探秘益生元后生物制剂 Probio-Eco：缓解慢性便秘的新希望

本文通过随机双盲对照试验，发现后生物制剂 Probio-Eco 可改善慢性便秘患者症状，调节肠道菌群和代谢物。其成分琥珀酸（Succ）、3 - 吲哚丙烯酸（3-IA）和 5 - 羟色氨酸（5-HTP）在小鼠模型中也有效。该研究为便秘治疗提供新方向。

　　

引言

慢性便秘是一种常见的胃肠道疾病，与肠道炎症相关，严重影响患者生活质量。目前的治疗方法，如饮食调整、泻药使用等存在局限性，且泻药常导致胃肠道不适，近半数患者不满意。多项研究表明，便秘患者肠道微生物群的组成和稳定性被破坏，影响肠道代谢环境、蠕动和分泌功能。微生物代谢物如胆汁酸（BA）、短链脂肪酸（SCFAs）和色氨酸衍生物可影响肠道蠕动。

近年来，益生菌补充剂成为治疗便秘的有前景的方法，但疗效存在差异，相关生物标志物也不明确，且益生菌活性受多种因素限制。后生物制剂是指无生命的微生物及其成分的制剂，能为宿主带来健康益处，具有化学结构明确、对抗生素有抗性、易于储存等优点。已有研究显示其在便秘管理方面有一定效果，但仍缺乏高质量临床试验。

本研究旨在评估后生物制剂 Probio-Eco 对慢性便秘的疗效。Probio-Eco 由 Lacticaseibacillus paracasei Zhang、Lactiplantibacillus plantarum P-8 和 Bifidobacterium lactis V9 发酵制成，前期研究表明其在减轻炎症、调节口腔微生物群等方面有作用。本研究通过 9 周随机双盲安慰剂对照交叉临床试验及小鼠模型实验，综合多组学方法，探究 Probio-Eco 及其代谢物改善肠道功能、缓解便秘的机制，为后生物制剂的临床应用提供理论依据。

结果

1. Probio-Eco 代谢物的表征和定量：通过全面的代谢组学分析，在 Probio-Eco 中鉴定出多种生物活性代谢物，包括有机酸、SCFAs、吲哚衍生物等。其中含有一定量的琥珀酸（15.0 μg/g）、4 - 羟基苯乳酸（24.2 μg/g），以及主要的 SCFAs 如乙酸（65.46 μg/g）、丙酸（8.2 μg/g）和丁酸（11.3 μg/g），还有与胃肠道健康有益的代谢物，如 3-IA、3 - 羟基黄酮和单丁酸甘油酯等。

2. 人口统计学数据、依从性和不良反应：本试验共招募 110 名参与者，随机分为后生物制剂 - 安慰剂组（A 组，n = 54）和安慰剂 - 后生物制剂组（B 组，n = 56）。9 周干预后，A 组 3 人、B 组 2 人因抗生素使用、退出或未提交日记被排除，最终符合方案（PP）分析的有 105 人（A 组 52 人，B 组 53 人）。两组参与者在年龄、性别、BMI 等基线特征上均衡（p > 0.05）。后生物制剂耐受性良好，无严重不良事件，轻微胃肠道症状常见，后生物制剂阶段不良事件少于安慰剂阶段，但差异无统计学意义（p = 0.811）。两组总体依从性都很高，且无统计学差异（p > 0.05）。

3. 后生物制剂干预改善便秘症状：试验设计包括两个 3 周干预期，中间间隔 2 周洗脱期。主要结局指标为每周完全自发排便（CSBMs）频率。在意向性分析（ITT）和 PP 分析中，后生物制剂组在第 21 天和第 56 天的每周 CSBMs 频率显著增加，排便用力评分显著降低，且在 PP 分析中，后生物制剂组在第 21 天和第 56 天的担忧和身体不适评分也显著降低，表明 Probio-Eco 后生物制剂干预能显著缓解便秘症状，减轻患者担忧和身体不适。

4. 后生物制剂干预调节肠道细菌和噬菌体组成：对 103 名患者的粪便样本进行宏基因组分析，发现后生物制剂干预后，肠道微生物群的 α 多样性无显著差异，β 多样性分析显示细菌群落结构无显著重组，但在物种水平上，后生物制剂组干预后有益物种如 Lacticaseibacillus paracasei、Lactiplantibacillus plantarum 和 Clostridium sp001916075 的丰度显著增加。对粪便噬菌体组的研究发现，干预后噬菌体群落的 α 多样性和整体结构无显著差异，但后生物制剂组中 Alpavirinae 噬菌体显著增加。肠道细菌组和噬菌体组的 Shannon 指数呈强正相关，表明两者存在协同作用和相互依赖关系。

