《Advanced Science》：Sulfated Cyclocarya Paliurus Polysaccharide Sorchestrates the Gut Microbiome to Mobilize a Host-Derived 12-HEPE Against Ulcerative Colitis
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尽管大量证据表明天然产物衍生物在溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis, UC）中具有治疗潜力，但其精确机制尚未完全阐明。本研究在葡聚糖硫酸钠（Dextran Sulfate Sodium, DSS）诱导的UC小鼠模型中，评估了结构修饰的青钱柳（C
尽管大量证据表明天然产物衍生物在溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis, UC）中具有治疗潜力，但其精确机制尚未完全阐明。本研究在葡聚糖硫酸钠（Dextran Sulfate Sodium, DSS）诱导的UC小鼠模型中，评估了结构修饰的青钱柳（Cyclocarya paliurus）多糖（CP）衍生物。在所有测试变体中，硫酸化青钱柳多糖（Sulfated Cyclocarya paliurus Polysaccharide, SCP）表现出最强的治疗效力。SCP给药显著减轻了结肠炎严重程度，表现为疾病症状缓解和肠道屏障功能增强。从机制上讲，SCP通过富集有益拟杆菌门（Bacteroidetes）并增强短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids, SCFAs）的产生，恢复了肠道微生物稳态。这种重塑的微生物生态系统协调上调了宿主源性12-羟基二十碳五烯酸（12-Hydroxyeicosapentaenoic Acid, 12-HEPE）的表达，后者通过直接抑制Toll样受体4（Toll-Like Receptor 4, TLR4）信号通路发挥抗炎作用。粪菌移植（Fecal Microbiota Transplantation, FMT）和抗生素耗竭实验证实了肠道菌群的功能相关性。值得注意的是，当联合给予TLR4激动剂时，12-HEPE的治疗效果被消除，证实了其靶点特异性。在人类UC队列中观察到血清12-HEPE水平升高，暗示了一种潜在的代偿性免疫调节反应。研究人员的发现阐明了一条新型的菌群-宿主互作轴，即SCP通过调节肠道菌群来增强内源性12-HEPE的产生，从而抑制TLR4介导的炎症。
研究背景
溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis, UC）是一种全球影响约1000万人口的复发性炎症性肠病，临床特征为持续性腹痛及免疫过度激活。该疾病病程迁延，患者罹患结直肠癌的风险随时间显著增加，10年、20年及30年累积风险分别达1.6%、8.3%及18.4%。然而，现有治疗手段仅能使部分患者达到缓解，亟需基于机制的干预策略。近年来，肠道-免疫轴被认为是UC发病的核心，其中肠道菌群失调，特别是厚壁菌门（Firmicutes）/拟杆菌门（Bacteroidetes）比值升高，被视为关键致病因素。青钱柳（Cyclocarya paliurus）作为一种传统药用植物，其多糖成分（CP）虽具有抗氧化及抗炎活性，但因理化性质限制难以直接应用于药物开发。为此，研究人员假设通过对CP进行硫酸化修饰获得硫酸化青钱柳多糖（SCP），可通过重构“肠道菌群-宿主代谢物-TLR4”轴来缓解UC。
技术方法
研究人员首先通过提取、纯化及化学修饰获得了CP及其衍生物（包括SCP）。利用核磁共振（NMR）及气相色谱-质谱联用（GC-MS）等技术解析了SCP的一级及高级结构。研究采用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的C57BL/6J小鼠结肠炎模型，结合抗生素清除菌群及粪菌移植（FMT）实验验证菌群的功能必要性。通过16S rRNA测序分析肠道菌群结构，靶向代谢组学检测血清及肝脏中12-HEPE水平，并结合分子对接与分子动力学模拟探究12-HEPE与TLR4受体的相互作用。此外，研究纳入了来自西京医院的78例UC患者及52例健康对照（HC）作为独立验证队列，以分析12-HEPE在临床样本中的表达特征。
