編輯：微科盟小編、江舜堯。

導讀   

目前，炎癥性腸病 （ IBD） 由于發(fā)病率高且治愈率低，現(xiàn)已成為全球公共衛(wèi)生問題。雖然該病的發(fā)病機制尚不清楚，但腸道微生物群與炎癥信號之間存在的潛在關(guān)聯(lián)已被建立，可以成為研究 和防治 該病的切入點。益生菌，尤其是乳酸桿菌 和 雙歧桿菌，由于其安全有效性且強大的菌群調(diào)控能力，最近成為IBD的治療熱點。但是大多數(shù)研究對于多菌株組合與其代謝產(chǎn)物對IBD作用的評估還很少被報道。   

2022 年6月2 2 日， 謝黎煒研究員（華南應(yīng)用微生物國家重點實驗室、 廣東省科學院微生物研究所， 腸道微生態(tài)與健康團隊PI） 及其所帶領(lǐng)的實驗室團隊 ，在Microbiology Spectrum期刊上發(fā)表了題為“Probiotic Consortia and Their Metabolites Ameliorate the   Symptoms of Inflammatory Bowel Diseases in a Colitis Mouse   Model”的文章 ， 該研究報道了實驗室自主分離的本土益生菌菌株參與抑制腸道炎癥和恢復腸道微環(huán)境的功效 ，其中，與對照組及單菌株處理組相比， 羅伊氏乳桿菌、格氏乳桿菌、嗜酸乳桿菌和乳雙歧桿菌的 微生態(tài)制劑或其發(fā)酵代謝產(chǎn)物 聯(lián) 用 在抑制 結(jié)腸炎模型的腸道炎 癥和加速 炎癥以及腸道微環(huán)境恢 復方面具有 獨特 的效果。 該研究的發(fā)現(xiàn)支持該混合益生菌專利菌株及其代謝物聯(lián)用，輔助治療IBD 的新方法和新策略。  

論文ID

原名：Probiotic Consortia and Their Metabolites Ameliorate the Symptoms of Inflammatory Bowel Diseases in a Colitis Mouse Model

譯名：益生菌組合與其代謝產(chǎn)物改善結(jié)腸炎小鼠模型中炎癥性腸病的癥狀

期刊：Microbiology Spectrum

IF：9.043

發(fā)表時間：2022.6

通訊作者：謝黎煒

通訊作者單位：華南應(yīng)用微生物國家重點實驗室、廣東省科學院微生物研究所

DOI號：10.1128/spectrum.00657-22

前言

IBD是發(fā)生在胃腸道內(nèi)的慢性非特異性炎癥性疾病，主要包括潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病兩種疾病類型 ，大部分患者的臨床表現(xiàn)為腹痛，腹瀉，血便，肛周病變，伴有體重降低，營養(yǎng)不良等 。IBD易反復發(fā)作，難以治愈且有很大風險會發(fā)展為結(jié)直腸癌（Colorectal cancer ,  CRC），雖然通常被認為是西方國家常見的腸道炎癥性疾病，但近年來，在發(fā)展中國家，該病的發(fā)病率正在加速上升，嚴重增加 患者的 疾病負擔及損害生活質(zhì)量 。

IBD的確切發(fā)病原因至今仍不明確，但已有較多證據(jù)認為，該病是基因，環(huán)境多方面復雜因素共同作用的結(jié)果，同時，持續(xù)的腸道感染、腸黏膜免疫調(diào)節(jié)異常和腸道微生物群失調(diào)對IBD的發(fā)生發(fā)展也密切相關(guān)。

其中，腸道微生物群被報道出是疾病進展的關(guān)鍵因素之一，結(jié)腸炎個體的腸道菌群組成（類型和數(shù)量）與健康個體不同，會激活宿主免疫反應(yīng)，這會增加腸道的通透性并破壞腸黏膜的屏障結(jié)構(gòu)，進而破壞共生微生物并激活嚴重的免疫反應(yīng)，導致 疾病 反復發(fā)作 。 

眾所周知，益生菌是定植于人體腸道以對腸道產(chǎn)生有益影響的活微生物，作為益生菌的兩個主要屬，雙歧桿菌和乳酸桿菌由于能介導短鏈脂肪酸的形成也被報道出對IBD和 C RC癥狀的改善具有潛在益處 。

