Lacticaseibacillus paracasei 18 通过调节肠道微生物群代谢物介导的 PI3K/AKT/NF-κB 信号通路，有效缓解了硫酸右旋糖酐在小鼠中引起的结肠炎

《International Immunopharmacology》：Lacticaseibacillus paracasei 18 effectively ameliorates dextran sodium sulfate-induced colitis in mice through regulating gut microbiota metabolite-mediated PI3K/AKT/NF-κB signaling pathway

　　

作者：卢伟婷|刘阳|郝海斌|李翔|侯高寰|张金鑫|李伟芬|王琦|黄倩

南京医科大学附属金陵医院，中国南京

摘要

溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性炎症性肠病，其特征是黏膜炎症和肠道微生物群的失衡。Lacticaseibacillus paracasei 18（LP18）是一种多功能的碳水化合物分解细菌，可能通过调节肠道微生物群来改善肠道健康。然而，其在UC中的确切功能和机制仍不明确。本研究采用整合的微生物组学、代谢组学和转录组学分析方法，探讨了LP18对硫酸葡聚糖（DSS）诱导的小鼠结肠炎的治疗效果及其潜在机制。干预后，LP18处理的小鼠体重减轻情况有所改善，结肠缩短现象得到缓解，同时与结肠紧密连接相关的基因（Claudin-1、Claudin-2、Claudin-5、ZO-1和Occludin）的表达也有所增加。此外，LP18还改善了这些DSS诱导的小鼠的肠道微生物群结构和多样性。代谢组学研究表明，LP18显著影响了肠道代谢特征，尤其是与色氨酸代谢相关的化合物。这些代谢变化与微生物群组成的改善密切相关。结肠RNA测序分析显示，与DSS组相比，LP18显著下调了多种与免疫相关的信号通路，尤其是PI3K/AKT/NF-κB通路。微生物群、代谢和基因之间的相关性分析揭示了LP18所增强的一些菌群与NF-κB信号通路中关键基因之间的显著关联。总体而言，多种组学方法的综合分析表明，LP18可能作为一种益生菌用于UC的治疗。它代表了通过调节肠道微生物群、改变代谢特征、增强肠道屏障以及下调PI3K/AKT/NF-κB通路来控制UC的新饮食和治疗策略。

引言

溃疡性结肠炎（UC）是一种特发性慢性炎症性肠病（IBD），其特征是结肠黏膜炎症，通常从直肠开始并向近端蔓延，可能涉及部分或全部结肠[1]。UC患者预期寿命缩短，并且患结直肠癌的风险增加[2]。由于其慢性性质和复杂的管理需求，UC的疾病负担持续加重[3]。尽管其确切病因仍在研究中，但已知的致病因素包括免疫失调、肠道微生物群失衡、遗传易感性和环境诱因[4],[5]。UC治疗的主要目标是实现缓解，即消除症状并实现内镜下愈合，并随后维持这一状态[6]。当前的UC治疗方法主要包括5-氨基水杨酸（5-ASA）类药物、免疫抑制剂和皮质类固醇[7],[8]。对于那些对药物治疗无效或出现并发症（如难治性症状、异型增生或癌症）的患者，结肠切除术仍然是最终的治疗选择[9]。然而，传统的药物和外科干预方法存在诸多缺点，如术后并发症、不良反应和高费用。这些挑战凸显了迫切需要新的治疗策略来改善UC的管理。

人类肠道微生物群包含超过35,000种细菌物种，构成了身体最复杂的微生物生态系统[10],[11]。新的证据强调了它在UC中的关键作用，其中微生物群失衡会破坏肠道屏障功能并引发慢性炎症[12]。此外，UC患者常常表现出肠道微生物群的失衡，表现为有益细菌减少和致病细菌增加[13],[14]。证据表明，在UC小鼠模型中Bacteroides的数量增加，而Akkermansia muciniphila的定植减少[15]。肠道微生物群的失衡越来越多地被认为是UC发病的重要因素[16]。最近的研究表明，针对肠道微生物群是一种新的IBD治疗方法。因此，益生菌补充——一种基于微生物组的干预措施——成为缓解UC症状的有前景的策略。

