《Nutrients》：From Macromolecule to Microbe: Identification of Ligilactobacillus salivarius D3-8 as a Key Degrader of Ejiao and a Novel Therapeutic Probiotic for Ulcerative Colitis
Wei Dai,
Mingfeng Ma,
Qin Feng,
Xiaobo Duan,
Yaru Zhang,
Xiaoying Zhou,
Haibin Liu and
Qingsen Shang
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本研究针对阿胶（Ejiao）这一难以吸收的大分子蛋白质复合物治疗溃疡性结肠炎（UC）的机制难题，通过培养组学、多组学及动物模型技术，分离出可降解阿胶的关键肠道细菌唾液乳杆菌（Ligilactobacillus salivarius）D3-8。研究首次证明，该菌株不仅是高效的阿胶降解者，其单独灌胃即可剂量依赖性地缓解小鼠结肠炎，并能通过调控肠道菌群（如富益生菌Dubosiella newyorkensis）和上调色氨酸代谢、增加抗炎代谢物吲哚-3-甲醇（I3C）发挥疗效。这项工作不仅为阿胶等大分子中药的作用机制提供了“降解菌-功能介导”的新范式，也为开发基于特定益生菌的UC疗法奠定了科学基础。
溃疡性结肠炎（UC）是一种病因复杂、易反复发作的炎症性肠病，给全球公共卫生带来了严峻挑战。传统中药阿胶（Ejiao），一种从驴皮中提取的胶状大分子蛋白质复合物，不仅在历史上被用作补血食品，近年来在动物实验和临床试验中也展现出缓解UC症状的潜力。然而，一个根本性的悖论始终困扰着学界：作为一种分子量大、难以被肠道直接吸收的大分子，阿胶究竟如何发挥其药理作用？传统的“药物-受体”直接作用模型对此难以解释，科学探索的焦点于是转向了肠道这个巨大的、充满微生物的“发酵罐”。肠道菌群被认为是介导口服中药，特别是大分子难吸收成分生物利用度和疗效的关键角色。目前的研究大多停留在观察到服用阿胶后肠道菌群的相关性变化，但究竟是哪些具体的细菌能够直接降解阿胶，这些降解者仅仅是阿胶营养的被动消费者，还是其治疗功能的关键执行者？这个核心问题一直悬而未解。为了解决这一知识空白，研究团队提出了一个突破性的假设：那些能够降解阿胶的特异性肠道细菌，可能就是介导其抗结肠炎功能的直接执行者或关键中间体。为了验证这一假设，研究人员展开了一项系统性的研究，并最终在《Nutrients》杂志上发表了他们的发现。
为了开展这项研究，研究人员整合了培养组学、基因组学、肽组学、16S rRNA基因扩增子高通量测序、非靶向代谢组学以及动物疾病模型等多种关键技术手段。具体而言，他们从健康捐赠者的粪便样本中，在仅以阿胶为唯一营养源的培养基中分离并筛选能够利用阿胶的细菌。对筛选出的关键菌株唾液乳杆菌D3-8，他们进行了全基因组测序和功能注释，分析了其蛋白酶/肽酶基因，并利用肽组学（LC-MS/MS）技术动态分析阿胶在发酵过程中肽谱的变化。在动物实验中，他们使用硫酸葡聚糖钠（DSS）诱导小鼠结肠炎模型，并设置了高、中、低三个剂量的菌株干预组。通过监测小鼠的体重、结肠长度、疾病活动指数（DAI）和组织病理学评分评估疗效。最后，他们通过对小鼠粪便样本进行16S rRNA基因测序和非靶向代谢组学分析，探究菌株干预对肠道菌群结构和代谢通路的影响。
3.1. 唾液乳杆菌D3-8被鉴定为人肠道中关键的阿胶降解菌
研究人员从10名健康捐赠者的粪便中，在阿胶培养基中分离出134株可降解阿胶的细菌。其中，唾液乳杆菌D3-8在阿胶培养基中表现出最强的生长能力（OD600最高），并产生最高浓度的短链脂肪酸乳酸，因此被确定为功能最强的阿胶降解关键菌株。