研究结果
2.1 多糖结构测定
研究人员通过DE-52柱层析纯化获得高纯度CP组分CP1。GC-MS及NMR分析显示，CP1主链由1,6-葡萄糖（Glc）和1,3-半乳糖（Gal）以4:2比例交替连接构成，侧链包含阿拉伯糖（Ara）及甘露糖（Man）残基。进一步通过氯磺酸-吡啶法对CP1进行硫酸化修饰，成功制备SCP1，并通过二维核磁HSQC谱确定了硫酸基团的主要取代位点位于残基A的C4位、残基A的C2位及残基C的C2位。
2.2 SCP显著缓解DSS诱导的小鼠结肠炎
在DSS诱导的结肠炎模型中，SCP预处理显著改善了小鼠体重下降、结肠缩短及脾脏肿大等症状，降低了疾病活动指数（DAI）。组织病理学分析显示SCP能有效减轻结肠炎性细胞浸润及隐窝结构破坏。转录组测序（RNA-seq）及蛋白质印迹（Western Blot）结果表明，SCP通过抑制MAPK、NF-κB及ECM信号通路的过度激活，下调促炎因子（TNF-α, IL-1β）水平，上调紧密连接蛋白（Occludin, ZO-1, Claudin-1）表达，从而修复肠道屏障功能。
2.3 硫酸取代位点确认
傅里叶变换红外光谱（FT-IR）在1249 cm-1及819 cm-1处出现特征峰，证实了硫酸基团的成功引入。结构分析表明修饰过程未改变多糖骨架，仅在特定羟基位点发生了取代。
2.4 SCP的缓解效应依赖于肠道菌群
抗生素鸡尾酒疗法清除肠道菌群后，SCP的治疗效应完全消失，且小鼠结肠炎症状加剧，短链脂肪酸（SCFAs）水平进一步降低。这表明SCP并非直接作用于宿主细胞，而是依赖完整的肠道菌群发挥其抗炎功能。
2.5 粪菌移植模拟SCP的治疗效果
将SCP处理小鼠的粪便移植给DSS诱导的结肠炎受体小鼠，成功复现了SCP的治疗效果，包括改善肠道屏障、抑制炎症及恢复SCFAs水平。且额外补充SCP未进一步增强疗效，提示SCP主要作为益生元通过调节菌群发挥作用。
2.6 肠道菌群重塑促进宿主产生12-HEPE
靶向代谢组学分析发现，经SCP处理或FMT移植的小鼠，其血清及肝脏中12-羟基二十碳五烯酸（12-HEPE）水平显著升高，而抗生素处理则导致该代谢物大幅降低。相关性分析显示，拟杆菌门（Bacteroidetes）与12-HEPE水平呈显著正相关。
2.7 补充12-HEPE可缓解DSS诱导的结肠炎
外源性注射12-HEPE能显著缓解小鼠结肠炎症状，抑制TLR4/NF-κB信号通路激活，其效果与SCP处理相当。
2.8 12-HEPE与TLR4受体结合的计算模拟
分子对接及100 ns分子动力学（MD）模拟显示，12-HEPE能稳定结合于TLR4的MD2疏水口袋，结合自由能为-6.1 kcal/mol，主要通过疏水作用及氢键维持复合物稳定性。
2.9 12-HEPE通过阻断TLR4激活发挥保护作用
在使用TLR4激动剂KS09激活受体后，12-HEPE无法再抑制下游炎症信号，也无法缓解结肠炎症状，证实12-HEPE通过靶向抑制TLR4发挥抗炎作用。
2.10 UC患者血清12-HEPE水平升高提示代偿反应
在临床队列分析中，活动期UC患者的血清12-HEPE水平显著高于健康对照。研究人员认为这并非病理因素，而是机体为了对抗持续炎症而启动的一种代偿性宿主保护反应。
讨论与结论
研究人员在讨论中指出，SCP相较于天然CP表现出更优的生物活性，这可能归因于硫酸基团模拟了内源性糖胺聚糖（如硫酸乙酰肝素）的结构，干扰了LPS等促炎配体与TLR4的结合，同时增强了其在胃肠道的稳定性，使其能更有效地富集有益菌。研究确立了一条“SCP-肠道菌群-12-HEPE-TLR4”的新型互作轴，阐明了肠道菌群通过调控宿主脂质代谢物来影响免疫应答的具体机制。
结论翻译
综上所述，本研究全面阐明了SCP抗结肠炎作用的机制，建立了多糖结构、肠道微生态与宿主免疫代谢之间的因果关系。多组学整合分析揭示，SCP通过富集产短链脂肪酸的拟杆菌门，驱动结肠上皮细胞产生特异性促消退介质12-HEPE。12-HEPE以纳摩尔级亲和力结合TLR4，阻断NF-κB/NLRP3信号传导，从而在功能上模拟了SCP的保护作用。遗传或药理学的TLR4再激活均能消除12-HEPE及SCP的疗效。这些数据确立了一个可成药的“菌群-脂质-TLR4”轴，并将SCP定位为一类首创的、针对UC的菌群导向疗法。这一SCP-菌群-12-HEPE-TLR4轴的发现，不仅推进了对宿主-微生物互作的认识，也为通过调节菌群来利用机体内源性保护机制治疗UC开辟了新途径。