除此之外，乳酸桿菌和雙歧桿菌還能通過增加健康益生菌對腸粘膜的粘附、抑制病原體粘附在粘膜表面、競爭性排除病原微生物、產(chǎn)生抗菌物質(zhì)和調(diào)節(jié)免疫功能來重建腸道共生及保護腸道粘膜 。而本次研究所用的益生菌 專利菌株 包括羅伊氏乳桿菌，格氏乳桿菌，嗜酸乳桿菌和乳雙歧桿菌 ， 它們分別屬于乳桿菌屬和雙歧桿菌屬，該菌混合制劑配方符合國家食品添加標準。盡管已有研究證明這四種菌在宿主體內(nèi)具有積極作用。然而，該菌及其代謝產(chǎn)物在葡聚糖硫酸鈉（Dextran Sulfate Sodium ,  DSS）誘導結(jié)腸炎中的綜合作用尚未清晰地評估比較，潛在的機制也仍須進一步闡明。

實驗設(shè)計與結(jié)果

本研究采用14周齡小鼠建立DSS誘導的結(jié)腸炎模型，實驗周期為14天。根據(jù)實驗條件將小鼠分為7組：CONTROL, control group; MIX, probiotic consortia; LR1, Lactobacillus reuteri PLBK?1 group; LR2, Lactobacillus reuteri PLBK?2 group; LG, Lactobacillus gasseri PLBK?3 group; LA, Lactobacillus acidophilus PLBK?4 group; BL, Bifidobacterium lactis PLBK?5 group。

其中，6組實驗組的小鼠需要每天灌胃相對應(yīng)的單菌株或者益生菌混合制劑，在整個益生菌干預實驗過程中，每天記錄體重、糞便硬度變化、血便情況等實驗指標，另外，在第8天和第14天需要收集糞便進行16S rRNA測序，小鼠處死后還需要收集結(jié)腸組織以便進行后續(xù)蘇木精和伊紅（Hematoxylin and eosin, H&E）染色和免疫組織化學（Immunohistochemistry, IHC）實驗（圖1A）。通過分析發(fā)現(xiàn)益生菌制劑減輕了小鼠結(jié)腸炎的病理癥狀。與對照組相比，MIX組能改善DSS引起的結(jié)腸縮短（圖1B）,減輕了體重的變化波動（圖1C）并顯著降低了疾病活動指數(shù)（Disease Activity Index, DAI）的評分（圖1D），另外，可以觀察出單菌株組對于體重變化和DAI評分的降低效果不如MIX組顯著（圖1）。

  圖1 益生菌制劑可緩解 DSS 誘導實驗性結(jié)腸炎的病理癥狀。

對結(jié)腸切片進行H&E染色以評估結(jié)腸粘膜損傷情況，從對照組的結(jié)腸切片可發(fā)現(xiàn)腸道結(jié)構(gòu)和屏障發(fā)生了破損。相比之下，益生菌制劑的處理對結(jié)腸具有保護作用，且組織學評分也顯著較低。另外，盡管在單菌株組中仍可以觀察到炎癥，但是大部分的隱窩結(jié)構(gòu)是正常的，尤其在LA組，表現(xiàn)為較低的結(jié)腸病理學評分（圖2A）。進一步利用免疫組化，以檢測與炎癥有關(guān)的巨噬細胞標志物-F4/80，處理結(jié)果與H&E染色結(jié)果一致，與對照組相比，MIX組的F4/80水平明顯降低（圖2B），表明先天免疫細胞向結(jié)腸的浸潤減少。

  圖2 益生菌制劑保護DSS誘導結(jié)腸炎模型的腸道結(jié)構(gòu)并抑制巨噬細胞的浸潤。 

將糞便樣本進行16S rRNA測序以探究益生菌菌株對結(jié)腸炎腸道菌群的調(diào)節(jié)作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同的實驗時期，7組腸道微生物群的組成在物種水平上存在差異 （圖 3A-B ） ， 且與對照組相比， M IX組在第8天的Simpson指數(shù)顯著不同，而其他單菌株組則無顯著差異 （圖 3C ）， 表明 益生菌制劑干預能對群落組成和多樣性產(chǎn)生影響，從而進一步加速了炎癥的恢復。此外，無論在第八天還是14天，β多樣性都顯示出，對照組和 M IX 組 的腸道微生物群被明確地分為兩個集群，而第八天單菌株組的差異則不顯著 （圖 3E-H ） ，這些結(jié)果表明，與單菌株相比， 益生菌制劑 處理對腸道炎癥持續(xù)期和恢復期的腸道菌群都具有調(diào)節(jié)作用。且對照組和MIX組在兩個階段也顯示出明顯不同的細菌成分組成 （圖 3I-J ）。

