該研究結合體內外實(shí)驗、微生物組學(xué)、代謝組學(xué)、分子對接及公共數據集分析等技術(shù)，系統探究了寧鄉豬源海氏腸球菌緩解大腸桿菌誘導仔豬腸道炎癥的作用及分子機制。研究證實(shí)，該菌株可通過(guò)恢復腸道菌群平衡、促進(jìn)乙酸和丙酸等短鏈脂肪酸合成，進(jìn)而抑制?MyD88-NF-κB?信號通路激活，減少促炎細胞因子表達，同時(shí)該機制在克羅恩病患者中存在潛在臨床相關(guān)性，為細菌性腸道炎癥的益生菌和后生元治療提供了新的理論依據和候選菌株。百邁客生物為該研究提供了細菌全基因組和16S?rRNA基因測序服務(wù)。

研究背景

腸道炎癥受菌群失調、飲食、免疫異常等因素誘發(fā)，克羅恩病等炎癥性腸病的發(fā)生發(fā)展與腸道菌群失調密切相關(guān)，大腸桿菌是引發(fā)腸道炎癥的重要致病菌，亟需研發(fā)有效策略抑制其增殖。益生菌是緩解腸道炎癥的潛在手段，乳酸菌及短鏈脂肪酸等益生菌代謝產(chǎn)生的后生元備受關(guān)注，但其生物活性和作用機制尚未完全闡明。嚙齒類(lèi)模型無(wú)法充分反映人類(lèi)腸道特征，而豬的腸道菌群、免疫反應與人類(lèi)相近，是研究腸道疾病的適宜模型。

研究結果

? 低腹瀉率寧鄉仔豬的核心微生物標志物鑒定及海氏腸球菌的益生菌潛力驗證

對比寧鄉仔豬（138?窩）和約克夏仔豬（179?窩）哺乳期腹瀉發(fā)生率，發(fā)現寧鄉仔豬在7-21日齡腹瀉率顯著(zhù)更低（日齡7天：30.2%?vs?44.1%；日齡21天：30.9%?vs?47.5%）；7日齡糞便樣本檢測顯示，寧鄉仔豬分泌型免疫球蛋白A（sIgA）濃度顯著(zhù)高于約克夏仔豬，而防御素β2（DEFβ2）濃度無(wú)顯著(zhù)差異。16S?rRNA基因測序分析表明，兩種仔豬腸道菌群結構存在顯著(zhù)分離，寧鄉仔豬腸道內擬桿菌門(mén)、變形菌門(mén)、梭桿菌門(mén)豐度更高，厚壁菌門(mén)豐度更低；屬水平上，梭桿菌屬、擬桿菌屬在寧鄉仔豬中富集，而未分類(lèi)毛螺菌科、未分類(lèi)Muribaculaceae在約克夏仔豬中豐度更高。

通過(guò)線(xiàn)性判別分析效應量（LEfSe）篩選出9個(gè)差異豐度微生物，其中腸球菌屬與寧鄉仔豬sIgA水平呈強正相關(guān)（p<0.01，R2=0.651），且在其糞便中檢出率接近100%。從健康寧鄉仔豬糞便中分離該菌株，經(jīng)全基因組測序鑒定為海氏腸球菌，其呈均一球形，細胞形態(tài)完整，可利用乳糖、棉子糖、麥芽糖等多種多糖碳水化合物。該菌株對模擬胃腸道環(huán)境（pH?8.0人工腸液）、高濃度膽鹽（0.3%-0.4%）具有良好耐受性，抗生素敏感性檢測顯示其對青霉素、紅霉素等常用抗生素可控，符合益生菌候選標準。

小鼠灌胃實(shí)驗證實(shí)，口服該海氏腸球菌（10??CFU?/?只，連續3周）可顯著(zhù)增加小鼠體重，提升小腸絨毛長(cháng)度和隱窩深度，降低血清二胺氧化酶（DAO）、D?–?乳酸水平（腸屏障損傷標志物），升高血清sIgA水平，顯著(zhù)改善宿主腸道健康狀態(tài)。

寧鄉豬源海氏腸球菌抑制大腸桿菌定植并改善腸道炎癥體外抑菌實(shí)驗顯示，該海氏腸球菌對大腸桿菌、沙門(mén)氏菌、金黃色葡萄球菌均有抑制作用，其中對大腸桿菌抑制效果最顯著(zhù)。構建大腸桿菌誘導的仔豬腸道炎癥模型，將24日齡DLY仔豬分為對照組（CON）、大腸桿菌感染組（ETEC）、海氏腸球菌干預+大腸桿菌感染組（Eh+ETEC）。結果顯示，海氏腸球菌可逆轉大腸桿菌誘導的仔豬體重下降，16S?rRNA基因測序表明其能恢復感染仔豬腸道菌群α、β多樣性，降低變形菌門(mén)豐度，提升梭菌屬、普雷沃氏菌屬等有益菌豐度，顯著(zhù)降低埃希氏?–?志賀氏菌屬的相對豐度和定植量。菌群網(wǎng)絡(luò )分析顯示，海氏腸球菌可恢復被大腸桿菌破壞的微生物群落穩定性，提升腸球菌屬的生態(tài)地位。同時(shí)，該菌株能顯著(zhù)降低仔豬血清腸毒素（ET）水平，恢復回腸sIgA水平，降低回腸黏膜促炎細胞因子IL-1β、IL-6含量及TNF-α、IL-1β基因表達，有效緩解大腸桿菌誘導的腸道炎癥和腸屏障損傷。

