过表达脱落酸的地衣芽孢杆菌通过调节肠道微生物群和免疫活性减轻 DSS 诱导的小鼠结肠炎

【字体: 时间:2025年05月20日 来源:BMC Microbiology 4

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  炎症性肠病(IBD)治疗手段有限,研究人员针对其黏膜屏障、微生物群等复杂机制,开展地衣芽孢杆菌(Bl)过表达 cyp 基因以增加脱落酸(ABA)产量的研究,发现 Bl-cyp 可有效缓解 DSS 诱导的小鼠结肠炎,为 IBD 预防提供新方向。

  炎症性肠病(Inflammatory Bowel Disease, IBD)如同潜伏在肠道的 “隐形杀手”,包括克罗恩病和溃疡性结肠炎,其发病与黏膜屏障受损、肠道微生物群失调、免疫失衡及遗传因素紧密相关。目前,全球 IBD 发病率逐年攀升,但治疗手段却十分有限,患者常常面临病情反复发作的痛苦,寻找有效的预防和治疗方法迫在眉睫。东南大学的研究人员聚焦于益生菌调节肠道微生物群改善结肠炎的潜力,结合植物激素脱落酸(Abscisic Acid, ABA)在免疫和炎症性疾病中的积极作用,开展了一项颇具创新性的研究。他们假设地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis, Bl)过表达额外的 cyp 基因以增加 ABA 产量,可能会增强其缓解结肠炎的效果。这项研究成果发表在《BMC Microbiology》上,为 IBD 的防治带来了新的希望。
研究人员主要采用了以下关键技术方法:构建 Bl-cyp 重组菌株,通过 SDS-PAGE 检测 Cyp 蛋白表达,利用 qRT-PCR 检测基因转录水平,运用 LC-MS 和 ELISA 对 ABA 进行定性和定量分析,建立 DSS 诱导的小鼠结肠炎模型,借助流式细胞术分析 Treg 和 Th17 细胞比例,采用 ELISA 检测炎症细胞因子水平,通过免疫荧光染色观察 goblet 细胞数量,利用 16S rRNA 基因测序分析肠道微生物群多样性和组成,并进行了一系列的组织学和分子生物学检测。

过表达 cyp 基因的 Bl 菌株分泌更多 ABA


研究人员将 Bl ATCC 12759 菌株的 cyp 基因克隆到 pET28a 载体,构建了 Bl-cyp 菌株。实验表明,在 Nfb 培养基中培养 48-72 小时后,Bl-cyp 菌株上清液中的 ABA 浓度显著高于亲本 Bl 菌株和仅表达载体 pET28a 的 Bl-pET28a 菌株,48 小时时 Bl-cyp 菌株的 ABA 浓度达 95 μg/mL,证实 Bl-cyp 菌株能够有效过量表达 cyp 基因并分泌更多 ABA。

Bl-cyp 菌株预防性给药更有效减轻 DSS 诱导的小鼠结肠炎


与 Bl 和 Bl-pET28a 菌株相比,Bl-cyp 菌株预防性给药能显著降低 DSS 诱导小鼠的体重减轻和疾病活动指数(DAI),增加结肠长度,降低结肠组织中 IL-6 的 mRNA 表达水平,减轻结肠损伤和炎症细胞浸润,表明 Bl-cyp 菌株对 DSS 诱导的结肠炎具有更显著的缓解作用。

Bl-cyp 菌株更有效增强上皮屏障功能


Bl-cyp 菌株处理后,小鼠结肠上皮层的杯状细胞数量显著增加,血清脂多糖(LPS)水平显著降低,结肠组织中闭合蛋白(occludin)基因表达水平显著升高,说明 Bl-cyp 菌株能更有效地增强上皮屏障功能,减少肠道通透性。

Bl-cyp 菌株更有效调节紊乱的肠道微生物群


Bl-cyp 菌株能显著提高肠道微生物群的 α 多样性和 β 多样性,改善微生物群的丰富度和组成,调节拟杆菌门(Bacteroidota)与厚壁菌门(Bacillota)的比例,抑制机会致病菌大肠杆菌(Escherichia)的过度生长,且其调节效果优于 Bl 和 Bl-pET28a 菌株。

Bl-cyp 菌株与高浓度 ABA 标准品效果相似但调节微生物群更优


高浓度 ABA 标准品(ABA-H)能显著减轻 DSS 诱导的结肠炎,Bl-cyp 菌株的效果与 ABA-H 相似,两者均能增加肠系膜淋巴结(MLNs)中 Treg 细胞比例,降低 Th17 细胞比例,减少促炎细胞因子 TNF-α、IL-6、IL-22 水平,增加抗炎细胞因子 IL-10 水平。但 Bl-cyp 菌株在调节肠道微生物群方面效果更优,其 α 多样性显著高于 ABA-H 组,且能更有效抑制大肠杆菌等机会致病菌的生长。

研究结论表明,Bl-cyp 菌株可通过调节肠道微生物群和宿主免疫状态,有效减轻 DSS 诱导的小鼠结肠炎,为 IBD 的预防提供了一种新的潜在策略。讨论部分指出,Bl-cyp 菌株兼具益生菌调节肠道微生物群和 ABA 调节免疫的双重优势,其分泌的 ABA 可能通过 PPARγ 依赖机制调节黏附分子表达和 Treg/Th17 细胞分化平衡。尽管目前 Bl-cyp 菌株因携带抗生素抗性基因不适合直接用于人体,但其为开发无抗生素抗性的新型益生菌制剂提供了思路,未来可通过平衡致死系统等技术进一步优化。这项研究不仅深化了对益生菌和 ABA 在 IBD 中作用机制的认识,也为临床防治 IBD 开辟了新的方向。

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