  圖3 益生菌制劑重構(gòu)腸道微生物群的組成。

除此之外，為了在腸道炎癥期間進一步識別起作用的微生物標志物，該研究主要對MIX組和對照組分別在第8天和第14天采取隨機森林結(jié)合5倍交叉驗證算法（Random forest analysis and 10 trials of 5-fold cross-validation, RFCV）來進一步識別特征細菌（圖4A, C）。分析后發(fā)現(xiàn)有顯著差異的菌為11株，在8天有7株菌（圖4B），在第14天有4株菌（圖4D），其中，有8株菌株在單菌株組中并無統(tǒng)計學差異（補充圖），這些數(shù)據(jù)表明，益生菌制劑極有可能通過對腸道微環(huán)境的特異性調(diào)節(jié)而發(fā)揮綜合作用。 為探究對照組和MIX組中菌群與表型之間的相互作用，還分析了共發(fā)生網(wǎng)絡(luò)圖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過RFCV篩選出來的4株關(guān)鍵菌在三個網(wǎng)絡(luò)圖中均可發(fā)現(xiàn)，且第8天顯示較為復雜的互作網(wǎng)絡(luò)關(guān)系（圖4E-G），提示這4株關(guān)鍵菌在益生菌制劑調(diào)控腸道微生態(tài)和疾病表型中的重要性。

圖4 通過隨機森林鑒別結(jié)腸炎小鼠模型中的標志性腸道微生物群。

考慮到益生菌制劑除平衡腸道菌群之外，還能產(chǎn)生大量的代謝物并被腸上皮細胞吸收，為了進一步探究該益生菌制劑的代謝產(chǎn)物對結(jié)腸炎的影響，該研究將未純化的益生菌發(fā)酵代謝產(chǎn)物應(yīng)用于結(jié)腸炎模型。由于益生菌制劑的效果優(yōu)于單菌株，因此代謝產(chǎn)物干預僅對照和混合代謝物兩組：對照組和混合代謝產(chǎn)物的MIX組。并在第14天收集小腸（Small intestine, SI）內(nèi)容物（圖5A）。

分析發(fā)現(xiàn)，對照組由于DSS處理，導致了結(jié)腸縮短（圖5B），體重變化較大（圖5C），而混合代謝產(chǎn)物則明顯降低了DAI評分（圖5D），提高了生存率（圖5E）。同時，在對照組中，H&E染色和IHC的結(jié)果顯示出DSS處理引發(fā)了隱窩損失、粘膜破壞以及F480的表達增多（圖5F-G），而這些情況在經(jīng)過混合代謝產(chǎn)物的干預后都得到了明顯的緩解。另外，通過對比益生菌干預實驗的表性結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)益生菌制劑比混合代謝物更能有效地減輕體重損失和粘膜損傷。

  圖5 混合代謝物減輕結(jié)腸炎小鼠模型的結(jié)腸損傷。

為探究代謝物處理對微生物群的調(diào)節(jié)作用，該研究還對混合代謝產(chǎn)物干預中收集的糞便進行16S rRNA測序。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在第14天，兩組結(jié)腸糞便樣本的多樣性及在益生菌干預中篩選出的關(guān)鍵菌同樣都沒有統(tǒng)計學差異（圖6A-D），另外，共發(fā)生網(wǎng)絡(luò)圖也顯示出關(guān)鍵菌在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中大多表現(xiàn)為孤立的點（圖6E-G）。提示混合代謝產(chǎn)物對結(jié)腸菌群調(diào)節(jié)的能力較小，同時結(jié)合文獻研究發(fā)現(xiàn)，近端小腸是微生物代謝物吸收的主要場所[12,13]，因此假設(shè)混合代謝物可能更有效地影響小腸中的細菌。為了驗證此猜想，本研究對小腸內(nèi)容物進行了16S rRNA測序，發(fā)現(xiàn)MIX組和對照組的β多樣性存在顯著性差異（圖6H）。對核心菌群的熱圖分析發(fā)現(xiàn)兩組中的菌群存在明顯不同（圖6I）。這些結(jié)果支持該假設(shè)，即混合代謝物顯著改變了小腸的細菌組成和結(jié)構(gòu)。

