解构肠道菌群-代谢物-免疫轴：Bacillus velezensis MZ09通过SCFAs-GPR43-STAT3通路抑制NLRP3炎症小体缓解仔猪结肠炎

本研究针对仔猪生产中的炎症性肠病(IBD)问题，通过筛选产支链短链脂肪酸(BSCFAs)的益生菌Bacillus velezensis MZ09，系统探究其对葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导结肠炎的保护机制。研究发现MZ09通过重塑肠道菌群、激活SCFAs-GPR43-STAT3通路、抑制NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡，显著改善肠道屏障功能和炎症反应。该成果为开发靶向干预IBD的益生菌制剂提供了新策略，发表于《Journal of Animal Science and Biotechnology》。

　　

在畜牧业生产中，仔猪断奶期常面临严重的肠道健康挑战。这一时期，仔猪消化系统和免疫功能发育不完善，极易发生结肠炎，导致腹泻、生长受阻甚至死亡，给养殖业带来巨大经济损失。炎症性肠病(IBD)作为一种复杂的肠道炎症性疾病，其发病机制涉及遗传易感性、免疫失调、肠道菌群紊乱等多因素相互作用。尽管现有研究已取得一定进展，但如何通过微生物干预精准调控肠道微生态平衡和宿主代谢，仍是当前研究的难点和热点。

传统观点认为，短链脂肪酸(SCFAs)是维持肠道稳态的关键代谢物，但对其支链形式(BSCFAs)的研究相对匮乏。BSCFAs由支链氨基酸(如缬氨酸、亮氨酸)经微生物发酵产生，在调节免疫和代谢方面具有独特价值。与此同时，益生菌Bacillus velezensis因其产酸能力和环境耐受性，在农业领域应用广泛，但在畜牧健康领域的潜力尚未充分挖掘。

针对这些科学问题，Zhengyi Wang等研究人员从中国本土猪种"民猪"肠道中分离出一株能高效合成BSCFAs的益生菌Bacillus velezensis MZ09，并系统研究其对DSS诱导的仔猪结肠炎的保护作用及机制。研究发现，MZ09不仅能通过独特的支链氨基酸代谢途径提高BSCFAs产量，还能通过群体运动特性增强肠道定植能力。这些特性使其在调控宿主-微生物互作方面展现出独特优势。

研究采用的主要技术方法包括：建立DSS诱导的仔猪结肠炎模型(n=40)；通过16S rRNA测序分析肠道菌群组成；气相色谱检测结肠内容物中SCFAs含量；Western blotting检测GPR41/43/109A受体及STAT3/HIF-1α等信号蛋白表达；透射电镜观察线粒体超微结构；结合组织病理学分析和疾病活动指数(DAI)评估结肠损伤程度。

研究结果部分，首先通过"B. velezensis MZ09 alleviates DSS-induced colitis in piglets"证实：预补充MZ09显著降低DAI评分(下降37.2%，P<0.01)，恢复结肠长度(增加21.5%，P<0.05)，改善脾肿大症状。组织学分析显示，MZ09处理组结肠隐窝结构完整，杯状细胞数量较DSS组增加2.3倍(P<0.001)。

"B. velezensis MZ09 has a protective effect against intestinal inflammation and barrier dysfunction"部分揭示：MZ09上调紧密连接蛋白Claudin-1、Occludin和ZO-1表达(分别增加1.8倍、2.1倍和1.6倍，P<0.05)，降低血清D-乳酸(D-LA)和脂多糖(LPS)水平。免疫荧光显示，MZ09+DSS组黏蛋白MUC2荧光强度较DSS组增强3.2倍。

在微生物调控方面，"B. velezensis MZ09 alters the intestinal microbiota composition"数据显示：MZ09重塑菌群结构，使有益菌Firmicutes相对丰度提高1.5倍(P<0.01)，致病菌Proteobacteria降低62%(P<0.05)。特别值得注意的是，乳酸杆菌(Lactobacillus)增加2.1倍，而大肠杆菌-志贺菌(Escherichia-Shigella)减少73%。

代谢组学分析"B. velezensis MZ09 promotes the expression of GPRs"表明：MZ09显著提高结肠中总SCFAs(增加2.3倍)和BSCFAs(异丁酸和异戊酸分别增加3.1倍和2.8倍)含量。Western blotting显示GPR43蛋白表达上调2.4倍(P<0.01)，Spearman分析证实异戊酸与GPR43激活呈强相关(r=0.82，P<0.001)。

机制研究"Effects of prefeeding with B. velezensis MZ09 on pyroptosis"揭示：MZ09通过SCFAs-GPR43轴激活STAT3磷酸化(增加1.9倍)，促进抗炎因子IL-10分泌(提高2.7倍)。下游HIF-1α表达增加1.5倍，减轻线粒体损伤。透射电镜显示，DSS组线粒体嵴结构破坏，而MZ09处理组保持完整。关键的是，MZ09抑制NLRP3炎症小体活化(NLRP3蛋白降低58%，P<0.01)，减少cleaved caspase-1和GSDMD表达，最终使促炎因子IL-1β和IL-18分泌量分别下降62%和57%。

这项研究的创新性在于：首次阐明B. velezensis MZ09通过"微生物群-SCFAs-GPR43-STAT3"轴缓解结肠炎的多层次机制，特别是发现BSCFAs在激活GPR43中的特异性作用。研究不仅为仔猪肠道健康管理提供了新型益生菌候选株，也为人类IBD治疗提供了微生物-代谢-免疫互作的新见解。未来研究可进一步探索MZ09在不同动物模型中的剂量效应，以及其代谢产物与其他免疫通路的相互作用，为开发精准营养干预策略奠定基础。