《mSystems》：Multi-omics elucidate octapeptin mechanisms in alleviating intestinal injury in mice challenged with ETEC K88 via modulated microbial and host pathways
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抗菌肽（antimicrobial peptides, AMPs）在肠道细菌感染过程中赋予肠道保护作用的机制仍不清楚。在本研究中，研究人员以小鼠为模型，检测了AMP octapeptin对产肠毒素大肠杆菌K88（enterotoxigenic Escheric
抗菌肽（antimicrobial peptides, AMPs）在肠道细菌感染过程中赋予肠道保护作用的机制仍不清楚。在本研究中，研究人员以小鼠为模型，检测了AMP octapeptin对产肠毒素大肠杆菌K88（enterotoxigenic Escherichia coli K88, ETEC K88）诱导的肠道感染的保护作用及其潜在机制。Octapeptin通过调节肠道微生物组-宿主相互作用改善了肠道损伤。与ETEC K88小鼠相比，octapeptin显著减轻了生长迟缓、全身氧化应激、促炎细胞因子升高及回肠形态损伤。整合的盲肠微生物组、代谢组和回肠转录组分析显示，octapeptin逆转了ETEC K88诱导的菌群失调，尤其增加了有益菌属的丰度。同时，octapeptin改变了微生物代谢物谱，并显著影响回肠昼夜节律调控相关基因表达。相关性分析和方差分解进一步确定了一个协调的“微生物-代谢物-转录组”轴，该轴支撑了上述表型改善。因此，octapeptin通过恢复微生物生态及调节宿主昼夜节律和免疫通路等多水平相互作用，缓解ETEC K88诱导的肠道损伤，从而凸显了宿主导向的AMP机制。
肠道细菌感染持续威胁胃肠道稳态，产肠毒素大肠杆菌（enterotoxigenic Escherichia coli, ETEC）是主要病原体之一。ETEC K88菌株通过菌毛黏附肠上皮细胞，触发促炎反应并产生肠毒素破坏肠道屏障。传统抗生素疗法因广泛使用加剧了耐药性（antimicrobial resistance, AMR）的全球蔓延，亟需更具可持续性的替代方案。抗菌肽（antimicrobial peptides, AMPs）作为天然免疫效应分子，因具有广谱活性和较低耐药风险而备受关注。Octapeptin是一类环状脂肽AMP，具有广谱抗菌、高稳定性及与多黏菌素无交叉耐药等特性，且能调节肠道菌群和免疫功能，但其对宿主-微生物互作的具体机制尚不明确。因此，研究人员在ETEC K88攻毒小鼠模型中，采用整合多组学策略，系统探究日粮补充octapeptin缓解肠道损伤的潜在机制，旨在为靶向肠道健康的肽类功能成分研发提供理论基础。
研究人员通过多组学分析揭示了octapeptin的保护作用并非单纯依赖杀菌，而是通过重塑肠道菌群、改变腔代谢物谱、恢复感染扰乱的宿主昼夜节律基因表达，形成协调的“微生物-代谢物-转录组”轴，最终减轻肠道损伤、炎症和氧化应激。该研究首次将抗菌肽的肠道保护机制与宿主昼夜节律通路联系起来，为AMPs在动物肠炎防治中的应用提供了系统性的分子证据。
主要技术方法：小鼠为购自SPF（北京）生物技术有限公司的3周龄雄性ICR小鼠，主实验75只随机分为5组，采用口服灌胃ETEC K88（5.9×10
9 CFU/mL）构建感染模型；另设24只补充实验（含热灭活组）验证定植。通过qPCR定量fanC基因评估细菌定植；生化分析仪和试剂盒检测血清生化、抗氧化及免疫指标；H&E染色观测肠形态；16S rRNA基因测序（V4区，Illumina NovaSeq）分析盲肠菌群；超高效液相色谱-串联质谱非靶向代谢组学分析盲肠代谢物；回肠RNA-seq（Illumina NovaSeq 6000）分析转录组，qRT-PCR验证昼夜节律基因；运用OPLS-DA、Spearman相关和线性混合模型方差分解整合多组学数据。
ETEC K88在攻毒小鼠中的定植：通过平板计数和qPCR定量fanC基因发现，活菌攻毒使粪便及肠道内容物中ETEC K88数量显著升高，而octapeptin处理显著降低了细菌脱落和各肠段定植量，证实其能有效抑制K88的肠道定植。
Octapeptin改善ETEC K88诱导的生长迟缓和全身紊乱：与正常对照相比，ETEC K88攻毒显著降低终末体重、平均日增重和平均日采食量，并引起血清碱性磷酸酶、白蛋白降低及转氨酶、尿素、胆固醇、甘油三酯升高；octapeptin剂量依赖地减轻这些异常，恢复多项血清生化指标。
