传统撒丁岛发酵乳通过调节肠道菌群组成与功能促进大鼠肠道健康的作用机制研究

为解决传统发酵乳制品对肠道菌群（GM）组成及功能影响机制不明确的问题，研究人员开展了为期8周的撒丁岛传统发酵乳（casu axedu）膳食干预大鼠实验，结合16S rRNA测序与宏蛋白质组学分析，发现其可显著提升Phascolarctobacterium、Prevotella等有益菌丰度，促进糖酵解（EMPP途径）、丙酸代谢及支链氨基酸（BCAA）合成，并降低细菌毒力因子和宿主炎症标志物，为发酵乳制品的健康效应提供了分子机制层面的证据。

　　

在地中海地区的传统饮食中，发酵乳制品一直占据重要地位，尤其是富含乳酸菌及其代谢产物的传统食品。撒丁岛（意大利）的“casu axedu”是一种以羊奶通过羔羊或小山羊凝乳酶天然发酵制成的传统发酵乳，在当地牧区社区中被广泛消费。值得注意的是，撒丁岛的奥利亚斯特拉和巴尔巴吉亚地区属于“蓝色区域”（Blue Zones），即世界上居民寿命最长的地区之一，casu axedu的营养价值可能对当地居民的健康长寿有积极贡献。然而，目前科学界对这类传统发酵乳如何影响肠道菌群（Gut Microbiota, GM）组成及其代谢功能仍知之甚少。

为了深入探究这一问题，Marcello Abbondio、Antonio Palomba等研究人员在《BMC Microbiology》上发表了一项研究，通过整合16S rRNA基因测序和宏蛋白质组学方法，系统分析了大鼠在8周casu axedu膳食干预后GM的 taxonomic 和功能变化。该研究不仅揭示了发酵乳诱导的菌群结构改变，还从代谢途径和宿主-微生物相互作用角度阐明了其潜在的健康促进机制。

在研究过程中，作者主要采用了以下几种关键技术方法：

1. 1.
   16S rRNA基因V4区扩增子测序（Illumina MiSeq平台），用于GM taxonomic profiling；
2. 2.
   基于鸟枪法的宏蛋白质组学分析（LTQ Orbitrap Velos质谱仪），对结肠内容物样本进行蛋白质鉴定与定量；
3. 3.
   多数据库整合搜索策略（包括自建大鼠宏基因组数据库、公开大鼠基因目录、大鼠参考蛋白质组和大豆蛋白质组）；
4. 4.
   生物信息学分析采用QIIME2、DADA2、MEGAN、Proteome Discoverer和Perseus等工具，实现从序列处理、物种与功能注释到差异分析的全流程处理。

研究结果

Taxonomic changes induced by Casu Axedu feeding based on 16 S rRNA gene sequencing

通过16S rRNA测序，研究发现casu axedu喂养显著改变了GM组成。在属水平上，Phascolarctobacterium、Prevotella、Blautia和Lactococcus lactis等在干预组中显著增加，而Bacteroides dorei和Helicobacter rodentium则显著降低。此外，casu axedu本身含有丰富的Lactococcus lactis（占总ASV的60.1%）、Leuconostoc mesenteroides等菌种，这些外源微生物在干预组大鼠GM中成功定植。

Gut metaproteome after eight weeks of FM feeding in the rat GM

宏蛋白质组学分析进一步证实了上述变化，并揭示了更深入的功能重塑。Phascolarctobacterium succinatutens、Phocaeicola massiliensis和Ruminococcus albus等物种在蛋白质水平也显著富集。通过将功能注释（如KEGG、COG）与物种来源关联，研究发现了大量Prevotella相关的差异功能。

Genus-specific microbial functions significantly more abundant in the fermented milk(FM) group than control(ctrl) group

如图所示，FM组中Prevotella的糖酵解途径（Embden-Meyerhof-Parnas Pathway, EMPP）相关酶（如果糖二磷酸醛缩酶、甘油醛-3-磷酸脱氢酶等）表达显著上调，而Entner-Doudoroff Pathway（EDP）相关酶（如2-dehydro-3-deoxyphosphogluconate aldolase）在对照组中更丰富。这表明casu axedu促进了Prevotella以EMPP为主要糖酵解方式，从而更高效地产生ATP。

Genus-specific microbial functions that are significantly more abundant in the control(ctrl) group than fermented milk(FM) group

同时，FM组中Prevotella的琥珀酸合成酶（如琥珀酸脱氢酶）表达增加，促进了Phascolarctobacterium的生长及其丙酸合成能力。此外，FM组中涉及支链氨基酸（BCAA）合成（如L-缬氨酸、L-异亮氨酸）的酶（如acetolactate synthase, ketol-acid reductoisomerase）也显著上调。

Glucose metabolism of the genus Prevotella within the gut microbiota

研究还发现，对照组中Prevotella的唾液酸酶（sialidase-1）和三聚体自转运粘附素（trimeric autotransporter adhesin）表达较高，这两种因子与黏膜定植和炎症诱发密切相关，提示casu axedu可能通过抑制这些毒力因子减轻肠道炎症。

Pyruvate metabolism in animals fed with commercial feed alone or supplemented with fermented milk

如图所示的丙酮酸代谢网络中，FM组中多个菌属（如Phascolarctobacterium、Prevotella、Veillonella）参与丙酸合成途径的酶（如甲基丙二酰-CoA变位酶、甲基丙二酰-CoA差向异构酶）表达增加，进一步强化了丙酸代谢流量。

Host functional changes induced by casu axedu feeding in the rat GM

在宿主方面，对照组结肠内容物中多种炎症相关蛋白（如gelsolin、kallikrein、alpha-2-macroglobulin、C-reactive protein）表达显著高于FM组，表明casu axedu喂养显著降低了肠道炎症状态。

结论与意义

本研究通过多组学整合分析表明，传统撒丁岛发酵乳casu axedu能显著重塑大鼠GM的组成与功能，其特征是有益菌群（如Prevotella、Phascolarctobacterium）的富集、糖酵解与丙酸代谢的增强、BCAA合成能力的提升以及细菌毒力因子和宿主炎症反应的减弱。这些变化从分子机制上解释了发酵乳制品如何通过微生物-宿主互作促进肠道健康，也为开发基于传统发酵食物的营养干预策略提供了重要科学依据。该研究不仅深化了对发酵乳功能潜力的认识，也为未来研究GM代谢功能调控提供了方法论范例。