引言
血清素（5-羟色胺，5-HT）是一种在进化过程中从单细胞生物到脊椎动物都保守存在的古老单胺类神经递质（Yu & Hsiao, 2025; Zhang et al., 2025）。在哺乳动物中，5-HT因其对情绪调节、情绪平衡、认知功能和睡眠-觉醒周期的关键作用而广受关注（Zhang et al., 2025）。近年来，5-HT的生物学功能不断被扩展和深化。研究表明，5-HT通过调节巨噬细胞的极化、树突状细胞的功能、T细胞活性和程序性细胞死亡1配体1的表达，在肿瘤免疫微环境中发挥关键调节作用（Arreola et al., 2015; Tian et al., 2025）。同时，5-HT系统的失调与多种疾病密切相关，包括抑郁症、肠易激综合症、神经退行性疾病、代谢综合征和癌症（C?mpeanu et al., 2024）。鉴于5-HT在多种生理和病理过程中的核心作用，理解其调节机制已成为生命科学和医学研究的前沿课题。
5-HT是通过两个连续的酶促步骤从色氨酸合成的，首先是色氨酸羟化酶将色氨酸羟基化，然后是由多巴脱羧酶（Ddc）进行脱羧（Santa Paola et al., 2024）。血清素的代谢周转主要由单胺氧化酶A（MAOA）调控，该酶催化血清素氧化和脱氨基生成5-羟基吲哚乙酸，这是肠道中血清素失活的主要途径（Arreola et al., 2015）。值得注意的是，肠道中的肠嗜铬细胞（EC）产生了体内大约95%的血清素，从而将肠道微环境定位为连接肠道生态与血清素能代谢的关键枢纽（Legan et al., 2022）。使用无菌和抗生素处理的小鼠模型进行的关键研究表明，缺乏常规微生物群会导致结肠和循环中的5-HT水平显著降低，这一现象可以通过接种形成孢子的细菌来逆转（Reigstad et al., 2015）。根据先前的报告，包括长双歧杆菌亚种婴儿型菌株CCFM687、长双歧杆菌 R0175和短双歧杆菌 CCFM1025在内的益生菌菌株已被证明可以通过促进色氨酸羟化酶1（TPH1）mRNA的表达来促进5-羟色氨酸（5-HTP）和5-HT的生成，从而缓解慢性压力小鼠的抑郁症状（Tian et al., 2021; Tian et al., 2019; Zhu et al., 2022）。重要的是，肠道肠嗜铬细胞产生的血清素是外周血清素，不能轻易穿过完整的血脑屏障来供应中枢神经系统。在这些动物研究中观察到的行为受益可能是由于间接的肠道-大脑信号传导，而不是肠道来源的血清素直接进入大脑。
RIN14B是一种来自大鼠胰腺神经内分泌肿瘤的克隆细胞系，而不是天然肠道肠嗜铬（EC）细胞。原代肠道EC细胞是罕见的上皮细胞，在技术上难以分离并维持足够的数量以进行广泛的体外功能测定。正如Nozawa等人在PNAS上的标志性研究中所报道的，RIN14B被建立为一个EC细胞功能的模型，因为它再现了天然肠嗜铬细胞的关键功能特征：它内源性表达核心的血清素生物合成机制，包括TPH1和芳香L-氨基酸脱羧酶（AADC），在细胞内储存血清素，并表现出刺激诱导的钙内流与血清素外分泌（Nozawa et al., 2009）。自这一初步验证以来，多项独立研究采用RIN14B作为替代的类似EC细胞的体外筛选平台，以评估肠道来源的微生物代谢物如何在细胞水平上调节TPH1转录和5-HT的产生，从而能够独立于复杂的多细胞组织水平的干扰进行评估（Mandi? et al., 2019; Tian et al., 2021; Xu et al., 2023; Yano et al., 2015）。在我们的研究中，使用了RIN14B细胞作为候选的EC细胞模型。
肠道微生物群及其代谢物在调节EC细胞分泌5-HT方面发挥着重要作用。在众多肠道微生物中，丁酸梭菌作为一种具有显著应用价值的丁酸盐产生型益生菌，引起了相当大的关注（Fu et al., 2019）。丁酸梭菌是一种革兰氏阳性、严格厌氧、能形成孢子的细菌，常见于人类和动物的肠道中，它能够发酵碳水化合物产生短链脂肪酸（SCFAs），从而促进肠道上皮组织的再生和修复，并维持肠道微环境的稳态（Stoeva et al., 2021）。通过肠道-肝脏和肠道-大脑轴，丁酸梭菌作用于肝脏和大脑等远端器官，对胃肠道感染、炎症性肠病、糖尿病和精神疾病具有广泛的保护或改善作用（Stoeva et al., 2021）。已有大量动物研究报道，口服丁酸梭菌或丁酸梭菌共生菌可以增加血清素水平，并改善慢性不可预测轻度压力小鼠的抑郁样行为（Fatima et al., 2023; Sun et al., 2018; Xu et al., 2024）。然而，尚未系统地鉴定出直接负责增强宿主血清素合成的丁酸梭菌的具体代谢物，分子水平的机制研究仍然非常有限。因此，有必要探索丁酸梭菌的具体关键代谢物。
瓜尔胶是一种从四棱豆胚乳中提取的半乳甘露聚糖，由通过1,4-糖苷键连接的β-D-甘露吡喃糖单元和一条半乳糖侧链组成（Rodge et al., 2025）。瓜尔胶在代谢健康、血糖控制、胆固醇降低和肠道微生物群调节方面具有有利作用（Javad Alaeian et al., 2023; Wang et al., 2023）。部分降解的瓜尔胶已被证明与丁酸梭菌具有天然的代谢兼容性，在体外发酵过程中显著增加了丁酸梭菌和双歧杆菌的数量，从而促进了SCFAs的产生（Matsumiya et al., 2024）。在我们之前的工作中，制备了部分水解的瓜尔胶（PHGG，分子量分布为1-10 kDa，半乳糖/甘露糖比为1:1.65），并有效地促进了丁酸梭菌的数量（Fu et al., 2022）。多项体外研究证实，与甘露寡糖和半乳糖寡糖相比，PHGG支持最高的总SCFAs和丁酸产量（Wei et al., 2020）。这些特性使PHGG成为研究益生元诱导的丁酸梭菌代谢重编程的理想候选物。因此，本研究旨在探索在PHGG促进下丁酸梭菌发酵产生的与血清素生物合成相关的代谢物。为此，我们将在体外评估PHGG和丁酸梭菌对血清素能活性的影响，随后通过对发酵上清液进行无目标代谢组学分析并结合功能验证，以鉴定活性分子。本研究旨在为功能性益生元的开发提供一种有前景的策略，为针对肠道的共生干预措施中的血清素能通路建立机制基础。应该注意的是，任何与肠道-大脑轴信号传导的潜在联系仍然只是假设性的，需要使用生理相关的实验系统进行验证。