? 乙酸和丙酸是寧鄉豬源海氏腸球菌發(fā)揮作用的核心功能代謝物

功能預測分析顯示，海氏腸球菌可調控丙酮酸代謝通路，全基因組測序證實(shí)其攜帶乙酸、丙酸合成相關(guān)基因（K00926、K0184）。仔豬實(shí)驗發(fā)現，大腸桿菌感染顯著(zhù)降低回腸食糜中乙酸、丙酸、戊酸濃度，而海氏腸球菌干預可特異性升高乙酸和丙酸水平（丁酸水平無(wú)顯著(zhù)變化），且寧鄉仔豬糞便中乙酸、丙酸濃度顯著(zhù)高于約克夏仔豬。構建乙酸?/?丙酸干預的大腸桿菌感染小鼠模型，證實(shí)乙酸和丙酸可顯著(zhù)抑制大腸桿菌在小鼠回腸的黏附與定植，降低血清ET、DAO水平，減輕腸道形態(tài)損傷，且丙酸的作用效果更顯著(zhù)；同時(shí)可下調回腸組織TNF-α、IL-1β、IL-4、IL-6等促炎細胞因子基因表達，證實(shí)乙酸和丙酸是海氏腸球菌緩解腸道炎癥的關(guān)鍵后生元。

? 乙酸和丙酸通過(guò)抑制MyD88-NF-κB通路緩解腸道炎癥

機制研究發(fā)現，大腸桿菌感染可顯著(zhù)激活仔豬、小鼠及IPEC-J2腸上皮細胞中?TLR4-MyD88-NF-κB信號通路，上調TLR4、MyD88、p65蛋白及基因表達，而海氏腸球菌、乙酸?/?丙酸干預可顯著(zhù)逆轉該通路的異常激活。分子對接實(shí)驗證實(shí)，乙酸和丙酸可與MyD88蛋白直接結合，結合位點(diǎn)為PHE-285和ARG288，其中乙酸與MyD88的PHE-285形成氫鍵，結合親和力更強。乙酸和丙酸可上調大腸桿菌感染小鼠回腸組織單羧酸轉運蛋白1（MCT1）表達，而海氏腸球菌可顯著(zhù)升高感染仔豬回腸SLC16A1（編碼?MCT1）基因表達，提示SCFAs需通過(guò)MCT1轉運進(jìn)入細胞發(fā)揮作用。構建腸道上皮細胞特異性MyD88敲除（Myd88?/?）小鼠模型，證實(shí)敲除MyD88可達到與乙酸?/?丙酸干預相似的效果，顯著(zhù)抑制大腸桿菌定植、降低血清ET水平、緩解腸道炎癥，證實(shí)乙酸?/?丙酸通過(guò)靶向MyD88-NF-κB通路發(fā)揮抗炎作用。

? 克羅恩病患者存在SCFAs下調及MyD88-NF-κB通路激活，具有臨床相關(guān)性

挖掘克羅恩?。–D）公共數據集，代謝組學(xué)分析顯示，CD?患者糞便中丙酸、丁酸、丁酸?/?異丁酸濃度顯著(zhù)降低，且與CD發(fā)病概率呈顯著(zhù)負相關(guān)；另有研究證實(shí)?CD患者糞便乙酸水平（28.7±10.2?mmol/L）顯著(zhù)低于健康人群（50.7±14.3?mmol/L，p<0.01）。RNA-seq?數據顯示，CD患者回腸組織中MyD88、TLR4?及?NF-κB家族相關(guān)基因（NFKBIA、NFKB2、NFKB1等）表達顯著(zhù)升高，SLC16A1基因表達顯著(zhù)降低，與動(dòng)物實(shí)驗中大腸桿菌感染模型的分子變化一致，提示海氏腸球菌?–?乙酸?/?丙酸?–?MyD88-NF-κB?軸在人類(lèi)腸道炎癥疾病中具有潛在臨床相關(guān)性。

研究總結

該研究指出大腸桿菌感染易破壞腸道穩態(tài)引發(fā)炎癥，而抗生素、抗炎藥等傳統治療存在耐藥、菌群失調反復等局限，凸顯了益生菌療法的研究?jì)r(jià)值。該研究分離的寧鄉豬源海氏腸球菌具優(yōu)異益生菌特性，可通過(guò)產(chǎn)乙酸、丙酸調控腸道菌群，經(jīng)?MCT1轉運后結合MyD88，抑制NF-κB通路過(guò)度激活以緩解炎癥，且首次證實(shí)該場(chǎng)景下乙酸、丙酸的調控作用優(yōu)于丁酸。同時(shí)，克羅恩病患者的SCFA水平降低、MyD88-NF-κB通路激活的特征，驗證了該機制的臨床相關(guān)性。此外，研究也提及存在SCFA調控MyD88的分子細節未明、可能涉及其他代謝物?/?通路等局限，但該研究為細菌性腸炎及炎癥性腸病的益生菌、后生元靶向治療，提供了全新候選菌株與核心作用靶點(diǎn)，奠定了重要理論基礎。

以上內容來(lái)源于益生相伴?菌之道，侵刪