潰瘍性結(jié)腸炎（UC）是一種炎癥性腸�。↖BD），但其病因和發(fā)病機(jī)制仍不清楚。最新研究認(rèn)為它與腸道炎癥、屏障功能障礙和生態(tài)失調(diào)密切相關(guān)。然而，目前臨床可用于UC的預(yù)防和治療方案很少，飲食干預(yù)是緩解UC癥狀的主要策略，其中，益生元、益生菌以及合生素（益生菌與益生元結(jié)合使用的生物制劑）在改變腸道微生物群、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和增強(qiáng)屏障能力等方面表現(xiàn)出較強(qiáng)的應(yīng)用前景。

2024年10月28日，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)王軍軍教授團(tuán)隊(duì)在Nature Communications（IF=14.7）上在線(xiàn)發(fā)表了一篇題為“Galactooligosaccharides and Limosilactobacillus reuteri synergistically alleviate gut inflammation and barrier dysfunction by enriching Bacteroides acidifaciens for pentadecanoic acid biosynthesis”的研究文章，通過(guò)代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、宏基因組學(xué)、FMT等技術(shù)手段，揭示了由GOS（低聚半乳糖）和L. reuteri（羅伊氏乳桿菌）組成的合生素通過(guò)促進(jìn)B. acidifaciens（產(chǎn)酸擬桿菌）合成C15:0（十五烷酸），從而緩解腸道炎癥和屏障功能障礙，闡明了合生素在治療UC和其他腸道炎癥性疾病的潛力。（麥特繪譜提供Q300全定量檢測(cè)服務(wù)）

研究思路

圖1. 技術(shù)路線(xiàn)

研究結(jié)果

1. 合生素改善腸道炎癥和屏障功能障礙，富集產(chǎn)酸擬桿菌

為了研究由GOS和L. reuteri組成的合生素對(duì)腸道炎癥和屏障功能的影響，給小鼠單獨(dú)或聯(lián)合給藥GOS和L. reuteri四周，DSS（葡聚糖硫酸鈉）治療一周，結(jié)果表明合生素對(duì)DSS誘導(dǎo)的小鼠腸道炎癥和屏障功能具有顯著的改善作用，這種改善作用包括逆轉(zhuǎn)體重下降、結(jié)腸縮短和腸道損傷，保持結(jié)腸粘膜完整性，以及減輕腸道炎癥。此外，合生素能夠恢復(fù)DSS處理小鼠中Bacteroides（特別是B. acidifaciens）的豐度。

圖2. 合生素改善腸道炎癥和屏障功能障礙

2. 合生素來(lái)源微生物群緩解腸道炎癥和屏障功能障礙

通過(guò)糞菌移植（FMT）研究合生素來(lái)源的微生物群對(duì)緩解小鼠腸道炎癥和屏障功能障礙的效果，與對(duì)照組微生物群相比，合生素來(lái)源的微生物群能夠有效減輕DSS小鼠體重下降、結(jié)腸長(zhǎng)度縮短以及腸道黏膜表面損傷，抑制血清中促炎細(xì)胞因子（TNF-α、IL-1β和IL-6）水平。此外，F(xiàn)MT還改變了受體小鼠的糞便微生物群結(jié)構(gòu)，其中Bacteroides（擬桿菌屬）和Lactobacillus（乳桿菌屬）在接收合生素來(lái)源微生物群的小鼠中增加，且B. acidifaciens成功在腸道中定植。

圖3. B. acidifaciens在合生素補(bǔ)充受體小鼠中富集

3. B. acidifaciens緩解腸道炎癥和屏障功能障礙

進(jìn)一步評(píng)估B. acidifaciens在腸道炎癥和屏障功能障礙中的作用，對(duì)小鼠進(jìn)行B. acidifaciens灌胃實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，B. acidifaciens顯著減輕了DSS誘導(dǎo)的腸道損傷。此外，B. acidifaciens還部分恢復(fù)了緊密連接蛋白的表達(dá)，并抑制了促炎細(xì)胞因子的表達(dá)。

圖4. B. acidifaciens緩解腸道炎癥和屏障功能障礙

4. C15:0減輕腸道炎癥反應(yīng)和屏障功能障礙

通過(guò)全定量Q300代謝組學(xué)技術(shù)對(duì)DSS小鼠的糞便樣本進(jìn)行靶點(diǎn)定量檢測(cè)，其中十五烷酸（C15:0）下調(diào)最為顯著，服用合生素后，糞便中C15:0含量升高。在FMT受體小鼠中也觀(guān)察到C15:0濃度增加，表明C15:0可能是減輕腸道炎癥和緩解屏障功能障礙的關(guān)鍵代謝產(chǎn)物。

圖5. 合生素增加小鼠體內(nèi)十五烷酸含量

5. B. acidifaciens合成C15:0

為了確定B. acidifaciens是否能直接合成C15:0，將GOS、L. reuteri和B. acidifaciens進(jìn)行共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)C15:0含量明顯增加，而單獨(dú)使用任何一種都只有邊際效應(yīng)。進(jìn)一步對(duì)B. acidifaciens進(jìn)行全基因組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)合成C15:0的所有關(guān)鍵基因都存在，表明B. acidifaciens能直接產(chǎn)生C15:0。接著研究C15:0主要合成基因是如何在合生素補(bǔ)充小鼠中被調(diào)節(jié)的，進(jìn)行宏基因組測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)DSS處理下調(diào)了fabK、acrC、fabF和FATA基因，而補(bǔ)充合生素后這些基因表達(dá)得到恢復(fù)，進(jìn)一步表明了合生素能夠富集B. acidifaciens加速C15:0的生物合成。