3.2. 基因组学分析揭示唾液乳杆菌D3-8的蛋白水解酶“武器库”
对唾液乳杆菌D3-8的全基因组测序发现，其编码了25个蛋白酶基因和38个肽酶基因。如此丰富的蛋白水解酶基因库，为其高效降解富含I型胶原蛋白的阿胶提供了坚实的遗传基础。
3.3. 肽组学分析证实阿胶降解并识别出新型生物活性肽
研究人员对唾液乳杆菌D3-8发酵阿胶的过程进行了时间分辨的肽组学分析。结果显示，发酵后的肽谱与发酵前相比发生了显著而渐进式的改变，这表明该菌株重塑了阿胶的肽组。分析进一步鉴定出50种在发酵后新出现的肽段，这些是细菌降解阿胶蛋白的直接产物，证实了其作为“活性降解者”的角色，并暗示其可能将大分子药物转化为一系列潜在的生物活性片段。
3.4. 单独施用唾液乳杆菌D3-8可剂量依赖性地缓解DSS诱导的结肠炎
为验证唾液乳杆菌D3-8本身是否具有治疗作用，研究团队在DSS诱导的结肠炎小鼠模型中，单独灌胃该菌株。结果显示，高剂量唾液乳杆菌D3-8可显著减轻小鼠的体重下降、结肠缩短、直肠出血，并改善结肠组织的病理损伤。这种剂量依赖性的保护效应证明，该菌株自身足以重现阿胶的关键保护作用，是一个有潜力的益生菌候选株。
3.5. 唾液乳杆菌D3-8通过富集益生菌Dubosiella newyorkensis来减轻肠道菌群失调
肠道菌群分析表明，唾液乳杆菌D3-8的施用显著改变了DSS诱导的结肠炎小鼠的肠道菌群结构。其中，最显著的改变是显著增加了益生菌Dubosiella newyorkensis的丰度。该菌是已知的能产生短链脂肪酸并对抗结肠炎的潜在益生菌，这提示唾液乳杆菌D3-8可能通过塑造一个有益于黏膜修复的微菌群环境来发挥作用。
3.6. 唾液乳杆菌D3-8通过上调色氨酸代谢并提高抗炎代谢物吲哚-3-甲醇来缓解结肠炎
代谢组学分析进一步揭示了背后的分子机制。研究发现，经唾液乳杆菌D3-8治疗的小鼠，其粪便中抗炎代谢物吲哚-3-甲醇（I3C）的水平显著升高。京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析显示，色氨酸代谢是细菌干预后显著上调的代谢通路。I3C是色氨酸代谢的衍生物，具有已知的抗炎功效。因此，唾液乳杆菌D3-8通过重塑肠道菌群，增强了微生物的色氨酸代谢活性，从而增加了有益代谢物I3C的产出，为其抗结肠炎效应提供了合理的生物化学机制解释。
在讨论与结论部分，该研究提出了一个创新性的机制框架——“细菌降解者-功能介导者”范式，用以解释阿胶等大分子中药的药理作用。该模型认为，阿胶等药物并不直接作为宿主受体的配体，而是作为特定肠道关键细菌的选择性底物。降解菌的身份和功能效力，决定了中药的代谢命运及其后续的生物效应，从而将药理学焦点从药物本身转向了那些解锁其生物活性的微生物“催化剂”。唾液乳杆菌D3-8可能同时扮演“关键降解者”和“功能效应菌”的双重角色。其丰富的蛋白酶/肽酶库能够启动对复杂胶原基质的初步降解，将惰性大分子转化为潜在活性肽的集合。其治疗作用则可能通过富集益生菌Dubosiella newyorkensis和上调色氨酸代谢通路、增加I3C产生等多重途径实现。这项研究为理解大分子中药的起效机制提供了直接证据，并为溃疡性结肠炎的益生菌疗法开发了有前景的候选菌株。它倡导将经过功能验证的特定细菌菌株，作为新一代中药制剂的组成部分，为实现更一致、高效且机制明确的治疗铺平了道路。研究团队也指出了本研究的局限性，包括未在动物模型中直接验证阿胶的疗效是否依赖于唾液乳杆菌D3-8的存在、未评估菌株在肠道的定植效率，以及所观察到的菌群和代谢变化仍为相关性等，这些都指明了未来研究的方向。