益生菌是最常见的功能性食品，通过调节肠道微生物群、增强代谢和加强免疫反应来为宿主带来健康益处[17],[18]。诸如乳酸菌和双歧杆菌等有益细菌已被用于疾病的预防和治疗[19]。然而，研究表明，益生菌通常作为一线疗法的辅助手段，其临床效果仍需进一步验证。中国西北高原的传统发酵食品Jiangshui因富含天然益生菌而受到广泛关注[20]。高海拔地区强烈的紫外线照射促进了具有抗氧化能力的微生物的自然选择[21]。在从Jiangshui中分离出的微生物菌株中，Lacticaseibacillus paracasei 18（LP18）表现出最强的抗氧化能力。实验证据证实，这种菌株通过调节肠道微生物群有效降低了高尿酸血症小鼠模型和人类临床试验中的血清尿酸水平[22],[23]。此外，先前的研究表明，Lacticaseibacillus paracasei可以通过恢复肠道微生物平衡和上调血清中有益代谢物来缓解高盐饮食引起的IBD恶化[22],[23]。因此，在菌株水平得到验证之前，Lacticaseibacillus paracasei显示出作为UC管理益生菌的潜力。其治疗机制仍有待进一步阐明，特别是在免疫调节途径和微生物群-代谢组相互作用方面。

近年来，多组学技术引起了广泛关注，为深入理解益生菌介导的治疗机制提供了重要工具。利用这一框架，我们评估了Lacticaseibacillus paracasei在硫酸葡聚糖（DSS）诱导的小鼠UC模型中的治疗效果。通过整合的16S rRNA测序、转录组学和代谢组学分析，我们旨在明确Lacticaseibacillus paracasei保护结肠炎的机制。

章节摘录

LP18的制备

将LP18接种到MRS（De Man, Rogosa和Sharpe Broth）培养基中，在37°C下培养12小时。通过4°C下4000 rpm离心5分钟，得到1×10⁸ CFU/mL的细菌悬浮液，使用磷酸盐缓冲盐水（PBS）配制。

动物和实验设计

从GemPharmatech有限公司购买了24只6周大的C57BL/6 J雄性小鼠，体重在16–18克之间，并在金陵医院的动物实验中心饲养。

LP18改善了DSS诱导的小鼠结肠炎症状

为了评估LP18的抗炎效果，建立了含有3% DSS的小鼠UC模型（图1A）。此外，LP18还减轻了脾肿大（P < 0.05；图1B）。图1C-D显示了实验组之间结肠形态和长度的显著差异。如图1E所示，DSS处理显著降低了体重（P < 0.05），而LP18的施用部分逆转了这种体重损失（P < 0.05）。CON组小鼠的结肠结构正常

讨论

近年来，UC的全球发病率显著上升；然而，针对这种疾病的疗法仍然有限[27]。旨在重新平衡肠道微生物群的益生菌干预措施代表了有前景的治疗途径。先前的研究表明，多种Lacticaseibacillus paracasei菌株在结肠炎动物模型中具有保护作用[28]；例如，Lacticaseibacillus paracasei可以调节肠道胆汁酸代谢，抑制TH17细胞

结论

总体而言，我们的研究结果表明，LP18可以缓解小鼠的DSS诱导结肠炎，并与肠道微生物组成变化、宿主代谢特征改变以及PI3K/AKT/NF-κB信号通路的激活减弱有关。这些结果支持LP18调节肠道微生物群和代谢物与肠道炎症减轻之间的潜在联系。然而，由于本研究主要基于体内关联证据，关键拯救实验

CRediT作者贡献声明

卢伟婷：撰写——初稿，可视化，验证，软件，资源，方法学，研究，正式分析，数据整理，概念构建。刘阳：撰写——初稿，验证，软件，方法学，研究，正式分析，数据整理。郝海斌：撰写——审稿与编辑，验证，监督，方法学，研究，数据整理。李翔：验证，软件，资源，方法学，数据整理，概念构建。侯高寰：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文报道的工作。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（编号32072766和82070579）的支持。