Octapeptin减轻全身氧化应激和炎症反应：感染导致血清和肝脏总抗氧化能力（total antioxidant capacity, T-AOC）、总超氧化物歧化酶（total superoxide dismutase, T-SOD）、过氧化氢酶（catalase, CAT）活性下降，丙二醛（malondialdehyde, MDA）升高；同时升高促炎因子肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）、干扰素-γ（interferon-γ, IFN-γ）和免疫球蛋白G（immunoglobulin G, IgG），并降低抗炎因子白细胞介素（interleukin, IL）-10和IL-4。Octapeptin处理显著逆转了上述指标变化。
Octapeptin改善肠道形态和黏膜屏障完整性：H&E染色显示ETEC K88攻毒导致回肠绒毛变矮、隐窝加深、绒毛高度/隐窝深度（V/C）比降低；octapeptin补充，尤其是高剂量，显著增加绒毛高度、降低隐窝深度并提高V/C比，表明其对肠黏膜结构具有保护作用。
Octapeptin调节盲肠微生物组成：16S rRNA测序显示ETEC K88攻毒改变了菌群门水平和属水平组成，如降低Bacillota、增加Bacteroidota，并减少Butyribacter等有益菌；高剂量octapeptin富集了Ligilactobacillus和Butyribacter等益生菌，同时抑制Bacteroides、Parabacteroides等潜在有害菌，使菌群结构向正常对照恢复。
Octapeptin重塑盲肠代谢组谱：非靶向代谢组学结合正交偏最小二乘判别分析（orthogonal partial least squares-discriminant analysis, OPLS-DA）显示，感染改变了298种代谢物，而高剂量octapeptin进一步改变了647种代谢物。京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析表明，octapeptin补充富集了生物素代谢、肌醇磷酸代谢等通路，并缓解感染所致的氨基酸代谢异常。
Octapeptin影响回肠转录组，特别是宿主昼夜节律基因：回肠RNA-seq显示ETEC K88攻毒显著改变124个基因表达，而高剂量octapeptin与感染组相比有39个差异表达基因；KEGG分析突出昼夜节律通路，关键基因Dbp、Nr1d1、Nr1d2、Nfil3、Per3等被感染扰乱后经octapeptin恢复，qRT-PCR验证了这一结果。
整合多组学相关性和方差分解提示协调的宿主-微生物组变化是octapeptin介导恢复的基础：Spearman相关和线性混合模型分析显示，有益菌属与生长性能及抗氧化指标正相关，炎症标志物与有害菌属正相关；代谢物和昼夜节律基因与多种表型显著关联。方差分解结果表明，盲肠菌群解释表型变异的10.16%–17.29%，代谢物解释15.39%–39.88%，回肠转录组解释16.57%–40.19%，提示octapeptin的保护作用源自多个生物层次的整合。
讨论部分指出，全球AMR挑战需要增强宿主整体韧性而非仅依赖直接杀菌。Octapeptin通过恢复Bacillota/Bacteroidota比率、富集Ligilactobacillus及丁酸产生菌Butyricicoccus、抑制Bacteroides和Parabacteroides等路径，塑造有利于宿主健康的菌群结构。代谢组变化支持其对营养吸收和上皮代谢的改善。尤其重要的是，octapeptin维持了昼夜节律核心基因的稳定表达，其中Nr1d1可抑制NF-κB等促炎通路，提示昼夜节律是潜在宿主靶点。研究局限性包括仅评估预防性给药、小鼠模型缺乏F4受体以及仅使用雄性小鼠。
研究结论部分可翻译为：这项多组学研究全面揭示了日粮octapeptin在小鼠攻毒模型中缓解ETEC K88诱导肠道损伤的机制。总之，octapeptin预处理将肠道菌群重塑为促进健康的组成，通过富集关键代谢通路改变盲肠代谢组，并部分恢复了感染所扰乱的昼夜节律核心基因表达。这些变化与肠道形态改善、全身炎症和氧化应激降低以及生长性能提高相关联。本研究为octapeptin介导的肠道保护提供了宿主-微生态互作的系统见解，并将昼夜节律钟列为潜在宿主靶标。尽管结果来自小鼠模型，但该机制框架——尤其是微生物-丁酸盐-Nr1d1轴——可为未来在目标动物中的验证奠定基础，最终服务于基于肽类的肠道健康策略开发。