  圖6 在DSS誘導的結(jié)腸炎小鼠模型中，混合代謝物干預在特異性調(diào)節(jié)腸道微生物方面次于益生菌制劑。 

總體而言， 目前的 研究證明，羅伊氏乳桿菌 PLBK ? 1，羅伊氏乳桿菌 PLBK ? 2,格氏乳桿菌 PLBK ? 3，嗜酸乳桿菌 PLBK ? 4和乳雙歧桿菌 PLBK ? 5的 混合 益生菌制劑 干預 可減輕結(jié)腸炎腸道炎癥，通過對腸道細菌水平的調(diào)控使結(jié)腸炎小鼠失調(diào)的微生物群組成和功能得以改善，且證明了腸道菌群和結(jié)腸炎表型之間具有復雜的相關(guān)性。為益生菌 在 維持腸道健康方面提供新見解，并將促進IBD和其他炎癥性疾病的預防和治療策略的發(fā)展。 五株專利菌株的微生態(tài)制劑產(chǎn)品（白云山和黃藥業(yè)聯(lián)合出品的三高伴侶 ? 微生態(tài)制劑），目前在新鄉(xiāng)醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院消化科正在開展IBD和UC患者的微生態(tài)直接臨床干預研究（倫理編號：[ 2001]倫科快審字 (23)號 ）。  

本研究的主要完成人，第一作者 許莉敏 是 新鄉(xiāng)醫(yī)學院公共衛(wèi)生學院的碩士研究生 ；共同第一作者劉秉東是暨南大學第一附屬醫(yī)院精神醫(yī)學科潘集陽教授與華南應(yīng)用微生物國家重點實驗室謝黎煒研究員聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生； 黃柳菁是南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院婦產(chǎn)科馬穎教授與 華南應(yīng)用微生物國家重點實驗室謝黎煒研究員聯(lián)合培養(yǎng) 碩 士研究生 ；李澤 是 新鄉(xiāng)醫(yī)學院公共衛(wèi)生學院的在讀碩士研究生 ；本文的通訊作者為 新鄉(xiāng)醫(yī)學院公共衛(wèi)生學院特聘教授、碩士生導師， 南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院內(nèi)分泌代謝科特聘教授 、博士生導師 ，廣東省科學院微生物研究所、華南應(yīng)用微生物國家重點實驗室、腸道微生態(tài)與健康團隊PI謝黎煒研究員。 

本文由“健康號”用戶上傳、授權(quán)發(fā)布，以上內(nèi)容（含文字、圖片、視頻）不代表健康界立場?！敖】堤枴毕敌畔l(fā)布平臺，僅提供信息存儲服務(wù)，如有轉(zhuǎn)載、侵權(quán)等任何問題，請聯(lián)系健康界（jkh@hmkx.cn）處理。

相關(guān)知識

益生菌介導色氨酸代謝通過腸道
Nature子刊：腸道細菌代謝物通過抑制鐵死亡來促進結(jié)直腸癌
Protein & Cell：腸道菌群及其代謝物在代謝性疾病中的作用
Science丨 浙江大學發(fā)現(xiàn)腸道菌群調(diào)控脂質(zhì)代謝新機制
Science丨喬杰/雷曉光與合作者報道腸道菌群調(diào)控代謝性疾病的新角色——菌源宿主同工酶
微生物代謝調(diào)控腸道及中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥
腸道3M：微生物組、代謝和代謝組，從基礎(chǔ)走向未來
腸道菌群及其代謝產(chǎn)物與妊娠期糖尿病相關(guān)性的研究進展
科學網(wǎng)—研究發(fā)現(xiàn)嬰兒腸道菌群及代謝物與肥胖相關(guān)
益生菌可通過調(diào)節(jié)腸道菌群介導不同宏基因組途徑產(chǎn)生抗肥胖作用

網(wǎng)址: 謝黎煒研究員團隊發(fā)現(xiàn)混合益生菌制劑及其代謝產(chǎn)物可通過調(diào)控腸道微生態(tài)緩解DSS誘導結(jié)腸炎 http://m.gysdgmq.cn/newsview731864.html