

β-葡聚糖与约氏乳杆菌联用,是否能比单一组分产生更好的抗炎效果?近日,南昌大学聂少平教授团队,在国际学术期刊 Food & Function发表了题为“Synergistic protective effects of β-glucan and Lactobacillus johnsonii NSP009 in ulcerative colitis”的封面文章。研究发现,β-葡聚糖与约氏乳杆菌NSP009组成的合生元在改善溃疡性结肠炎方面具有显著的协同增效作用,并对其可能的益生作用途径进行了初步探究。


研究背景

溃疡性结肠炎(UC)是一种反复发作的慢性炎症性肠病,伴随肠道微生态失调及肠上皮屏障受损。根据国际益生菌和益生元科学协会(ISAPP)的共识定义,合生元(Synbiotics)是指由活的微生物和被宿主微生物选择性利用的底物组成的混合物,能够赋予宿主健康益处。大量研究报道了合生元对于改善肠道炎症的干预潜力,开发新型合生元对于改善肠道健康具有重要学术价值与应用前景。青稞β-葡聚糖(BG)是一种膳食纤维,具有良好的抗炎潜力,而约氏乳杆菌(L. johnsonii, LJ)是维护肠道稳态的关键菌株。前期研究报道BG在体内外均能显著促进LJ增殖,提示二者的组合或具有协同效应。因此,该研究旨在探讨BG与L. johnsonii NSP009的协同作用,相关结果可为UC的营养干预提供科学依据。

研究结果

01
BGLJ合生元显著缓解结肠炎相关表型
通过DSS诱导的小鼠结肠炎模型,发现相比于单独补充BG或LJ,联合干预组(BGLJ)展现出更好的保护作用:BGLJ干预显著减缓了小鼠的体重下降,降低了疾病活动指数(DAI)。此外,在结肠长度恢复方面,BGLJ组的效果显著优于BG单一干预组。组织病理学分析(H&E和AB/PAS染色)进一步证实,BGLJ能更有效地保护结肠黏膜结构的完整性,减少隐窝损伤,并显著改善杯状细胞的丢失。

图 BGLJ合生元改善结肠炎相关表型及组织学损伤
02
BGLJ合生元缓解结肠炎症
炎症因子的过度表达是UC的核心病理特征。研究发现,BGLJ干预显著下调了结肠组织中促炎因子TNF-α和IL-6的水平。此外,作为反映结肠炎症程度的关键生化指标,髓过氧化物酶(MPO)的水平在BGLJ组中得到了显著抑制,效果均优于单独干预。值得注意的是,BGLJ还显著降低了小鼠血清中脂多糖(LPS)的浓度,这提示该合生元组合不仅在局部发挥抗炎作用,还能降低因肠道通透性增加引起的全身性炎症风险。

图 BGLJ合生元对结肠炎症指标及血清LPS水平的影响
03
BGLJ合生元增强肠道屏障功能
肠上皮屏障受损及通透性增加是UC发病机制的重要环节。免疫组织化学分析表明,DSS诱导导致了紧密连接蛋白(Claudin-1、Occludin、ZO-1)和黏蛋白(Muc-2)水平的大幅下降,意味着肠道屏障遭到严重破坏;BGLJ干预能够显著上调Claudin-1、Occludin以及Muc-2的表达水平。这种协同干预在促进上述关键屏障蛋白表达及恢复粘蛋白水平方面,表现出优于单独使用BG或LJ的效果,证实了其在重塑肠道屏障中的优势。

图 BGLJ合生元增强肠道屏障功能的免疫组化分析
04
BGLJ合生元增加约氏乳杆菌丰度及其与结肠炎改善的相关性
在肠道微生态的调节方面,尽管BGLJ对菌群α-多样性与β-多样性无显著影响,定量PCR分析表明BGLJ干预能够显著促进LJ的增殖,且对罗伊氏乳杆菌等其他肠道常见乳杆菌无显著富集作用,提示BG具有一定的底物特异性。相关性分析进一步证实,LJ的丰度提升与体重增加、杯状细胞数量、屏障蛋白表达呈正相关,而与DAI、组织学评分、促炎因子水平呈负相关,强调了该菌在改善结肠炎中的重要作用。

图 BGLJ合生元促进约氏乳杆菌定殖及其与表型的相关性分析
05
约氏乳杆菌NSP009衍生的ILA在体外增强IL-22的产生
体外培养发现,LJ NSP009能高效产生吲哚-3-乳酸(ILA)。靶向代谢组学数据显示,ILA是该菌产生的主要吲哚衍生物之一。
在体外细胞实验中,观察到ILA能够以剂量依赖的方式促进Th17细胞分泌细胞因子IL-22。而当加入芳香烃受体(AhR)拮抗剂后,这种促进作用被抑制,这提示ILA可能通过激活AhR途径来调节免疫因子的产生。


图 约氏乳杆菌NSP009体外代谢ILA的能力及其对IL-22产生的影响
06
BGLJ合生元部分通过ILA-AhR-IL-22轴缓解结肠炎
BGLJ干预提升了结肠炎小鼠肠道内容物中ILA的水平。与此同时,结肠组织中AhR通路的下游靶基因Cyp1a1以及Il22的表达量均显著上调,IL-22的蛋白水平也相应升高。这些发现提示,BGLJ合生元对结肠炎的保护作用,可能部分归因于其促进了LJ及其代谢产物ILA的产生,进而通过激活肠道“ILA-AhR-IL-22”这一调节轴实现了对肠道免疫平衡的调节与屏障修复。

图 BGLJ合生元在体内对ILA-AhR-IL-22轴的潜在调节作用

结论与展望

由青稞β-葡聚糖与约氏乳杆菌NSP009构成的协同型合生元,能够通过增加该菌株在肠道中的丰度并提高其色氨酸代谢产物ILA的水平,进而激活肠道内的AhR-IL-22免疫轴,有效抑制了结肠炎症反应,并促进了肠黏膜屏障的修复。这一研究结果为新型合生元的开发提供了新的思路,为UC的合生元干预策略提供了实验与理论依据。
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