粪菌移植通过调节肠道菌群-黏膜屏障-氧化应激轴缓解热应激诱导的结肠损伤的作用与机制研究

本研究首次在小鼠模型中证实粪菌移植（FMT）可显著改善热暴露（HE）导致的结肠组织损伤。FMT通过重塑肠道菌群结构（如提升Alistipes、Bifidobacterium丰度）、增强黏液分泌、抑制线粒体凋亡通路（Bax/Bak-Caspase-3/9）及激活抗氧化蛋白（Nrf2/Sod1/Cat/Gpx4）等多重机制，有效缓解热应激相关的肠道屏障破坏与氧化损伤，为防治热相关胃肠道疾病提供了新的微生物靶向治疗策略。

　　

引言

全球气候变暖导致极端高温事件频发，热暴露（HE）不仅对心血管和呼吸系统造成威胁，更是严重影响胃肠道（GI）功能。肠道作为对环境变化高度敏感的器官，在热应激下易出现形态和功能异常，包括炎症反应、上皮细胞坏死和微生物群失调。近年来，肠道菌群在维持肠道稳态中的作用备受关注，而粪菌移植（FMT）作为一种通过移植健康供体粪便微生物以恢复菌群平衡的有效手段，已被广泛应用于复发性艰难梭菌感染等疾病。然而，FMT是否能够缓解热诱导的结肠损伤尚未明确。本研究通过建立热暴露小鼠模型，系统探讨了FMT对热应激下结肠组织的保护作用及潜在机制。

材料与方法

实验选用8周龄SPF级C57BL/6J雄性小鼠，随机分为四组：正常对照组（NC，22°C）、正常+FMT组（NF，22°C + FMT）、热暴露组（HE，39°C）和热暴露+FMT组（HF，39°C + FMT）。HE及HF组每天在39°C环境中暴露2小时，持续15天，FMT干预自首次热暴露后开始，每日通过口服灌胃给予100 μL FMT悬浮液。采集结肠组织进行组织学、分子生物学及微生物学分析，包括HE染色、PAS染色、TUNEL凋亡检测、免疫组化（IHC）、Western blot、qPCR及16S rRNA测序。

结果

体重与生化指标

FMT干预初期引起小鼠体重短暂下降，但在实验结束时恢复至基线水平。血清生化参数如甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）和碱性磷酸酶（ALP）无显著组间差异，但热暴露显著降低了空腹血糖和总蛋白（TP）水平。

肠道菌群变化

16S rRNA测序分析显示，热暴露导致肠道菌群结构发生显著改变。在门水平上，拟杆菌门（Bacteroidota）、厚壁菌门（Firmicutes）和脱硫杆菌门（Desulfobacterota）为优势菌群；在属水平上，Muribaculaceae、Prevotellaceae_NK3B31_group和Alistipes等丰度较高。β多样性分析表明各组间微生物组成存在显著差异（Adonis检验，R2=0.237，P=0.001）。FMT干预显著增加了Alistipes、Citrobacter、Parasutterella、Bifidobacterium、Lachnospiraceae_UCG-001、Raoultella、Woeseia、Prevotellaceae_UCG-001和Christensenellaceae等有益菌的丰度，同时降低了Clostridium_sensu_stricto_1、Eubacterium_xylanophilum_group、Clostridioides、Bilophila、GCA-900066575和Peptococcus等潜在有害菌的丰度。

结肠组织损伤与屏障功能

HE染色和PAS染色结果显示，热暴露导致结肠黏膜结构破坏，隐窝结构紊乱，杯状细胞数量及黏液分泌显著减少。FMT干预明显改善了黏膜形态，恢复了杯状细胞数量和黏液分泌功能。尽管热暴露降低了紧密连接蛋白（Claudin-1、Zo-1）和黏蛋白Muc1的表达，但FMT未能完全逆转这些蛋白的表达变化。

上皮细胞凋亡

TUNEL染色显示热暴露组结肠上皮细胞凋亡显著增加，而FMT干预后凋亡细胞数量明显减少。在分子水平上，热暴露上调了促凋亡基因Caspase-3、Caspase-9、Bak和细胞色素C（Cyt C）的mRNA表达，并提高了cleaved Caspase-3、cleaved Caspase-9、Bak、Bax及磷酸化P53（p-P53）与总P53的比值。FMT有效抑制了这些凋亡相关分子的表达，表明其通过抑制线粒体凋亡通路减轻上皮细胞损伤。

氧化应激反应

免疫组化检测发现热暴露组结肠组织中3-硝基酪氨酸（3-NT）表达显著升高，提示氧化应激水平增强。FMT干预显著降低了3-NT水平。此外，热暴露激活了抗氧化应激信号通路，包括转录因子Nrf2及其上游调节因子Keap1，以及下游抗氧化酶基因Nqo1、Cat、Gpx4、Sod1和Sod2的表达。FMT干预使这些基因的表达趋于正常化。Spearman相关性分析进一步揭示了特定菌属与氧化应激标志物之间的显著关联，例如Alistipes与多数抗氧化指标呈负相关，而Bilophila、Peptococcus和Clostridioides与Nqo1和Nrf2呈正相关。

讨论

本研究首次证实FMT可通过多机制缓解热诱导的结肠损伤。FMT重塑了肠道微生物组成，增加了具有屏障保护和抗炎作用的菌属（如Alistipes和Bifidobacterium），抑制了促炎菌属（如Bilophila）的增殖。功能上，FMT增强了黏液屏障功能，抑制了上皮细胞过度凋亡，并减轻了氧化应激损伤。这些效应可能与微生物代谢产物（如短链脂肪酸）的调节作用及宿主抗氧化信号通路的激活密切相关。

研究的局限性包括未考虑笼具效应、使用混合供体FMT可能影响结果一致性，以及缺乏特定菌株的功能验证。未来研究需结合多组学技术和菌株定向移植，进一步阐明FMT作用的具体分子机制及关键功能菌种。

结论

FMT通过调控肠道菌群结构、增强黏膜屏障功能、抑制细胞凋亡和氧化应激，有效缓解热暴露引起的结肠损伤。该研究为热相关胃肠道疾病的防治提供了新的微生物靶向治疗策略，凸显了肠道菌群在热应激响应中的关键作用。