圖6. B. acidifaciens調(diào)控C15:0合成

6. C15:0介導(dǎo)的腸屏障完整性保護(hù)的潛在機(jī)制

在發(fā)現(xiàn)C15:0是關(guān)鍵的代謝產(chǎn)物之后，為進(jìn)一步揭示C15:0介導(dǎo)的腸道屏障完整性保護(hù)的潛在機(jī)制，給DSS小鼠口服C15:0，并取結(jié)腸組織進(jìn)行測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)C15:0抑制多條炎癥相關(guān)通路，并抑制促炎細(xì)胞因子mRNA表達(dá)。同時(shí)，C15:0抑制了DSS處理小鼠和LPS刺激的MODE-K細(xì)胞中NF-κB的激活，表現(xiàn)為NF-κB p65磷酸化的減少。此外，在合生素、B. acidifaciens處理的DSS小鼠中也表現(xiàn)出NF-κB p65磷酸化的減少。

研究還發(fā)現(xiàn)DSS小鼠、LPS刺激Caco-2細(xì)胞和MODE-K細(xì)胞中FATP4（脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4）的表達(dá)受到抑制，但C15:0處理能夠恢復(fù)其表達(dá)，F(xiàn)ATP4抑制劑實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝻@著逆轉(zhuǎn)C15:0在LPS處理的MODE-K細(xì)胞中恢復(fù)緊密連接蛋白表達(dá)和抑制促炎細(xì)胞因子的作用。上述結(jié)果表明C15:0的抗炎和屏障保護(hù)作用是通過(guò)FATP4介導(dǎo)和抑制NF-κB激活來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

圖7. C15:0抑制NF-κB激活

7. 臨床意義

為了確認(rèn)上述研究結(jié)果在其他腸道炎癥性疾病中的臨床意義，考察了LPS刺激的豬中B. acidifaciens和C15:0之間的關(guān)系；還分析了來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、荷蘭和挪威的多項(xiàng)近期研究，涉及503名健康對(duì)照者和649名潰瘍性結(jié)腸炎（UC）患者的多個(gè)公開(kāi)代謝組數(shù)據(jù)集的C15:0濃度，發(fā)現(xiàn)UC患者的糞便、血清和結(jié)腸活檢樣本中的C15:0濃度顯著低于健康志愿者，且活動(dòng)期UC患者的C15:0濃度也低于非活動(dòng)期患者，表明了在不同物種和不同腸道炎癥模型中，炎癥和屏障功能障礙與B. acidifaciens和C15:0水平降低相關(guān)。

圖8. UC患者和LPS誘導(dǎo)的豬中B. acidifaciens和C15:0呈現(xiàn)下調(diào)趨勢(shì)

小結(jié)

本研究揭示了GOS和L. reuteri的組合促進(jìn)了產(chǎn)酸擬桿菌合成十五烷酸來(lái)緩解腸道炎癥和屏障功能障礙，為UC和其他腸道炎癥性疾病提供了潛在的治療途徑。

參考文獻(xiàn)

Galactooligosaccharides and Limosilactobacillus reuteri synergistically alleviate gut inflammation and barrier dysfunction by enriching Bacteroides acidifaciens for pentadecanoic acid biosynthesis. Nature Communications. 2024

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繪譜幫你測(cè)

本研究通過(guò)Q300全定量檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)C15:0（十五烷酸）是調(diào)控潰瘍性腸病的有效代謝產(chǎn)物，為后續(xù)探索抑制NF-κB活化與增強(qiáng)緊密連接蛋白表達(dá)來(lái)抑制腸道炎癥的機(jī)制確立了精準(zhǔn)的研究對(duì)象。麥特繪譜開(kāi)創(chuàng)性地搭建了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域高端代謝組學(xué)技術(shù)平臺(tái)，覆蓋了非靶向-全定量-代謝流等全方位的高端醫(yī)學(xué)代謝組解決方案，同時(shí)全面布局微生物組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等多組學(xué)技術(shù)服務(wù)，已成為全球多組學(xué)研究者的優(yōu)選合作伙伴。麥特繪譜擁有Q1000，Q500、Q300、Q200和膽汁酸、短鏈脂肪酸、色氨酸及吲哚衍生物、多胺和TMAO類(lèi)等各類(lèi)小分子代謝物、非靶向代謝組學(xué)和同位素示蹤代謝流技術(shù)等共40+系列檢測(cè)方法；已為數(shù)百家三甲醫(yī)院、科研院所和企業(yè)提供多組學(xué)解決方案，協(xié)助客戶(hù)與合作伙伴發(fā)表SCI文章400+篇，累計(jì)影響因子4000+，平均IF＞10，包括Cell, Nature, Science, Cell Metabolism, Immunity, Gut, Hepatology, Microbiome等頂級(jí)期刊。