L. plantarum A736来源吲哚-3-乳酸（ILA）通过肠ChAT+神经元轴介导炎症性肠病保护作用

《Advanced Science》：Enteric ChAT-Expressing Neurons Mediate the Protective Effect of Lactobacillus plantarum in Inflammatory Bowel Disease

　　

肠道菌群在炎症性肠病（IBD）中发挥关键作用，但特定微生物组分如何影响疾病进展仍未被完全理解。研究人员揭示，Lactobacillus species丰度降低与溃疡性结肠炎（UC）患者疾病严重程度相关。在受测菌株中，从传统发酵食品中分离的L. plantarum A736在右旋糖酐硫酸钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎模型中表现出保护作用。引人注目的是，多组学分析显示，L. plantarum A736独特地增强肠神经系统（ENS）中表达胆碱乙酰转移酶（ChAT）的神经元（ChAT⁺）并提高乙酰胆碱（ACh）水平。进一步分析鉴定出，L. plantarum A736将色氨酸代谢为吲哚-3-乳酸（ILA），补充ILA通过恢复ChAT⁺神经元和胆碱能信号显著模拟该菌株的抗炎作用。关键的是，选择性消融结肠ChAT⁺神经元消除了L. plantarum A736和ILA的保护作用，确立其在介导这些效应中的必要作用。这些发现表明，微生物代谢物可调节肠神经元回路以调控肠道免疫。已鉴定的ILA-ChAT⁺神经元轴代表一种可用于IBD治疗靶向的新型神经免疫通路。

论文解读：ILA-ChAT⁺神经元轴介导L. plantarum A736对炎症性肠病的保护作用

研究背景：炎症性肠病（IBD，一类慢性复发性胃肠道炎症性疾病）主要包括克罗恩病和溃疡性结肠炎（UC，IBD的主要亚型之一），由宿主遗传、环境和肠道菌群复杂互作引起。全球约680万人受影响，现有靶向炎症通路的治疗难以治愈，且复发和不良反应常见，因此亟需解析新机制、发现新靶点。肠神经系统（ENS，胃肠道内在神经胶质回路）被称为“第一脑”，其中胆碱能神经元表达胆碱乙酰转移酶（ChAT，合成乙酰胆碱的酶），在IBD患者和DSS结肠炎模型中存在神经元丢失或功能障碍。乙酰胆碱（ACh，胆碱能神经元释放的神经递质）可通过免疫细胞上的毒蕈碱型和烟碱型乙酰胆碱受体调节免疫。肠道菌群可调控ENS活动和功能，益生菌是调节菌群的手段，但特定益生菌及其代谢物如何直接调控肠胆碱能神经元并影响肠道炎症尚不清楚。该研究发表在《Advanced Science》。研究人员发现Lactobacillus丰度与UC严重程度负相关，筛选发酵食品来源菌株，发现L. plantarum A736通过色氨酸代谢物ILA恢复ChAT⁺神经元和胆碱能信号，从而缓解结肠炎；ILA-ChAT⁺神经元轴是潜在神经免疫通路。

关键技术方法（不超过250字）：人类队列来自陕西省人民医院，包括26例健康对照和35例UC患者，采集粪便、内镜图像和血液。动物使用C57BL/6小鼠、ChAT-Cre小鼠和tdTomato^fl/stop/fl报告小鼠，采用DSS诱导急性结肠炎。从中国发酵食品分离50株14种Lactobacillus，通过模拟胃肠道耐受、抗菌活性、Caco-2粘附、旁细胞通透性、PCA和模糊综合评价筛选菌株。方法还包括16S rRNA测序、RNA测序、全基因组测序、靶向/非靶向代谢组、AAV介导ChAT⁺神经元消融、全mount免疫荧光、流式细胞术、qPCR、内镜、L-012体内成像及高低色氨酸饮食干预。

研究结果：
2.1 Lactobacillus丰度与UC临床特征负相关。对UC患者（n=35）和健康对照（HC，n=26）进行临床指标和16S rRNA测序分析，发现UC患者CRP升高、血红蛋白降低、白细胞/单核细胞/中性粒细胞增加；PCoA显示菌群分离，LEfSe显示Lactobacillus为最差异属且UC中丰度降低；Pearson相关显示Lactobacillus丰度与CRP、白细胞、单核细胞、中性粒细胞计数和疾病病程负相关。DSS结肠炎小鼠中Lactobacillus丰度也降低并呈负相关。结论：Lactobacillus丰度与UC进展负相关。

2.2 L. plantarum A736减轻急性结肠炎并调节小鼠肠道免疫。研究人员从发酵食品分离Lactobacillus，体外筛选14株，DSS模型中口服L. plantarum A736、L. paracasei A7411或L. delbrueckii E1705可减轻体重下降、降低疾病活动指数（DAI）、改善组织学评分和结肠长度，抑制TNFα和IL-1β，增加杯状细胞、Muc2及紧密连接蛋白。PCA/FSE显示A736潜力最大。内镜和L-012成像显示A736降低结肠炎严重程度，16S rRNA确认其肠道定植。流式显示A736减少结肠固有层（cLP）中单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和Th17比例，但不显著改变树突状细胞和Treg，支持Th17/Treg平衡。结论：A736改善结肠炎表型、黏液屏障、上皮屏障和肠道免疫。

