标准小鼠饮食显著影响感染性与非感染性结肠炎严重程度：探寻肠道健康新奥秘

本文聚焦于艰难梭菌（Clostridioides difficile）感染及结肠炎研究。发现两种标准小鼠饮食（LabDiet 5010 和 LabDiet 5053）会导致小鼠对艰难梭菌感染易感性差异显著，且 Diet 5053 在感染性和非感染性结肠炎中均有保护作用，为相关疾病治疗提供新思路。

　　

引言

艰难梭菌（Clostridioides difficile）是一种对公共卫生构成严重威胁的病原菌，其感染引发的疾病严重程度差异较大，从轻微腹泻到致命的伪膜性结肠炎等。抗生素的广泛使用破坏肠道微生物群，增加了感染风险。近年来，基于微生物群的疗法和饮食干预成为研究热点。已有研究表明，饮食成分可调节艰难梭菌感染的严重程度，同时对其他肠道炎症性疾病如炎症性肠病（IBD）也有影响。然而，使用小鼠模型研究艰难梭菌发病机制时，存在疾病严重程度的差异，且难以解释。本研究发现，不同标准小鼠饮食是导致这种差异的重要因素。

结果

1. 不同标准小鼠饮食对艰难梭菌感染结果的影响：通过模拟人类感染艰难梭菌的主要途径，对 C57BL/6 小鼠进行实验。给 8 周龄小鼠分别喂食 LabDiet 5010（Diet 5010）和 LabDiet 5053（Diet 5053），并进行相同的艰难梭菌感染实验。结果显示，Diet 5010 组小鼠感染后病情严重，死亡率高；Diet 5053 组小鼠死亡率显著降低，感染后第 2 天的疾病评分峰值也更低。虽然两组小鼠体重下降相似，但 Diet 5010 组小鼠在感染后第 2 天体温明显下降，腹泻和发病率评分更高。进一步用不同菌株（R20291）感染小鼠，得到类似结果，表明这种饮食介导的效应并非菌株特异性。同时，两组小鼠肠道内艰难梭菌的定植数量和毒素产生量无差异，但 Diet 5053 组小鼠肠道上皮损伤和组织病理学变化明显减轻，其盲肠内容物中白蛋白和脂钙蛋白 - 2 水平更低，说明 Diet 5053 可保护小鼠肠道上皮免受严重损伤。
2. Diet 5010 和 Diet 5053 在感染期间引发不同程度的炎症免疫反应：艰难梭菌感染会破坏肠道上皮屏障，引发下游炎症免疫反应。研究发现，感染后第 2 天，Diet 5053 组小鼠大肠组织中的炎症环境较 Diet 5010 组小鼠更弱，多种促炎细胞因子和趋化因子的诱导水平降低，如肿瘤坏死因子 α（TNF-α）、白细胞介素 6（IL-6）等。虽然 Diet 5053 组小鼠中一些与宿主保护相关的细胞因子（如干扰素 γ（IFN-γ）、IL-17a 和 IL-22）产生也显著减少，但同时其抗菌宿主防御基因 Reg3α、Reg3β 和 Nos2 的表达却维持在可比或更高水平。在先天免疫细胞反应方面，Diet 5053 组小鼠感染后结肠固有层中嗜酸性粒细胞、中性粒细胞和炎症单核细胞的绝对数量增加，这是由于 CD45⁺细胞浸润增多，但这些细胞的相对频率在两组间相似。总体而言，Diet 5053 组小鼠的先天免疫反应更可控，既能限制感染介导的病理变化，又能减少免疫驱动的附带损伤。
3. 饮食介导的对严重感染的保护作用依赖于微生物群：饮食是肠道微生物群组成的重要驱动因素。对喂食两种饮食的小鼠进行 16S rRNA 测序分析，发现抗生素处理前，两组小鼠肠道微生物群组成相似；抗生素处理后，两组小鼠微生物群组成发生变化且差异增大，Diet 5010 组小鼠中拟杆菌门（Bacteroides）与厚壁菌门（Firmicutes）的比例增加，而 Diet 5053 组小鼠该比例下降，且 Diet 5053 组小鼠中乳杆菌科（Lactobacillaceae）的丰度增加。为验证微生物群在饮食介导保护中的作用，用无菌（GF）小鼠和常规特定病原体自由（SPF）小鼠进行实验。结果显示，GF 小鼠无论喂食哪种饮食，感染艰难梭菌后均迅速死亡，而 SPF 小鼠中，Diet 5053 组可免受严重疾病侵害，表明微生物群是饮食介导保护的必要条件。
