《Tissue and Cell》：The vicious cycle between nutrient deficiencies and antibiotic-induced nutrient depletion at the host cell-pathogen interface: Coenzyme Q10 and omega-6 as key molecular players
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抗生素耐药性及病理性炎症的日益流行，凸显了理解调控宿主细胞-病原体界面的潜在生化与免疫过程的重要性。营养缺乏叠加抗生素诱导的营养耗竭，形成了一种加剧炎症的恶性循环，促进了细菌毒素在人体器官间及器官内微环境中的易位。辅酶Q10（Coenzyme Q10, CoQ
抗生素耐药性及病理性炎症的日益流行，凸显了理解调控宿主细胞-病原体界面的潜在生化与免疫过程的重要性。营养缺乏叠加抗生素诱导的营养耗竭，形成了一种加剧炎症的恶性循环，促进了细菌毒素在人体器官间及器官内微环境中的易位。辅酶Q10（Coenzyme Q10, CoQ10）与Omega-6亚麻酸（Linoleic Acid, LA 18:2ω6）对细胞膜完整性及免疫防御至关重要。然而，宿主细胞-病原体界面复杂的酶促步骤仍知之甚少。本研究恰逢其时，探讨了这些知识缺口，可为开发调节或靶向这些机制的营养与治疗策略提供依据。研究人员使用感染-炎症性的肠-肝轴三重细胞共培养模型，将人肠上皮细胞（T84）、巨噬细胞样THP-1细胞及肝细胞（Huh7）暴露于产亚麻酸的干酪乳杆菌（Lactobacillus casei, L. casei）与铜绿假单胞菌PAO1株（Pseudomonas aeruginosa strain PAO1, PAO1）。培养物在含或不含头孢他啶（Ceftazidime）抗生素的培养基中孵育6小时。PAO1与L. casei对Th1细胞因子IL-1β、IL-6及Th2型细胞因子IL-10的分泌产生相反影响。PAO1接种降低了CoQ10与亚麻酸水平，相较于未感染对照组。L. casei恢复了被PAO1损害的细胞健康与生物功能，表明其对宿主福祉有益。抗生素头孢他啶发挥双重效应，缓解PAO1毒性的同时轻微干扰L. casei的有益效应。研究结果揭示了营养缺乏与抗生素诱导营养流失的恶性循环如何在宿主细胞-病原体界面强化病理性炎症，并强调需更适当地靶向使用抗生素以保留CoQ10与Omega-6脂肪酸等必需营养素。机会致病菌与产LA细菌驱动的炎症反应代表了相反的免疫代谢通路，可能为治疗感染及减少抗生素耐药性的新方法提供见解。
研究背景与意义
抗生素耐药性与病理性炎症的全球蔓延，使得解析宿主细胞-病原体界面的生化及免疫调控机制成为迫切需求。现有认知表明，营养缺乏与抗生素诱导的营养耗竭可形成自我强化的炎症恶性循环，驱动细菌毒素在器官间及器官内微环境的易位，尤其在肠-肝轴（Gut-Liver Axis）这一宿主营养、微生物活动与免疫反应交汇的关键部位表现显著。辅酶Q10（Coenzyme Q10, CoQ10）作为线粒体电子传递与抗氧化防御的核心脂溶性分子，以及人体无法合成的必需脂肪酸Omega-6亚麻酸（Linoleic Acid, LA 18:2ω6），共同维持细胞膜完整性与免疫稳态。然而，病原体如何劫持这些宿主脂质、抗生素如何干扰其与微生物的互作以维持病理炎症，仍是未知的知识缺口。此前研究多聚焦抗生素对细菌耐药或宿主吸收的影响，缺乏在感染炎症环境下直接探讨抗生素、营养素与宿主-病原体互作三者三角关系的机制性评估。因此，研究人员通过开展体外感染炎症三重细胞共培养模型，旨在揭示CoQ10与LA在宿主细胞-病原体界面的动态变化，阐明营养耗竭恶性循环的分子基础，为精准抗生素使用及营养干预策略提供理论支撑。该研究发表于《Tissue and Cell》。
主要关键技术方法
