《eBioMedicine》：A next-generation probiotic strain for gut health:
Bacteroides cellulosilyticus LYH2 variant with anti-inflammatory and metabolic advantages
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本研究针对炎症性肠病（IBD）治疗需求，对源于猪肠道的新型下一代益生菌（NPG）Bacteroides cellulosilyticus LYH2的功能进行了系统性评估。通过基因组、代谢组及体内外实验，证实了该菌株在体外具有广谱抗菌及抗炎活性，长期口服安全且可改善代谢。更重要的是，在DSS诱导的小鼠结肠炎模型中，LYH2通过增强肠道丙酸（Propionate, PA）生成、激活Ffar3（GPR41）信号、抑制M1型巨噬细胞极化，显著减轻肠道炎症与损伤，其保护效应在Ffar3敲除小鼠中基本消失。这项工作揭示了LYH2通过“菌株-丙酸-Ffar3”轴发挥作用的精确机制，为其作为IBD的潜在治疗性益生菌提供了坚实的临床前证据。
在全球范围内，一种名为炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease, IBD）的慢性肠道炎症性疾病发病率正不断攀升，给患者带来了巨大的痛苦和经济负担。传统的治疗方法往往存在副作用大或疗效有限的困境。近年来，科学家们将目光投向了我们肠道内的“原住民”——肠道菌群，希望通过调节这些微生物来治疗疾病。其中，一类被称为“下一代益生菌（Next-Generation Probiotics, NGPs）”的微生物尤其受到关注，它们被认为比传统益生菌具有更精准的治疗潜力。在众多候选者中，拟杆菌属（Bacteroides）的一些成员，特别是 Bacteroides cellulosilyticus，因其强大的碳水化合物代谢能力和潜在的抗炎特性而脱颖而出。然而，关于它具体如何发挥作用、是否安全有效，我们此前所知甚少。来自四川农业大学的一支研究团队，从健康的仔猪肠道中分离出了一株 B. cellulosilyticus，并命名为LYH2。他们进行了一系列深入研究，最终发现这株细菌可能是一颗对抗肠道炎症的“希望之星”，其研究成果发表在了《eBioMedicine》期刊上。
为了全面评估LYH2的潜力，研究人员运用了多种关键技术。他们首先对菌株进行了全基因组测序和代谢组学分析，以了解其遗传背景和代谢产物。在体外，利用细胞模型评估了其抗菌和免疫调节能力。在体内，研究核心采用了葡聚糖硫酸钠（Dextran Sulfate Sodium, DSS）诱导的小鼠结肠炎模型，这是研究IBD的经典实验模型。通过给小鼠口服不同剂量的LYH2，研究人员系统评估了其长期安全性、对代谢的影响，以及预防和治疗结肠炎的效果。为了深入探究机制，他们还使用了基因敲除技术，构建了Ffar3（短链脂肪酸受体3，又称GPR41）基因缺陷的小鼠，以验证特定信号通路的关键作用。此外，16S rRNA扩增子测序被用于分析肠道菌群组成的变化。
研究结果
菌株的分离、筛选与基本特征
研究人员从健康断奶仔猪肠道中分离出六株拟杆菌，并通过细胞实验筛选出其中能促进肠道上皮细胞（IPEC-J2）活力、抑制炎性因子白细胞介素8（IL-8）表达的 B. cellulosilyticus，命名为LYH2。该菌株为革兰氏阴性短杆菌，无溶血性，全基因组分析显示其富含碳水化合物活性酶（CAZymes）基因。代谢组学分析发现，LYH2的培养上清能显著产生短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids, SCFAs），特别是乙酸和丙酸，并含有多种抗菌代谢物。
体外抗菌与免疫调节能力
LYH2的代谢提取物在体外能有效抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和鼠伤寒沙门氏菌的生长。在沙门氏菌感染的巨噬细胞模型中，LYH2的代谢物能减少细菌感染，并下调促炎基因的表达，显示了其直接的抗菌和抗炎潜力。
长期口服的安全性与代谢益处
对健康小鼠进行长达64天的不同剂量LYH2灌胃，发现中、低剂量能促进体重增长，降低血清谷草转氨酶（AST）水平，增加棕色脂肪组织（BAT）重量，且未引起器官损伤或细菌易位，证明长期服用安全。此外，LYH2处理降低了小鼠血清总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平，提示其具有改善宿主代谢的潜在益处。
对DSS诱导结肠炎的保护作用及机制探索
在DSS结肠炎模型中，口服LYH2活菌或其代谢物均能显著减轻疾病严重程度，表现为缓解体重下降、降低疾病活动指数（DAI）、阻止结肠缩短、改善组织病理损伤、恢复杯状细胞数量和粘液层厚度。其效果优于参考菌株 B. cellulosilyticus JCM 15632、临床药物美沙拉嗪（5-ASA）以及传统益生菌罗伊氏乳杆菌。
机制上，LYH2处理增强了小鼠结肠内容物中丙酸的浓度，并上调了结肠黏膜中丙酸受体Ffar3的基因和蛋白表达。通过16S rRNA测序分析肠道菌群，发现LYH2重塑了菌群结构，增加了微生物多样性，并富集了 B. cellulosilyticus 本身及相关有益菌。在免疫层面，LYH2及其代谢物能下调结肠中M1型巨噬细胞标志物（如CD86、TNF-α、IL-1β）的表达，同时上调部分M2型巨噬细胞相关基因（如Ym1）。流式细胞术分析显示，LYH2能调节外周血T淋巴细胞亚群的平衡。
关键机制验证：Ffar3的核心作用
为了直接证明丙酸-Ffar3通路的关键性，研究人员使用了Ffar3基因敲除（Ffar3-/-）小鼠。结果发现，无论是LYH2活菌还是直接补充丙酸钠（Sodium Propionate, NaP），在Ffar3-/-小鼠中对DSS结肠炎的保护作用都大大减弱。这些小鼠在体重恢复、结肠长度、组织病理学评分、杯状细胞保护以及血清促炎细胞因子（如MCP-1、TNF-α）降低等方面，均未能像野生型小鼠那样从LYH2或NaP治疗中显著获益。这提供了直接的遗传学证据，表明LYH2通过其产生的丙酸激活宿主Ffar3信号，进而发挥抗结肠炎作用。
研究结论与意义
这项研究系统性地鉴定和表征了源于猪肠道的 Bacteroides cellulosilyticus LYH2 作为一株安全、有效的下一代益生菌。它不仅在体外展示出抗菌和免疫调节特性，长期服用安全且能改善宿主代谢，更重要的是在结肠炎模型中展现出卓越的治疗潜力。研究最关键的突破在于阐明了其作用机制：LYH2通过增加肠道丙酸产量，激活肠道上皮和免疫细胞上的Ffar3受体，进而调控巨噬细胞极化（抑制促炎的M1型），最终减轻肠道炎症和组织损伤。遗传学实验证实，Ffar3是这一保护效应的核心介质。
该研究的意义深远。首先，它将 B. cellulosilyticus 从一种与健康相关的共生菌，提升为具有明确分子机制的、有转化潜力的治疗性益生菌候选。其次，所揭示的“菌株-代谢物（丙酸）-受体（Ffar3）”作用轴，为基于微生物的精准疗法提供了新思路，未来或可用于患者分型或与现有抗炎方案的联合治疗。最后，这项临床前研究为 LYH2 后续在人类IBD及相关炎症性疾病中的临床试验奠定了基础，为应对日益增长的全球IBD疾病负担提供了新的潜在解决方案。
