精细化的光生物调节疗法通过调节免疫途径和肠道微生物群来改善炎症性肠病

《Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology》：Refined photobiomodulation therapy ameliorates inflammatory bowel disease via modulation of immune pathways and gut microbiota

本研究利用优化光输送的830nm红外LED对DSS诱导的小鼠结肠炎进行光生物调节治疗，发现PBM显著减轻炎症、恢复结肠长度，并调节NF-κB信号通路及肠道菌群多样性，提示其作为IBD非侵入性治疗的新策略。

　　

李素萌（Lee So Maeng）| 尹正焕（Jung Hwan Yoon）| 郑宝怡（Bom Yee Chung）| 徐京真（Kyung Jin Seo）| 李海敬（Hae Kyung Lee）| 郑文圭（Moon Gyu Chung）| 朴元相（Won Sang Park）| 蔡铉淑（Hiun Suk Chae）

韩国天主教大学医学院病理学系，仁川圣玛丽医院，韩国仁川市富平区富平洞东洙路56号

摘要

背景

炎症性肠病（IBD），如溃疡性结肠炎和克罗恩病，是受遗传和环境因素影响的慢性疾病。目前的治疗方法成本高昂，并非对所有患者都有效。本研究旨在通过使用硫酸葡聚糖（DSS）诱导的结肠炎小鼠模型，评估改进型光生物调节（PBM）疗法的治疗潜力，以解决光照传递的局限性及其对肠道微生物群的影响。

方法

PBM疗法采用830纳米红外LED进行，结合了优化的光照传递方案，包括去除腹部毛发和四方向照射方法。在小鼠中建立DSS诱导的结肠炎模型，并通过组织学分析、转录组谱分析、免疫标志物表达以及16S rRNA测序来评估治疗效果。

结果

PBM疗法显著改善了DSS诱导的结肠炎，减少了炎症细胞浸润、隐窝损伤和溃疡（p<0.05）。结肠长度得到恢复，疾病活动指数得分降低（p<0.001）。转录组谱分析显示炎症途径发生了调节，包括NF-κB信号通路和凋亡相关基因的下调。PBM降低了中性粒细胞活性（MPO水平）和免疫细胞标志物的表达，同时增加了肠道微生物群的丰富度（Chao1指数，p<0.05）。接受PBM治疗的小鼠的微生物组成发生变化，保护性菌群（如拟杆菌）的数量增加。

结论

改进型PBM疗法通过调节免疫反应和肠道微生物群组成，有效缓解了DSS诱导的结肠炎。这些发现表明PBM是一种有前景的非侵入性IBD管理策略，值得进一步开展转化研究。

背景

炎症性肠病（IBD）包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病，是胃肠道的慢性复发性炎症性疾病[1]。IBD的发病机制涉及遗传易感性和环境因素的复杂相互作用[2]。尽管生物制剂的发展改善了治疗效果，但这些方法通常成本较高且并非对所有患者都有效。流行病学证据表明……

动物实验和DSS诱导的结肠炎模型

所有动物实验均遵循乌杰ongbu圣玛丽医院动物伦理委员会批准的指南（UJA2023-04A）。从ORIENT BIO公司（韩国加平市）购买了6周大的雄性C57BL/6J小鼠。硫酸葡聚糖（DSS，分子量36,000–50,000 Da）购自MP Biomedicals（美国圣安娜）。小鼠（n=21）被随机分为三组：对照组（n=5）、DSS诱导结肠炎组（n=8）以及接受DSS诱导结肠炎同时接受PBM治疗的组。

PBM对小鼠DSS诱导结肠炎的治疗效果

实验设计中，小鼠被分为三组：对照组自由饮用普通水；DSS诱导结肠炎组在饮用水中添加3%的DSS以引发结肠炎症；PBM治疗组则在饮用水中添加3%的DSS并接受针对性的PBM疗法（图1A）。整个实验过程中，所有治疗组均未出现死亡案例，体现了该疗法的安全性。

讨论

本研究严格评估了830纳米LED在IBD治疗中的潜力，特别关注模拟人类UC的DSS诱导结肠炎小鼠模型。研究结果表明，非接触式红外LED照射通过调节关键炎症和免疫途径，以及影响肠道微生物群的多样性和组成，显著改善了DSS诱导的结肠炎。这些发现为PBM作为IBD新型非侵入性治疗方法提供了有力支持。

伦理批准和参与同意

所有动物实验均获得乌杰ongbu圣玛丽医院动物伦理委员会的批准（UJA2023-04A）。

CRediT作者贡献声明

- 李素萌（Lee So Maeng）：研究、数据分析。 - 尹正焕（Jung Hwan Yoon）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件使用、方法设计、数据分析。 - 郑宝怡（Bom Yee Chung）：资源提供、方法设计。 - 徐京真（Kyung Jin Seo）：资源提供、方法设计。 - 李海敬（Hae Kyung Lee）：资源提供、方法设计。 - 郑文圭（Moon Gyu Chung）：研究、数据分析。 - 朴元相（Won Sang Park）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、监督、数据整理。

出版同意

不适用。

资助

本研究得到了韩国国家研究基金会（NRF）的支持（资助编号：2021R1A2C1093096）。

利益冲突声明 作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务关系： 蔡铉淑（Hiun Suk Chae）表示获得了韩国国家研究基金会的财务支持。若有其他作者，他们也声明不存在可能影响研究结果的财务利益或个人关系。

致谢 感谢Harrisco（www.harrisco.net）在英语编辑方面提供的帮助。