《Food Science & Nutrition》：Gut Microbiota-Dependent Tryptophan Metabolism Drives the Therapeutic Effects of Baitouweng Tang in Colitis via the AhR Pathway
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肠道菌群失调及其代谢副产物在炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）发病机制中发挥关键作用。白头翁汤（Baitouweng Tang，BTWT）是一种传统中药复方，长期用于治疗胃肠疾病，在IBD管理中显示出良好潜力，但其精确药
肠道菌群失调及其代谢副产物在炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）发病机制中发挥关键作用。白头翁汤（Baitouweng Tang，BTWT）是一种传统中药复方，长期用于治疗胃肠疾病，在IBD管理中显示出良好潜力，但其精确药理学机制仍不清楚。本研究采用靶向代谢组学、高通量测序和分子生物学技术，阐明了BTWT治疗溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）的治疗机制。BTWT显著增加了双歧杆菌属（Bifidobacterium）的相对丰度，改善了色氨酸的吲哚代谢途径，并恢复了吲哚代谢物如吲哚-3-乳酸（indole-3-lactic acid，ILA）的水平。这些变化激活了芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor，AhR），并导致小鼠UC临床症状显著改善。相反，在抗生素诱导的肠道菌群耗竭模型中，BTWT的治疗效果大幅减弱。值得注意的是，粪菌移植（fecal microbiota transplantation，FMT）部分恢复了BTWT的疗效，强调了肠道菌群在其介导的治疗效果中的关键作用。此外，在体外脂磷壁酸（lipoteichoic acid，LTA）诱导的HT-29炎症模型中，ILA处理减轻了炎症，同时增加了AhR、CYP1A1和CYP1B1的表达。这些发现表明BTWT诱导的色氨酸代谢物变化、AhR通路激活与结肠炎改善之间存在潜在联系，但因果关系仍有待确定。本研究为进一步探索AhR通路作为UC潜在治疗靶点的机制研究提供了基础。
研究背景与科学问题
溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）的主要形式，其发病机制涉及肠道菌群失调、肠上皮屏障功能障碍、免疫应答异常及遗传易感性等多因素。现有药物如5-氨基水杨酸、皮质醇、糖皮质激素和免疫抑制剂等长期使用常伴随不良反应。白头翁汤（Baitouweng Tang，BTWT）源自张仲景《伤寒论》，由白头翁（Pulsatilla chinensis）、黄柏（Phellodendron chinense）、黄连（Coptis chinensis）和秦皮（Fraxinus chinensis）四味中药组成，临床广泛用于治疗痢疾和UC，但其通过肠道菌群及色氨酸代谢调控芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor，AhR）通路的精确机制尚不明确。本研究旨在探究BTWT对UC的治疗作用是否依赖于肠道菌群及其色氨酸代谢产物的调节，并验证AhR通路在该过程中的角色。
研究方法与技术路线
研究人员采用超高效液相色谱-高分辨质谱（UHPLC-HRMS）鉴定BTWT化学成分。建立葡聚糖硫酸钠（dextran sulfate sodium，DSS）诱导的小鼠急性UC模型，设置正常对照组、模型组、BTWT高/中/低剂量组及柳氮磺吡啶阳性药组。通过混合抗生素灌胃建立伪无菌小鼠模型，并进行粪菌移植（fecal microbiota transplantation，FMT）实验。采用16S rRNA基因V3-V4区高通量测序分析肠道菌群结构，靶向代谢组学检测粪便中18种色氨酸代谢物水平。运用实时定量聚合酶链反应（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）和蛋白质印迹法（Western blotting）检测结肠组织和HT-29细胞中AhR、CYP1A1、CYP1B1及相关炎症因子的mRNA和蛋白表达。体外实验采用脂磷壁酸（lipoteichoic acid，LTA）刺激人结肠腺癌细胞系HT-29建立炎症模型，评估吲哚-3-乳酸（indole-3-lactic acid，ILA）的抗炎活性及对AhR通路的激活作用。
研究结果
3.1 BTWT的成分鉴定：UHPLC-HRMS分析显示，BTWT主要化学成分为生物碱类、苯丙素类、萜类、有机酸及其衍生物等，其中含量较高的成分包括白头翁皂苷D（Pulsatilla saponin D）、白头翁皂苷B（Pulchinenoside B）、23-羟基白桦酸（23-Hydroxybetulinic acid）、齐墩果酸（Oleanolic Acid）、小檗碱（Berberine）、氧代小檗碱（Oxyberberine）、8-氧化黄连碱（8-Oxocoptisine）、黄柏酮（Obacunone）、七叶苷（Esculin）、七叶内酯（Esculetin）和梣皮素（Fraxetin）。