4. 饮食介导的保护需要特定的初始微生物群组成，且并非宿主固有特性：不同来源的小鼠具有不同的初始微生物群组成。以 Jackson C57BL/6 小鼠（Jax）和宾夕法尼亚大学内部饲养的 C57BL/6 小鼠（IH）为例，Jax 小鼠初始微生物群多样性较低。实验发现，喂食 Diet 5053 的 IH 小鼠感染后死亡率显著降低，而 Jax 小鼠无论喂食哪种饮食都易感染。但当 Jax 小鼠与喂食 Diet 5053 的 IH 小鼠共同饲养后，其微生物群多样性增加，感染后存活率提高。此外，对来自 Charles River Laboratories 的小鼠进行实验，得到类似结果，说明 Diet 5053 单独使用不足以提供保护，需要特定的、可能更具多样性的微生物群。同时，饮食交换实验表明，在感染当天（第 0 天）将小鼠饮食从 Diet 5010 换成 Diet 5053，可显著提高小鼠存活率并降低疾病严重程度，而在感染后第 1 天更换则无效果，这表明宿主对严重疾病的易感性并非固定不变，为临床干预提供了潜在策略。
5. 微生物群代谢功能的变化与对严重疾病的保护相关：肠道微生物群可产生生物活性代谢物，影响宿主生理。对小鼠进行靶向代谢组学分析，发现抗生素处理前后，Diet 5010 和 Diet 5053 组小鼠在胆汁酸、氨基酸和短链脂肪酸等代谢物方面差异较小。进一步进行非靶向代谢组学分析，发现抗生素处理前，两组小鼠肠道代谢组已存在差异，处理后差异更明显。通过 chemRICH 分析发现，Diet 5053 组小鼠中黄酮类化合物（如异黄酮和黄烷酮）显著富集。黄酮类化合物在结肠炎模型中具有抗炎和免疫调节作用，且微生物群在其代谢过程中可增加宿主对其的生物利用度。例如，抗生素处理后，Diet 5053 组小鼠中异黄酮染料木黄酮含量增加，它可通过减少肠道上皮细胞凋亡和炎症细胞因子产生，提高感染艰难梭菌小鼠的存活率。此外，特定的乳杆菌属（Lactobacillus）可代谢黄酮类化合物，对宿主有益。
6. Diet 5053 保护小鼠免受化学诱导的结肠炎侵害：基于 Diet 5053 在艰难梭菌感染中的保护作用机制，推测其可能对肠道炎症相关疾病也有保护作用。用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的 IBD 结肠炎模型进行实验，给喂食 Diet 5010 和 Diet 5053 的小鼠饮用含 3% DSS 的水。结果显示，Diet 5053 组小鼠疾病严重程度更低，体重下降更少，粪便中白蛋白含量更低，表明其上皮屏障更完整。在无菌小鼠和 SPF 小鼠的实验中，也得到类似结果，说明 Diet 5053 在感染性和非感染性结肠炎模型中均能通过维持肠道上皮屏障，减轻结肠炎严重程度。

讨论

本研究表明，两种宏量和微量营养素组成相似的标准小鼠饮食，在两种结肠炎模型中导致了不同的疾病严重程度。Diet 5053 对上皮组织的保护作用优于 Diet 5010，且这种保护作用依赖于微生物群产生保护代谢物的能力。然而，目前仍存在一些未知问题。例如，Diet 5053 组小鼠免疫反应炎症程度较低的原因，是主动抑制炎症还是因肠道损伤和毒素暴露减少导致免疫激活减弱尚不明确；虽然观察到两组小鼠微生物群组成和代谢功能存在差异，但具体哪些微生物群成员或代谢功能对保护起关键作用尚未确定。此外，本研究使用的艰难梭菌菌株为高毒力菌株，温和菌株可能不会表现出如此明显的饮食依赖性疾病严重程度差异。尽管如此，本研究仍为理解饮食对肠道炎症的影响迈出重要一步，强调了在实验系统中报告动物饲料类型的重要性，也为未来研究饮食干预治疗艰难梭菌感染和 IBD 提供了方向。