肠道菌群代谢产物异戊酸通过肠-肺轴缓解流感病毒感染的机制研究

本研究针对H9N2/H1N1流感病毒感染的治疗瓶颈，揭示了肠道共生菌Prevotella copri及其代谢产物异戊酸（isovaleric acid）通过调节肠道菌群-免疫系统互作，显著减轻肺部炎症、维持上皮屏障完整性并抑制病毒复制的全新机制。该成果为基于肠-肺轴的微生态干预策略提供了理论依据，发表于《npj Biofilms and Microbiomes》。

　　

流感病毒尤其是H9N2亚型已成为重大公共卫生威胁，其作为基因供体可促进H7N9等高致病性病毒的重配进化。现有疫苗和抗病毒药物面临快速变异和耐药性挑战，而肠道菌群与呼吸道免疫的交互作用（肠-肺轴）为新型干预策略提供了可能。先前研究表明，特定益生菌如Bifidobacterium pseudolongum可通过代谢产物乙酸（acetate）增强抗病毒免疫，但Prevotella copri在流感防御中的作用尚未阐明。

吉林农业大学的研究团队通过建立H9N2剂量依赖性小鼠感染模型，结合16S rRNA测序、代谢组学和免疫学分析，发现：1）H9N2感染导致肠道Prevotella菌属剂量依赖性减少；2）口服P. copri可重构肠道菌群，促进Lactobacillus等有益菌增殖；3）代谢组学鉴定出关键效应分子异戊酸（isovaleric acid）在肠肺组织中显著富集；4）异戊酸预处理能交叉保护H9N2和H1N1感染，降低肺组织病毒载量（TCID₅₀）40%，维持紧密连接蛋白ZO-1/occludin表达。该研究首次阐明P. copri-异戊酸轴通过调节Th1/Th17平衡和上皮屏障功能发挥广谱抗流感作用，为微生态制剂开发提供了新靶点。

关键技术方法包括：1）建立H9N2^H(10^6.5 EID₅₀)、H9N2^M(10^5.5 EID₅₀)、H9N2^L(10^4.5 EID₅₀)梯度感染模型；2）抗生素鸡尾酒法（ampicillin/vancomycin等）构建菌群缺失模型；3）GC-MS定量血清/粪便短链脂肪酸（SCFAs）；4）TCID₅₀法检测肺组织病毒载量；5）免疫荧光分析H9N2-NA蛋白表达。

研究结果
Gut microbiota composition significantly correlates with H9N2 infection severity
通过三梯度病毒攻击实验发现，高剂量组（H9N2^H）小鼠存活率最低（20%），伴随肠道Prevotella丰度下降60%（P<0.01）。肺组织病理评分显示剂量依赖性损伤，IL-6水平升高3.2倍，与Prevotella丰度呈负相关（r=-0.82）。

Prevotella copri ameliorates H9N2 infection
P. copri预处理（10⁸ CFU/天×7天）使存活率提升至50%，肺病毒载量降低1.8 log₁₀（P<0.001），ZO-1 mRNA表达恢复至正常水平85%。

P. copri ameliorates H9N2 infection through modulation of gut microbiota composition
抗生素清除菌群后P. copri保护作用消失，LEfSe分析显示其促进Ligilactobacillus增殖（LDA score>4），该菌与炎症因子呈负相关（r=-0.76）。

P. copri intervention enhances isovaleric acid and isobutyric acid production
GC-MS检测发现异戊酸在P. copri组血清中升高2.3倍（P<0.01），与Lactobacillus丰度正相关（r=0.85）。

Isovaleric acid supplementation prevents H9N2 infection
0.2%异戊酸饮水预处理使存活率提升至40%，肺组织H9N2-NA荧光强度降低62%（P<0.001），但对sIgA分泌无影响。

Isovaleric acid reduces H1N1 infection in mice
跨亚型实验证实异戊酸对H1N1同样有效，肺泡破裂评分降低50%（P<0.01）。

讨论与意义
该研究首次揭示P. copri通过代谢重编程产生异戊酸，经肠-肺轴调控先天免疫的机制。不同于已知的SCFAs（如丁酸通过GPR43激活CD8⁺ T细胞），异戊酸主要作用于上皮屏障维护而非体液免疫。其交叉保护性为广谱抗病毒药物开发提供了新思路，但人体菌群差异性和异戊酸药代动力学仍需进一步研究。这些发现为《npj Biofilms and Microbiomes》关注的宿主-微生物互作研究提供了重要范式。