5. 后生物制剂干预调节肠道代谢途径和代谢组：通过基因组代谢重建，鉴定出 74 个与色氨酸衍生物、SCFAs、氨基酸等相关的肠道代谢模块（GMMs）。其中，色氨酸合成、丙酸合成和精氨酸降解途径在后生物制剂接受者中升高，而对甲酚合成途径降低（p < 0.05）。非靶向代谢组学分析显示，干预后后生物制剂组和安慰剂组的粪便代谢组有明显分离，后生物制剂组中琥珀酸、胆酸盐、3-IA、肉碱和 5-HTP 等代谢物水平显著高于安慰剂组，而 2 - 羟乙胺、单硬脂酸甘油酯和 17α- 羟孕烯醇酮显著降低。

6. 后生物制剂干预调节与便秘症状相关的代谢物：靶向代谢组学分析表明，后生物制剂干预后，与安慰剂组相比，后生物制剂组中谷氨酸、色氨酸、琥珀酸、丙酸、丁酸等多种代谢物水平显著升高，而甲硫氨酸、草酸和甘氨熊去氧胆酸显著降低。此外，后生物制剂干预还显著增加了 5-HTP 和 3-IA，降低了皮质醇水平。多变量分析发现，多种代谢物与便秘症状和患者生活质量相关，表明后生物制剂干预可能通过调节生物活性代谢物水平缓解便秘症状、改善生活质量。

7. 后生物制剂及其代谢物减轻小鼠洛哌丁胺诱导的便秘：建立洛哌丁胺诱导的小鼠便秘模型，将 60 只小鼠随机分为 6 组：对照组（Con）、模型组（Mod）、后生物制剂组（Post）、琥珀酸组（Succ）、3 - 吲哚丙烯酸组（3-IA）和 5 - 羟色氨酸组（5-HTP）。结果显示，后生物制剂及其代谢物能有效恢复小鼠的胃肠道功能，增加粪便重量、水分含量和小肠转运率，减少首次黑便时间。组织学分析表明，后生物制剂及其代谢物可修复结肠黏液屏障，改善组织学特征，调节免疫反应和肠道激素水平。

8. 后生物制剂衍生的代谢物恢复便秘小鼠的肠道微生物群：分析便秘小鼠肠道微生物群多样性发现，洛哌丁胺诱导的便秘导致肠道微生物群失调，α 多样性降低，群落结构改变。琥珀酸和 3-IA 处理可使 α 多样性部分恢复，5-HTP 处理后 α 多样性仍显著低于对照组。在物种水平上，不同处理对微生物群落有不同影响，琥珀酸、3-IA 和 5-HTP 处理可调节关键微生物物种的丰度，恢复被洛哌丁胺破坏的微生物群落。

9. 后生物制剂代谢物调节便秘小鼠结肠转运相关基因：定量实时 PCR 结果显示，洛哌丁胺处理降低了紧密连接蛋白 1（CLDN1）、紧密连接蛋白 ZO-1 和黏蛋白 2（MUC2）的基因表达，同时升高了水通道蛋白（AQP3 和 AQP4）的表达。琥珀酸和 3-IA 处理可上调 CLDN1 表达，琥珀酸还可显著增强 ZO-1 表达，5-HTP 处理虽也增加 CLDN1 和 ZO-1 表达，但差异无统计学意义。三种处理均显著上调 MUC2 表达，降低 AQP3 和 AQP4 表达。此外，5-HTP 处理可上调芳香族氨基酸脱羧酶（AAAD）表达，促进 5 - 羟色胺（5-HT）生物合成，表明后生物制剂代谢物可调节与结肠黏膜屏障、水电解质平衡和肠道肽激素相关的基因。

10. 后生物制剂代谢物调节便秘小鼠粪便 SCFA 和血清 5-HT：靶向代谢组学和 ELISA 分析显示，洛哌丁胺处理显著降低了肠道丙酸、丁酸、异戊酸和血清 5-HT 水平。琥珀酸处理可升高丙酸、丁酸和异戊酸水平，3-IA 处理可增加丁酸、异丁酸和异戊酸水平，5-HTP 处理显著增加血清 5-HT 水平。此外，3-IA 处理还特异性升高芳烃受体（AhR）和 IL-22 水平，表明后生物制剂代谢物可调节 SCFA 和 5-HT 稳态，3-IA 可能通过激活 AhR-IL-22 轴发挥免疫调节作用。

11. 相关性分析揭示后生物制剂干预、肠道生理学和微生物组之间的联系：相关性分析表明，琥珀酸干预后，小肠转运率与胃泌素呈正相关，与 Parabacteroides sp. 呈负相关；3-IA 干预后，小肠转运率与 IL-10 呈正相关；5-HTP 干预后，小肠转运率与 CLDN1 呈正相关，与 Erysipelatoclostridium sp. 呈负相关。这些相关性揭示了后生物制剂干预、肠道生理学、微生物生态学和神经免疫信号之间的复杂联系，突出了琥珀酸、3-IA 和 5-HTP 在调节肠道稳态中的系统作用。

