桃叶珊瑚苷通过修复肠屏障与调控菌群-代谢轴缓解小鼠溃疡性结肠炎的研究

《Food Science & Nutrition》：Aucubin Alleviates Ulcerative Colitis in Mice by Repairing the Intestinal Barrier and Modulating the Microbiota-Metabolism Axis

　　

摘要 溃疡性结肠炎（UC）是一种发病机制复杂的慢性炎症性肠病，亟需开发安全有效的治疗干预措施。本研究旨在探讨桃叶珊瑚苷（Auc）对葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠UC的保护作用及其潜在机制。研究人员利用DSS诱导的结肠炎模型，通过评估疾病活动指数（DAI）、结肠长度、组织病理学变化、免疫组织化学染色、ELISA结果、蛋白质组学图谱、16S rRNA测序数据以及非靶向代谢组学分析，系统评价了Auc的多方面效应。与DSS组相比，高剂量桃叶珊瑚苷（Auc-H，100 mg/kg）处理显著减轻了DSS诱导的体重下降、DAI评分升高和结肠缩短（均p?<?0.05）。Auc-H的治疗效果与阳性对照药物5-氨基水杨酸（5-ASA）相当。从机制上看，Auc通过刺激黏蛋白2（Muc2）分泌和上调zonula occludens-1（ZO-1）及Occludin的表达来恢复肠道屏障完整性，进而显著降低血清脂多糖（LPS）浓度（p?<?0.001）。蛋白质组学分析鉴定出2180个DSS诱导的差异表达蛋白，其中679个被Auc-H显著反向调节，主要涉及补体和凝血级联反应以及免疫-炎症通路。此外，肠道菌群分析显示，Auc促进了有益菌的生长，改善了微生物平衡。非靶向代谢组学进一步揭示，Auc-H显著恢复了120种DSS诱导的差异代谢物水平，包括86种上调和34种下调的代谢物，其中包含保护性的色氨酸衍生吲哚代谢物（p?<?0.05）。因此，桃叶珊瑚苷通过多方面的机制在缓解UC方面展现出显著的临床潜力。这些效应包括减轻炎症、恢复上皮屏障完整性和调节微生物代谢。这些发现为支持Auc作为UC预防疗法的潜在应用提供了关键的实验证据。

论文解读：桃叶珊瑚苷通过修复肠屏障与调控菌群-代谢轴缓解小鼠溃疡性结肠炎

一、研究背景与目的

溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis, UC）是一种慢性、易复发的炎症性肠病，以结肠黏膜持续炎症和溃疡形成为特征，常表现为腹痛、血便和腹泻。近年来，UC在全球范围内的患病率显著上升，严重损害患者生活质量并增加结直肠癌风险。尽管现有治疗方案包括氨基水杨酸制剂、皮质类固醇和生物制剂等，但部分患者应答不佳或出现明显副作用。因此，筛选具有明确疗效和安全性的天然化合物对于UC的防治具有重要意义。

维持肠道屏障完整性是肠道稳态的基石，其破坏是UC发病的核心事件：黏膜屏障受损导致肠道通透性增加和腔内病原体易位，从而引发过度免疫反应。越来越多的证据表明，肠道菌群及其代谢产物对调节肠道屏障至关重要。特别是，微生物来源的色氨酸代谢物，如吲哚及其衍生物，可作为芳烃受体（Aryl Hydrocarbon Receptor, AhR）的配体，激活AhR可通过上调紧密连接蛋白表达和调节局部抗炎免疫稳态促进上皮屏障修复。然而，吲哚产生菌在UC患者和DSS诱导的结肠炎模型中常被耗竭，导致代谢失调。因此，靶向肠道微生物代谢是UC预防的一个有前景的策略。

桃叶珊瑚苷（Aucubin, Auc）是一种广泛分布于杜仲、车前草和桃叶珊瑚等药用植物中的环烯醚萜苷，已被证实具有抗炎、抗氧化、保肝、抗纤维化、神经保护和骨保护等多种药理活性。近期研究发现，Auc可通过抑制炎症通路、恢复肠道屏障完整性和重调肠道菌群来缓解DSS诱导的结肠炎，其保护作用具有菌群依赖性，部分由菌群-短链脂肪酸-GPR41/GPR43轴介导。尽管如此，关于Auc是否通过重塑肠道菌群及其代谢谱来预防UC的系统性研究仍然缺乏。