研究人员构建体外感染性炎症肠-肝轴三重细胞共培养模型，整合人肠上皮T84细胞、巨噬细胞样THP-1细胞及肝Huh7细胞以模拟生理互作。选用产LA的干酪乳杆菌（Lactobacillus casei, L. casei ATCC 334）与机会致病菌铜绿假单胞菌PAO1株（Pseudomonas aeruginosa strain PAO1, DSM 22644）为模型菌，设置无感染对照、PAO1组、L. casei组及PAO1+L. casei共接种组，在含或不含1 mg/ml头孢他啶（Ceftazidime）培养基中孵育6小时。通过检测细胞活力、跨上皮电阻（Transepithelial Electrical Resistance, TEER）评估屏障功能；利用酶联免疫吸附测定（Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, ELISA）定量Th1（IL-1β, IL-6）与Th2（IL-10）细胞因子分泌；采用特异性ELISA试剂盒分析细胞内总CoQ10与Omega-6含量；测定碱性磷酸酶（Alkaline Phosphatase, ALP）活性及上清/胞内葡萄糖、铁、高密度脂蛋白胆固醇（High-Density Lipoprotein Cholesterol, HDL-C）、甘油三酯（Triglycerides, TG）等代谢防御指标；开展竞争排斥实验评估细菌黏附差异，所有数据经统计学分析验证。
研究结果
3.1. Cell viability（细胞活力）
研究人员通过台盼蓝排斥法评估发现，PAO1单独暴露6小时显著降低T84、THP-1及Huh7细胞活力（T84降至44.3±3.0%），而L. casei单独处理轻微提升活力（T84至109.3±3.1%）并部分拮抗PAO1毒性（衰减10.5%）。头孢他啶单独使用显著缓解PAO1诱导的细胞毒性（T84衰减30.6%，THP-1衰减40.0%，Huh7衰减37.6%），但头孢他啶与L. casei联合处理未呈现预期的叠加效应，归因于头孢他啶轻微抑制L. casei存活及潜在分子间互作。
3.2. Protective effect of LA-producing L. casei and ceftazidime against PAO1-induced impairment of intestinal barrier function in T84 cell monolayers（产LA的L. casei与头孢他啶对PAO1诱导的T84细胞单层肠屏障功能损伤的保护作用）
通过测量跨上皮电阻（TEER）评估屏障完整性，PAO1使TEER降低48.1%，L. casei单独提升TEER至119.2%并拮抗PAO1损伤（改善19.4%）。头孢他啶显著抑制PAO1导致的TEER下降（改善45.1%），但同样轻微削弱L. casei的增益效应，联合处理未达叠加效果，提示二者可能通过不同分泌途径发挥作用。
3.3. Modulation of protein expression of Th1 and Th2-cytokines associated with integrity of the intestinal barrier during PAO1 challenge（PAO1挑战期间与肠屏障完整性相关的Th1和Th2细胞因子蛋白表达的调节）
研究人员检测上清细胞因子发现，PAO1使IL-1β与IL-6分别激增8倍与5.8倍，同时IL-10降低4.5倍。L. casei显著提升IL-10基线并抑制PAO1诱导的IL-1β/IL-6升高，头孢他啶亦恢复细胞因子至近正常水平，联合处理增强调控但未呈叠加性。表明L. casei分泌因子可远程调节未直接接触的THP-1与Huh7细胞免疫响应。
3.4. Modulation of de novo cellular membrane lipids (omega-6) and lipophilic antioxidant (CoQ10) associated with host cell metabolism during PAO1 challenge（PAO1挑战期间与宿主细胞代谢相关的从头合成细胞膜脂质（Omega-6）与亲脂性抗氧化剂（CoQ10）的调节）
定量分析显示，PAO1单独处理使T84、THP-1、Huh7细胞内CoQ10分别降低约5.1倍，Omega-6降低约3.87倍；L. casei单独提升CoQ10（1.33倍）与Omega-6（1.07倍）。头孢他啶阻断PAO1导致的营养素耗竭，但联合L. casei未产生协同增益。证实机会致病菌劫持宿主膜脂质抗氧化防御，而产LA菌与抗生素促进亲脂抗氧化微环境。