讨论

本研究全面阐述了后生物制剂 Probio-Eco 在人类和小鼠便秘模型中的有益作用。研究发现，Probio-Eco 通过调节肠道微生物群，激活琥珀酸和色氨酸代谢途径，产生有益代谢物如 SCFAs、3-IA 和 5-HT，这些代谢物与肠道细胞相互作用，增强肠道激素和黏蛋白的分泌，调节炎症反应，促进黏膜稳态和肠道转运，从而缓解便秘症状。

Probio-Eco 干预有效改善了便秘症状，且在洗脱期后效果消失，表明其作用具有时效性。后生物制剂虽对肠道微生物群的影响可能是暂时的，但能通过抗菌成分抑制有害微生物，对胃肠道健康产生重要影响。在肠道微生物群和噬菌体方面，Probio-Eco 干预引起了特定有益细菌和噬菌体的变化，这些变化可能与便秘缓解有关。

在代谢物方面，Probio-Eco 增加了色氨酸及其下游代谢物 3-IA 和 5-HTP 的水平，同时降低了对甲酚的合成。色氨酸代谢途径的改变可能通过激活 AhR 信号通路、调节 5-HT 合成等机制促进肠道蠕动。琥珀酸在肠道中可被微生物代谢为丙酸和丁酸，这些 SCFAs 能刺激肠道平滑肌收缩，改善便秘。此外，后生物制剂干预还调节了神经递质和激素水平，可能通过调节皮质醇等激素缓解患者的焦虑和身体不适。

在小鼠模型中，后生物制剂及其成分（琥珀酸、3-IA 和 5-HTP）有效逆转了洛哌丁胺诱导的便秘症状。不同成分通过不同机制发挥作用，琥珀酸通过调节肠道微生物群，增加 SCFA 产生，改善肠道屏障功能；3-IA 激活吲哚 - AhR 轴，调节免疫反应，增强肠道屏障完整性；5-HTP 通过调节微生物群介导的 AAAD，刺激 5-HT 释放，促进 MUC2 分泌，缓解便秘症状。

本研究为后生物制剂在慢性便秘治疗中的应用提供了有力证据。通过靶向特定微生物途径和代谢物，后生物制剂干预可能成为一种有前景的以肠道为中心的治疗方法，为治疗慢性便秘和难治性胃肠道疾病提供了新的思路和理论框架。

研究局限性

本研究存在一些局限性。研究时间相对较短，缺乏长期使用后生物制剂的有效性和依赖性数据，未来需进行纵向研究。试验期间受 COVID-19 疫情影响，招募的参与者主要为年轻的大学生群体，可能限制了研究结果的普遍性。为提高参与者依从性和效率，未进行结肠运输试验，未来研究应纳入该指标。此外，试验设计缺乏详细的日常饮食监测，可能影响研究结果，后续试验应加以改进。同时，洛哌丁胺诱导的便秘模型虽广泛应用，但不能完全复制人类原发性便秘的复杂性，开发更准确的动物模型对改善干预研究至关重要。

资源可用性

1. 主要联系人：进一步的信息和资源、试剂请求可联系主要联系人 Heping Zhang（[e-mail]）。

2. 材料可用性：本研究未产生新的独特试剂。

3. 数据和代码可用性：原始测序数据可在 CNGB Sequence Archive 获取，代谢组学数据可在 MassIVE 获取，原始代码已存于 GitHub 和 Zenodo，相关信息可向主要联系人索取。

研究方法

1. 关键资源表：列出了研究中使用的试剂、生物样本、化学物质、实验模型、软件和算法等资源及其来源和标识符。

2. 实验模型和研究参与者详细信息：详细介绍了 Probio-Eco 的发酵和生产过程、主要生物活性代谢物的测定方法、人类参与者和小鼠模型的相关信息，包括纳入和排除标准、干预措施、样本采集和处理等。

3. 方法细节：描述了临床终点定义、人类粪便微生物组、代谢组样本的制备方法，以及小鼠便秘相关指标的记录、血清 SCFAs 样本制备、组织学分析、RNA 提取和实时定量 PCR 等实验方法。

4. 量化和统计分析：介绍了对人类粪便微生物组数据、噬菌体组数据、代谢组数据的分析方法，以及小鼠实验数据的统计分析方法，包括使用的软件、统计检验方法等。此外，研究已获得伦理委员会批准，并在相关平台注册，符合赫尔辛基宣言原则，所有参与者均签署了知情同意书。