为此，本研究采用DSS诱导的急性结肠炎小鼠模型，结合蛋白质组学、16S rRNA测序和非靶向代谢组学技术，旨在阐明Auc对结肠损伤和肠道屏障破坏的保护作用及其机制，重点关注宿主蛋白表达、肠道菌群组成和代谢物变化，为其在UC预防中的潜在应用提供理论依据。

二、主要关键技术方法

研究人员建立了DSS诱导的急性UC小鼠模型。将40只六周龄雄性SPF级C57BL/6小鼠随机分为5组：正常对照组（NC）、模型组（DSS）、阳性对照组（5-ASA，200 mg/kg）、低剂量Auc组（Auc-L，50 mg/kg）和高剂量Auc组（Auc-H，100 mg/kg）。Auc组连续灌胃预给药14天，随后除NC组外所有组自由饮用2.5%（w/v）DSS溶液7天诱导急性UC。研究采用了以下关键技术方法：通过疾病活动指数（DAI）评估、苏木精-伊红（H&E）染色进行组织病理学评价；通过阿利新蓝-过碘酸雪夫（AB-PAS）染色、免疫组织化学（IHC）检测黏蛋白2（Muc2）以及免疫荧光（IF）检测紧密连接蛋白ZO-1和Occludin来评估肠道屏障功能；采用酶联免疫吸附试验（ELISA）检测血清TNF-α、IL-6、IL-10和脂多糖（LPS）水平；运用Astral DIA定量蛋白质组学分析结肠组织蛋白表达变化；利用16S rRNA基因V3-V4区扩增子测序分析盲肠内容物菌群组成；采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）进行非靶向代谢组学分析盲肠内容物代谢物谱。

三、研究结果

3.1 Auc缓解DSS诱导的小鼠UC症状

与NC组相比，DSS诱导导致小鼠体重显著下降、DAI评分持续升高和结肠明显缩短。而Auc预处理（50 mg/kg和100 mg/kg）显著减轻了这些病理变化，其中Auc-H组在体重减轻、DAI评分和结肠长度方面的改善效果与5-ASA阳性对照组相当。H&E染色显示，DSS组出现明显的黏膜损伤、隐窝丢失和大量炎性细胞浸润，而Auc处理则显著保留了肠道形态并减少了炎性浸润。ELISA结果表明，Auc显著降低了促炎细胞因子TNF-α和IL-6的过度产生，而抗炎细胞因子IL-10的显著升高仅在Auc-H组观察到。

3.2 Auc缓解DSS诱导的肠道屏障功能障碍

AB-PAS染色和IHC结果显示，DSS处理显著减少了杯状细胞数量、减薄了黏液层并降低了Muc2表达，而Auc干预（尤其是Auc-H组）显著逆转了这些变化。IF分析表明，DSS组结肠黏膜中紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的荧光强度显著降低且分布不连续，而Auc处理以剂量依赖方式上调了这些蛋白的表达。此外，DSS组血清LPS水平异常升高，表明肠道通透性增加，Auc干预有效降低了血清LPS水平，证实Auc通过维持黏液分泌和加强紧密连接来修复DSS诱导的屏障损伤并减少肠道内毒素易位。

3.3 Auc保护作用的蛋白质组学分子机制分析

共鉴定出11,978种蛋白质，其中11,708种被定量。与NC组相比，DSS组有2180种蛋白质发生显著改变（1557种上调，623种下调）。Auc-H处理后，679种蛋白质的表达被显著调节（186种上调，493种下调）。层次聚类热图分析证实，Auc-H处理使结肠蛋白表达谱恢复到接近NC组的状态。亚细胞定位分析显示，Auc调节的差异表达蛋白（DEPs）主要位于胞外空间、细胞核和细胞质。KEGG通路富集分析表明，Auc-H的作用主要归因于对免疫和炎症相关通路的调节，包括补体和凝血级联反应、NOD样受体信号通路和中性粒细胞胞外陷阱形成。

3.4 Auc调节DSS诱导的结肠炎小鼠肠道菌群失调

16S rRNA测序结果显示，Auc-H处理相对增加了拟杆菌门（Bacteroidota）丰度并降低了厚壁菌门（Firmicutes）丰度，从而改变了厚壁菌门/拟杆菌门（F/B）比值。LEfSe分析鉴定出各组特征性分类单元：DSS组中阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）和普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）丰度较高，而Auc-H组中毛螺菌科（Lachnospiraceae）和梭菌目（Clostridiales）等厚壁菌门属的丰度显著增加。单物种丰度分析确认，Auc-H显著增加了g_unidentified_Lachnospiraceae和s_Clostridiales_bacterium_CIEAF_020的丰度，表明Auc通过促进潜在有益菌（如丁酸盐产生菌）的丰度来纠正DSS诱导的菌群失调。