3.5. Antibiotic a critical arbiter of metabolic host–pathogen interactions affecting glucose（抗生素是影响葡萄糖的宿主-病原体代谢互作的关键仲裁者）
代谢指标显示，PAO1感染耗尽培养基葡萄糖（激活宿主糖酵解）并降低肝细胞铁（3.62 vs 14.31 nmol/mg蛋白）、提升甘油三酯（0.282 vs 0.071 mmol/g蛋白）及降低高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C, 0.058 vs 0.257 mmol/g蛋白）。L. casei逆转上述紊乱，头孢他啶亦显著回调，但轻微干扰L. casei对铁的提升效应。证明肠-肝轴免疫代谢响应受营养素可用性与有益菌-抗生素互作共同调控。
3.6. Modulation of alkaline phosphatase activity as a hallmark of antibiotic-induced intestinal dysbiosis and a key intestinal mucosal defense enzyme（碱性磷酸酶活性作为抗生素诱导肠菌群失调标志与关键肠黏膜防御酶的调节）
PAO1显著降低T84与Huh7细胞碱性磷酸酶（ALP）活性，L. casei提升ALP活性并拮抗病原抑制，头孢他啶缓解PAO1效应但轻微削弱L. casei的ALP诱导能力。印证乳酸杆菌体内增强肠ALP活性的既往发现，ALP是抗生素致肠屏障防御受损的关键标志物。
3.7. Concomitant effects of ceftazidime and L. casei bacterium on the growth and survival of PAO1（头孢他啶与L. casei对PAO1生长与存活的伴随效应）
竞争排斥实验表明，L. casei单独减少PAO1对T84黏附（4.3 vs 7.3 log CFUs），头孢他啶大幅杀灭PAO1（1.3 log CFUs），联合处理进一步降至2.8 log CFUs但非叠加。头孢他啶在90分钟竞争中对L. casei存活有边际抑制（降低16.43% vs DMEM中3.37%），感染环境下抑制加剧。揭示临床相关剂量头孢他啶具双重性：控病原同时微损有益产LA菌株。
讨论与结论总结
讨论部分指出，在模拟感染炎症肠-肝轴模型中，头孢他啶与产LA的L. casei对PAO1具保护与细胞保护作用，PAO1与L. casei对Th1/Th2细胞因子、CoQ10、Omega-6及屏障功能呈相反调控。CoQ10与Omega-6耗竭与IL-1β/IL-6负相关、与IL-10/TEER/活力正相关。头孢他啶虽缓解PAO1毒性但边际干扰L. casei获益，反映抗生素与有益微生物在炎症微环境中的复杂互作。营养素（CoQ10, LA）、抗生素与宿主代谢防御（葡萄糖、铁、TG、HDL-C、ALP）构成三角动力学，不当抗生素使用可加剧营养失调与免疫代谢紊乱。研究局限在于体外模型未能完全模拟体内药动学与组织微环境，需体内验证。
结论部分翻译：在宿主细胞-病原体界面，铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）PAO1与产亚麻酸（LA）的乳酸菌对宿主细胞的免疫反应、活力及生物功能产生相反影响。头孢他啶等抗生素介入这些生化过程，关键宿主衍生营养素——CoQ10与Omega-6脂肪酸——似乎在调节这些互作中起核心作用。结果表明，致病性与产LA细菌可能差异性地向宿主磷脂膜插入效应分子，以不同方式劫持宿主细胞机制。在肠-肝轴背景下，产LA菌与抗生素调节宿主代谢防御机制，影响葡萄糖代谢、膜脂质组成及抗氧化响应，共同调控PAO1感染期间的结肠免疫代谢响应并可能减轻疾病严重度与病理炎症。然而，抗生素结局可因营养可用性、营养竞争者、细菌组成、抗生素剂量及感染部位产LA菌抗生素耐药性类型（原发或继发）而异。未来需在重现肠-肝轴宿主-微生物-营养素互作的体内模型验证机制，解析产LA菌影响宿主膜组成与免疫信号的分子通路，探索不同抗生素方案在多微生物感染中对宿主-微生物-营养素互作的影响，以制定考量微生物生态与宿主营养状态的精准策略。
