌成为可能，同时保持了生产率。这些进展为我们提供了一系列平均分子量和物理化学性质明确的透明质酸聚合物，适用于体内评估。
基于这一生产平台，我们系统评估了不同分子量的透明质酸（低分子量HA（LHA）、中等分子量HA（MHA）和高分子量HA（HHA）在DSS诱导的小鼠结肠炎模型中的治疗效果。虽然先前的研究表明外源性透明质酸可以通过保护上皮屏障和抑制细胞因子来减轻结肠炎症状（Kotla等人，2022），但其分子量依赖性效应和微生物群介导的机制仍不清楚。鉴于肠道微生物群在上皮完整性、免疫调节和代谢信号传导中的关键作用，我们假设HHA通过增强黏膜屏障完整性和重塑微生物群相关的炎症和代谢信号，能够提供更一致的保护作用。
在本研究中，我们评估了LHA、MHA和HHA对临床疾病参数、上皮屏障标志物、全身炎症、肠道微生物组成（16S rRNA测序）和微生物群衍生物代谢物（非靶向代谢组学）的影响。进一步利用功能预测工具（BugBase、PICRUSt2）和FMT来解析因果关系。我们的发现表明，HHA显著改善了结肠炎症状，增强了紧密连接（TJ）的完整性，抑制了促炎信号，并恢复了肠道微生物和代谢平衡。这项工作不仅验证了HHA作为一种具有调节微生物群潜力的生物活性碳水化合物聚合物，还为透明质酸如何调节微生物群-代谢-宿主信号轴提供了机制上的见解。
不同分子量透明质酸的制备
本研究使用了不同分子量的透明质酸样本。LHA（约2 kDa）的制备方法如我们之前的研究所述，采用控制酶水解法（Gao等人，2025）。MHA（约300 kDa）和HHA（约3000 kDa）样本由重组C. glutamicum合成（Hu等人，2025），并通过凝胶渗透色谱（GPC）确认了它们的分子量范围和纯度。如表1所示，LHA、MHA和HHA的分子量已得到验证。
不同分子量透明质酸对DSS诱导的小鼠结肠炎的治疗效果评估
为了评估不同分子量透明质酸的口服治疗效果，首先监测了体重变化作为主要临床指标。如图1B所示，Mod组的小鼠表现出明显的体重下降。相比之下，接受LHA、MHA和HHA治疗的小鼠体重下降明显减轻。值得注意的是，MHA和HHA治疗组在7至11天之间的体重相对稳定。
结肠长度是另一个关键指标
讨论
在本研究中，我们系统评估了不同分子量的透明质酸在DSS诱导的结肠炎模型中的治疗效果，发现分子量与其保护作用之间存在关联，其中HHA在结构和炎症指标方面表现出最一致的改善。鉴于人们对生物相容性多糖作为IBD辅助策略的兴趣日益增加，这些结果支持HHA作为针对微生物群和屏障的干预措施的候选物质。我们选择了固定的口服剂量
结论
总体而言，HHA在关键的结构和炎症指标上表现出更优的结果，被选为机制分析的代表候选物。HHA有效减轻了临床症状，包括体重下降、结肠缩短和DAI评分升高，同时恢复了黏膜结构、杯状细胞功能和紧密连接（TJ）的完整性。这些保护作用伴随着全身炎症的抑制，表现为血清LPS、IL-1β的降低
CRediT作者贡献声明
Xinwei Gao：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，监督，软件使用，资源获取，方法学设计，实验设计，数据管理。Hao Huang：方法学设计。Litao Hu：数据可视化，监督，资金获取。Weiquan Ding：方法学设计。Zhiliang Hou：方法学设计。Ruirui Xu：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金获取。Guochen Du：资金获取。Zhen Kang：数据可视化，验证，监督，项目管理，方法学设计，实验设计，资金管理
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2024YFF1106300）、国家自然科学基金（U24A20368, 32370066）、江苏合成生物学基础研究中心（BK20233003）、中国博士后科学基金（2025M772523）、CPSF博士后奖学金计划（GZC20251634）和广东省科技计划（2024B1111160002）的财政支持。
