人源猪粪球菌Bp 531D的基因组特征与肠道稳态调控机制解析

本文首次分离并表征了人源猪粪球菌（Butyricicoccus porcorum）新菌株Bp 531D，通过全基因组分析揭示其独特的单碳代谢能力和高丰度移动遗传元件（MGEs）。动物实验表明，该菌株通过重塑肠道菌群（如富集乳酸杆菌、抑制梭菌科）、调控结肠上皮细胞（ECs）胆固醇合成通路（抑制Fdft1/Lss/Dhcr24）和激活抗原呈递途径，显著促进IL-10+/IL-22+ Th17细胞分化，为炎症性肠病（IBD）等肠道疾病的微生物干预提供新靶点。

　　

ABSTRACT
肠道作为人体最复杂的微生物生态系统，其低丰度菌种的功能解析长期受限于培养技术瓶颈。本研究从健康人粪便中分离到一株新型猪粪球菌Bp 531D，成为该菌属中首个可产丁酸的人源分离株。全基因组测序显示其携带6个前噬菌体和丰富转座子，进化灵活性显著。小鼠实验中，该菌虽未定植但通过短暂暴露即能重塑肠道菌群结构：乳酸杆菌科相对丰度从8.9%升至25.1%，而梭菌科几乎消失，伴随盲肠丁酸降低（P<0.01）和乙酸积累。功能分析揭示菌株特异性激活单碳代谢通路（含EC 2.7.6.3/EC 2.5.1.15酶），且富含NAD/NADP辅因子合成基因。

RESULTS
Isolation and characterization of Bp 531D
通过严格厌氧培养获得Bp 531D，其环状基因组（2.99 Mb）含5个接合转座元件（ICEs）和6个att位点各异的前噬菌体。HPLC证实其培养上清中丁酸峰面积较对照组增加3.2倍（P<0.01），全基因组系统发育显示其与猪源菌株聚为一支，而人源B. pullicaecorum独立成簇。

Genomic signatures
比较基因组分析发现Bp 531D特有叶酸合成通路，其产生的7,8-二氢蝶酸可进入单碳池。与B. pullicaecorum 25-3^T相比，该菌株CRISPR间隔子数量达32个（P<0.05），且糖苷水解酶（GHs）谱显示优先降解β-葡聚糖而非阿拉伯聚糖。

Regulation of gut microbiome
小鼠灌胃14天后，宏基因组测序检测到47个物种水平基因组箱（SGBs）变化：产胆汁酸水解酶的Bifidobacterium pseudolongum增加2.1倍（P<0.05），而促炎的Romboutsia ilealis减少63%。KEGG分析显示菌群中辅酶A合成通路上调，而具有氧化应激风险的亚铁血红素B合成下降40%。

Transcriptomic programming of colonic ECs
结肠上皮细胞RNA-seq发现131个差异基因（FDR<0.05）：胆固醇合成关键酶Fdft1和Lss表达降低50%，同时热休克蛋白Hspa8上调3.5倍（P<0.01）。GSEA显示抗原处理呈递通路（ko04612）显著激活，与流式细胞术检测到的MHC II⁺树突细胞比例增加15%相吻合。

Regulation of intestinal immune response
Bp 531D处理组小鼠结肠中IL-10⁺ Th17细胞频率达7.3%（对照组4.1%，P<0.01），IL-22⁺亚群增加2.8倍，但Tregs无显著变化。这种免疫调控可能与菌株诱导的上皮细胞Claudin-2表达升高相关（2.1倍，P<0.05）。

DISCUSSION
该研究首次阐明B. porcorum通过"菌群-上皮-免疫"三级调控网络维持肠道稳态：① 基因组水平：前噬菌体介导的水平基因转移增强环境适应性；② 代谢层面：单碳代谢与β-葡聚糖利用重塑菌群生态；③ 免疫层面：通过抑制上皮细胞胆固醇合成和激活DC-MHC II通路，特异性扩增调节性Th17细胞。这些发现为开发针对IBD的下一代益生菌提供了理论依据和候选菌株。