2.3 L. plantarum A736调节表达ChAT的神经元。RNA测序显示DSS抑制神经活性配体-受体相互作用通路，而A736激活该通路，并上调ChAT表达（TPM和qPCR）。靶向代谢组显示ACh在A736组富集，口服A736提高结肠ACh。ChAT-Cre;tdTomato^fl/stop/fl报告小鼠中，ChAT-tdTomato⁺神经元与βIII-tubulin共定位并靠近EpCam1⁺上皮细胞。全mount分析显示DSS减少submucosal和myenteric plexus中ChAT⁺及HuC/D⁺神经元，A736恢复ChAT⁺并增加总神经元密度。结论：A736通过胆碱能神经元依赖机制缓解结肠炎，具有神经保护作用。

2.4 L. plantarum A736通过色氨酸代谢调节表达ChAT的神经元。比较活菌、热灭活菌、培养上清和MRS培养基，发现仅活菌和上清改善结肠炎、恢复屏障并下调促炎因子，提示代谢物介导。非靶向代谢组显示A736改变粪便代谢谱，QEA显示色氨酸代谢最显著富集；培养上清和全基因组测序也支持色氨酸代谢/氨基酸代谢富集。高低色氨酸饮食实验中，低色氨酸饮食消除A736的保护作用及维持ChAT⁺神经元的能力，高色氨酸饮食单独或联合A736改善结肠炎并有加和效应。结论：色氨酸代谢对A736缓解结肠炎和维持肠神经元必需。

2.5 L. plantarum A736来源ILA调节DSS诱导小鼠的表达ChAT神经元和免疫反应。代谢组显示A736增加粪便和上清中ILA，LC-MS证实A736提高粪便ILA且低色氨酸饮食消除该效应；其他色氨酸代谢物无明显变化。全基因组发现ldhA编码2-羟基酸脱氢酶，PTT培养基证实A736将色氨酸转化为ILA并降低色氨酸。UC患者粪便ILA低于HC，并与临床疾病指标负相关。ILA治疗DSS小鼠可模拟A736，改善体重、DAI、组织学、结肠长度、内镜和体内成像，降低肠道通透性和促炎因子，恢复ChAT⁺神经元，并减少cLP中单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和Th17，不改变树突状细胞和Treg。结论：A736来源ILA作为微生物信号，通过调节肠ChAT⁺神经元和肠道免疫促进结肠炎缓解。

2.6 L. plantarum A736感知依赖表达ChAT的神经元以调节肠道免疫。通过结肠注射Cre依赖DTA病毒消融ChAT-Cre小鼠的ChAT⁺神经元，全mount免疫荧光确认消融。消融ChAT⁺神经元后，A736对DSS结肠炎的保护作用被消除，包括体重、DAI、组织学、结肠缩短、屏障蛋白和促炎因子改善均减弱；同样，ILA的有益作用也被消除。流式显示ILA处理下ChAT AAV-DTA与对照的cLP免疫细胞浸润模式不同。结论：ChAT⁺神经元是介导A736和ILA肠道免疫调节的关键必需节点。

讨论部分总结：讨论指出，UC患者和DSS小鼠中Lactobacillus丰度低，本研究验证其与疾病表型负相关。益生菌疗效具菌株依赖性，A736可有效挽救结肠炎；与5-氨基水杨酸（5-ASA，UC缓解治疗药物）相比，A736抑制炎症和恢复屏障效果相当，在减轻体重下降和DAI方面更具优势。局限是A736和ILA主要在DSS诱导前或期间给药，主要支持预防或保护作用，疾病发生后给药是否有效尚需研究；未来需不同人群临床研究和随机安慰剂对照试验。ILA是细菌色氨酸-吲哚代谢物，可激活芳香烃受体（AhR，受微生物色氨酸代谢物调控的转录因子），既往研究显示IBD患者和结肠炎小鼠ILA降低，口服ILA缓解结肠炎。多种Lactobacillus能将色氨酸转化为ILA，关键酶包括ArAT和ldhA；本研究在A736基因组发现ldhA并证实其产生ILA，且ILA产生依赖膳食色氨酸，但ldhA精确作用需通过敲除株验证。IBD中ENS异常，肠神经元尤其胆碱能神经元减少，ChAT和ACh降低；ACh通过mAChRs和nAChRs调节免疫。本研究支持A736恢复肠胆碱能可能成为益生菌治疗胃肠道疾病的新靶点；ACh可能是连接微生物调节与免疫调节的桥梁，但下游信号通路仍需表征。益生菌和吲哚衍生物调控ENS的直接证据很少，ILA直接作用于胆碱能神经元的分子机制尚未完全阐明；未来需通过胆碱能神经元特异性AhR条件敲除等研究明确。

研究结论翻译：总之，研究人员证明，产生ILA的L. plantarum A736通过肠ChAT⁺神经元调节失衡的肠道免疫，从而缓解结肠炎症状，这一作用此前未被揭示。这些发现有助于增进对IBD发病机制中神经免疫机制以及细菌介导免疫调节的理解。此外，研究人员为L. plantarum A736及其代谢物ILA在未来微生物治疗策略中用于胃肠道疾病（包括但不限于IBD）的可能临床应用提供了依据。