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，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)王軍軍教授團(tuán)隊在Nature Communications（IF=14.7）上在線發(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全定量檢測服務(wù)）

研究思路

圖1. 技術(shù)路線

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. 合生素來源微生物群緩解腸道炎癥和屏障功能障礙

通過糞菌移植（FMT）研究合生素來源的微生物群對緩解小鼠腸道炎癥和屏障功能障礙的效果，與對照組微生物群相比，合生素來源的微生物群能夠有效減輕DSS小鼠體重下降、結(jié)腸長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)一步評估B. acidifaciens在腸道炎癥和屏障功能障礙中的作用，對小鼠進(jìn)行B. acidifaciens灌胃實(shí)驗，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

通過全定量Q300代謝組學(xué)技術(shù)對DSS小鼠的糞便樣本進(jìn)行靶點(diǎn)定量檢測，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B. acidifaciens進(jìn)行全基因組測序，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，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?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FATP4介導(dǎo)和抑制NF-κB激活來實(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；還分析了來自中國、美國、荷蘭和挪威的多項近期研究，涉及503名健康對照者和649名潰瘍性結(jié)腸炎（UC）患者的多個公開代謝組數(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，且活動期UC患者的C15:0濃度也低于非活動期患者，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

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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