代谢组学揭示小檗碱干预ETEC感染断奶仔猪后肠代谢重编程及生理调控机制

《Scientific Reports》：Metabolomics reveals the hindgut metabolic changes and physiological impacts in weaned piglets subjected to ETEC infection and berberine intervention

本研究针对产肠毒素大肠杆菌（ETEC）感染引发仔猪腹泻及肠道炎症的难题，通过结肠代谢组学分析发现，小檗碱（BBR）可通过调节胆碱能信号通路（如神经活性配体-受体相互作用、cAMP信号通路等）缓解脂代谢紊乱和全身性炎症反应，并首次提出"味觉转导"通路在ETEC感染和BBR干预中的潜在调控作用，为传统中药提取物的临床应用提供了代谢层面的新依据。

　　

在全球范围内，产肠毒素大肠杆菌（Enterotoxigenic Escherichia coli, ETEC）感染是引发婴幼儿和幼龄动物腹泻、肠道炎症乃至死亡的重要病因。尤其对于刚经历断奶应激的哺乳动物，肠道屏障功能尚未完善，ETEC的侵袭可能导致水电解质代谢紊乱、营养不良和生长受阻。尽管其致病机制已被部分揭示——ETEC通过黏附小肠上皮细胞并释放肠毒素导致代谢功能障碍，但针对其引发的全身性代谢调控网络变化及干预策略的研究仍显不足。

传统中药小檗碱（Berberine, BBR）是从黄连等植物中提取的异喹啉生物碱，具有抗炎、抗感染和调节代谢的多重药理活性。前期研究表明BBR能通过优化肠道菌群、抑制NF-κB和MAPK信号通路缓解ETEC引起的肠道损伤，但其对结肠代谢谱的影响及全身生理功能的调控机制尚不清晰。为此，安徽科技学院张锋团队在《Scientific Reports》发表研究，通过结肠代谢组学结合血清生化分析，系统阐释了BBR如何通过代谢重编程缓解ETEC感染导致的生理损伤。

研究采用液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术对结肠内容物进行非靶向代谢组学分析，并通过酶联免疫吸附试验（ELISA）和全自动生化分析仪检测血清炎症因子与生化指标。实验选取18头21日龄断奶仔猪，随机分为基础日粮+生理盐水组（BD+Saline）、基础日粮+ETEC感染组（BD+ETEC）和基础日粮添加0.1% BBR+ETEC感染组（BBR+ETEC），通过灌胃给予10⁸ CFU/mL ETEC菌液建立腹泻模型。

血清生化参数变化

ETEC感染显著升高血清天门冬氨酸氨基转移酶（AST）、AST/丙氨酸氨基转移酶（ALT）比值、总蛋白、球蛋白和甘油三酯水平（P<0.05），同时降低总胆固醇、低密度脂蛋白（LDL）和高密度脂蛋白（HDL）含量，提示肝功能和脂代谢紊乱。BBR干预后显著逆转上述指标，表明其能改善肝细胞损伤和脂质代谢异常。

血清炎症因子响应

ETEC感染引发促炎因子（TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、IL-12、IFN-γ）和抗炎因子（IL-4、IL-10、TGF-β）全面升高，而BBR特异性抑制促炎因子水平，说明其抗炎作用具有选择性。

结肠代谢组学分析

ETEC感染导致14种代谢物上调和21种代谢物下调，差异代谢物主要富集于果糖和甘露糖代谢通路。相关性网络显示，总胆固醇、LDL、IL-1β、IL-8和TGF-β与D-甘露醇显著相关，提示ETEC可能通过糖代谢紊乱加剧炎症和脂代谢异常。

BBR干预后111种代谢物上调和48种下调，胆碱能突触通路成为核心富集通路。二氢小檗碱（dihydroberberine）和乙酰胆碱（acetylcholine）显著上调，并与总蛋白、IL-1β、IL-6等炎症指标密切关联，表明BBR可能通过增强胆碱能信号传导调节蛋白质吸收与免疫平衡。

代谢通路网络构建

Sankey图进一步揭示，BBR通过乙酰胆碱关联神经活性配体-受体相互作用、胰腺分泌、cAMP信号通路等十余条通路，协同调控炎症反应；而ETEC感染则通过D-甘露醇影响ABC转运蛋白和味觉转导通路。

研究结论强调，ETEC感染通过扰乱果糖/甘露糖代谢和味觉转导通路诱发代谢失衡，而BBR不仅直接抑制炎症，还通过胆碱能信号网络多靶点修复代谢稳态。该研究首次从结肠代谢视角揭示BBR调控ETEC感染的生理机制，为中药提取物在儿科腹泻疾病的临床应用提供了代谢层面的理论支撑。