3.2 微生物耗竭小鼠模型的成功建立：抗生素处理后，小鼠盲肠肿胀，肠道菌群α多样性（Chao、Ace、Sob、Shannon指数）显著降低，β多样性分析显示菌群结构发生根本性改变，门水平仅剩变形菌门（Proteobacteria），属水平主要为肠杆菌属（Enterobacter）和埃希氏-志贺菌属（Escherichia-Shigella），符合伪无菌小鼠模型特征。
3.3 BTWT缓解结肠炎小鼠症状：与模型组相比，BTWT各剂量组有效抑制体重下降、降低疾病活动指数（disease activity index，DAI）评分、减缓结肠缩短，并下调促炎因子干扰素-γ（Ifn-γ）和白介素-6（Il-6）mRNA表达，上调抗炎因子白介素-22（Il-22）mRNA表达。
3.4 BTWT改善结肠炎小鼠肠道菌群组成和多样性：BTWT干预后，菌群α多样性指标不同程度恢复，β多样性分析显示BTWT组更接近正常对照组。在门水平，BTWT逆转了模型组拟杆菌门（Bacteroidetes）升高和厚壁菌门（Firmicutes）降低的趋势。在属水平，BTWT显著增加了双歧杆菌属（Bifidobacterium）、螺旋杆菌属（Turicibacter）、杜波氏菌属（Dubosiella）和另枝菌属（Alistipes）的相对丰度。
3.5 BTWT以肠道菌群依赖性方式缓解小鼠结肠炎：在抗生素耗竭肠道菌群后，BTWT对结肠炎的改善作用（包括体重、DAI评分、结肠长度、组织病理学评分、杯状细胞数量及炎症因子表达）被严重削弱。而接受BTWT处理供体粪菌的FMT受体小鼠（FMT-BTWT组）部分恢复了BTWT的保护效应，表现为结肠炎症状减轻、炎症浸润减少、黏膜结构修复及杯状细胞数量增加，同时抑制Ifn-γ和Il-6 mRNA表达并上调Il-22 mRNA水平。
3.6 BTWT以肠道微生物依赖性方式调节结肠炎小鼠的色氨酸代谢：靶向代谢组学分析显示，DSS处理降低了粪便中5-羟基吲哚-3-乙酸、吲哚-3-乙酸、3-羟基-DL-犬尿氨酸、3-吲哚乙腈、烟酸、犬尿酸和黄尿酸等多种色氨酸代谢物含量。BTWT干预后，吲哚（Indole）、ILA、5-羟基吲哚-3-乙酸、5-羟色氨酸、3-羟基-DL-犬尿氨酸、烟酸、N-乙酰基-5-羟色胺、L-色氨酸、犬尿酸和血清素（Serotonin）等代谢物含量增加，其中吲哚、ILA、3-羟基-DL-犬尿氨酸和血清素的差异具有统计学显著性。
3.7 显著差异菌群与代谢物的相关性分析：Spearman等级相关分析显示，ILA与Turicibacter和罗姆布茨菌属（Romboutsia）呈显著正相关，与普雷沃氏菌科_Ga6A1_group呈显著负相关；吲哚-3-乙酸与杜波氏菌属（Dubosiella）和单球菌属（Monoglobus）呈显著正相关；吲哚与Romboutsia呈显著正相关。
3.8 BTWT依赖肠道微生物恢复结肠炎小鼠的AhR表达：与正常组相比，模型组结肠组织中AhR、CYP1A1和CYP1B1的蛋白和mRNA水平均降低。BTWT干预显著提高了这三者的表达。抗生素处理后，BTWT的这种促进作用被严重削弱。FMT-BTWT则部分恢复了AhR及其下游基因CYP1A1和CYP1B1在蛋白和mRNA水平的表达。
3.9 色氨酸代谢物ILA通过AhR通路减轻HT-29细胞炎症：在安全浓度范围内，BTWT直接作用于HT-29细胞不影响AhR、CYP1A1和CYP1B1蛋白表达，而ILA则显著促进AhR蛋白表达。在LTA诱导的HT-29炎症模型中，ILA处理显著降低了白介素-8（IL-8）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白介素-1β（IL-1β）的mRNA水平，同时恢复了AhR、CYP1A1和CYP1B1的蛋白和mRNA表达。
讨论与结论
讨论部分指出，BTWT通过双重机制发挥抗UC作用：一方面调节肠道菌群结构和多样性，另一方面依赖菌群重塑色氨酸代谢，特别是增加ILA等吲哚代谢物水平，进而激活AhR信号通路，抑制炎症因子表达。研究强调，BTWT本身不能直接激活AhR，而是通过其所调节的菌群依赖性色氨酸代谢物ILA间接发挥作用。抗生素耗竭实验证实了肠道菌群对BTWT疗效的必要性，FMT实验进一步证明了菌群贡献的重要性。研究局限性包括：因果关系尚未通过AhR拮抗剂或基因敲除实验最终确立；未进行ILA特异性功能缺失实验以确定其为关键活性代谢物；HT-29/LTA体外模型无法完全模拟UC复杂的免疫-上皮相互作用；抗生素诱导的菌群失调是微生物耗竭模型的内在局限。研究结论认为，BTWT治疗与肠道菌群依赖性色氨酸代谢重编程、ILA产量增加和AhR通路激活相关联，这些变化与结肠炎症的抑制具有一致性。粪菌移植部分重现了治疗效果，表明肠道菌群对BTWT疗效具有实质性贡献。这些发现确立了微生物群-ILA-AhR轴可能是BTWT缓解结肠炎的重要机制，为BTWT的临床应用提供了坚实的机制基础，并为开发针对UC的微生物群靶向或代谢物基础疗法开辟了新途径。