3.5 Auc重塑DSS诱导的结肠炎小鼠肠道代谢谱

非靶向代谢组学分析发现，DSS与NC组之间存在330种差异代谢物（218种上调，112种下调），Auc-H干预显著恢复了其中120种代谢物的水平（86种上调，34种下调）。PCA分析和层次聚类热图显示，Auc-H处理显著改变了代谢谱。K-means聚类分析表明，Auc-H显著逆转了DSS诱导的代谢物下调趋势（Subclass 4），其中恢复了与抗炎和屏障修复功能相关的代谢物，包括酪醇、黄尿酸、美沙拉嗪和1-甲基烟酰胺。此外，Auc-H显著提高了多种色氨酸衍生物和吲哚代谢物的水平，包括N-乙酰-D-葡萄糖胺、5-羟基吲哚乙酸（5-HIAA）、5-羟基吲哚（5-HI）、吲哚-3-甲醇（I3C）和吲哚-3-乙醇。

3.6 Spearman相关性分析

Spearman相关性分析显示，Auc显著增加的有益菌（如毛螺菌科和Clostridiales_bacterium_CIEAF_020）与多种肠道保护性代谢物（主要包括吲哚衍生物、酪醇和黄尿酸）呈正相关。相关性网络分析进一步揭示了这些元素之间的复杂关系，吲哚代谢物和上述功能菌在网络中占据中心位置，表现出高度连通性。

四、讨论与结论

讨论部分指出，本研究系统评估了Auc对DSS诱导小鼠UC的保护作用，证明Auc预处理可显著减轻结肠炎的临床表现，并通过调节结肠蛋白质组、重塑肠道菌群和增强代谢微环境提供多方面保护。Auc通过强化物理和化学防御来恢复肠道初级保护屏障：显著增加紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的表达，恢复杯状细胞数量和Muc2水平，并降低血清LPS水平，从而打破肠漏驱动的炎症恶性循环。在细胞因子层面，Auc同时抑制TNF-α和IL-6并升高IL-10，表明其重新平衡而非单纯抑制炎症反应。

重塑肠道菌群和代谢物是Auc发挥药理作用的核心机制。Auc显著增加了厚壁菌门/拟杆菌门比例，特别是提高了毛螺菌科和梭菌目的相对丰度。毛螺菌科是公认的有益菌，能够发酵膳食纤维产生短链脂肪酸并参与色氨酸代谢。相关性分析显示毛螺菌科与吲哚代谢物（如I3C、5-HI和5-HIAA）呈强正相关。吲哚化合物主要由肠道微生物转化色氨酸产生，可作为AhR的天然激活剂，AhR激活可促进黏膜屏障修复和抗菌肽产生。此外，Auc处理后肠道黄尿酸水平升高也被证明可通过激活AhR通路缓解结肠炎。Auc还提高了美沙拉嗪、酪醇和1-甲基烟酰胺等保护性代谢物的水平。

蛋白质组学分析揭示了Auc保护作用的分子机制，Auc显著抑制了补体和凝血级联反应、NOD样受体信号通路和中性粒细胞胞外陷阱形成等促炎通路。研究人员提出，Auc可能通过提升肠道吲哚代谢物激活AhR，进而抑制NOD样受体介导的炎症小体活化，减少异常中性粒细胞浸润；同时，补体级联抑制有助于减轻血管内皮损伤和黏膜出血。

研究也承认存在局限性：缺乏无菌或抗生素处理小鼠模型，无法确证Auc的保护作用完全依赖于肠道菌群；未使用基因敲除小鼠模型验证精确信号通路；仅使用了雄性小鼠，无法评估性别差异；未评估氧化还原状态参数。总体而言，本研究证明桃叶珊瑚苷是UC的有效预防剂，其机制不仅涉及直接的抗炎和屏障修复作用，更重要的是系统性重塑肠道菌群-代谢物轴，特别是通过促进与吲哚代谢物产生相关的菌群富集来激活内源性修复程序。