《Microbiology Spectrum》：Baicalin and levofloxacin exert divergent modulation on gut microbiota and metabolome crosstalk in DSS-triggered ulcerative colitis
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黄芩苷（BA）是一种具有生物活性的黄酮类化合物，盐酸左氧氟沙星（LH）是一种氟喹诺酮类抗生素，二者均具有治疗溃疡性结肠炎（UC）的潜力，但其调节肠道菌群和代谢组的机制差异仍不明确。本研究旨在系统比较二者在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎模型中的疗效及潜在
黄芩苷（BA）是一种具有生物活性的黄酮类化合物，盐酸左氧氟沙星（LH）是一种氟喹诺酮类抗生素，二者均具有治疗溃疡性结肠炎（UC）的潜力，但其调节肠道菌群和代谢组的机制差异仍不明确。本研究旨在系统比较二者在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎模型中的疗效及潜在机制，重点关注肠道微生物和代谢调节。将小鼠随机分为对照组、模型组、BA治疗组和LH治疗组。通过体重变化、疾病活动指数（DAI）、结肠长度和组织病理学分析评估疾病严重程度。采用蛋白质印迹法和酶联免疫吸附测定（ELISA）检测核因子κB（NF-κB）通路激活和促炎细胞因子水平，同时采用16S rRNA测序和代谢组学分析肠道菌群和代谢物。两种药物均显著改善结肠炎症状，抑制NF-κB激活和细胞因子表达，其中BA表现出更优的细胞因子抑制作用。BA富集有益乳杆菌（Lactobacillus），调节异黄酮/生物碱合成；LH提高阿克曼菌（Akkermansia）丰度并调节氨基酸代谢。这些发现揭示了BA和LH不同的治疗机制，为UC个体化治疗奠定基础，并验证了BA的传统药用价值。
溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是一种以结肠黏膜弥漫性、连续性炎症为特征的慢性炎症性肠病，近30年全球发病率显著上升。该病呈缓解与复发交替的终生性过程，腹泻、黏液脓血便和腹痛等症状严重影响患者生活质量，并增加结直肠腺癌风险。现有5-氨基水杨酸类、糖皮质激素和生物制剂虽对部分患者有效，但存在明显副作用、费用较高和应答不足等问题，因此需要更安全有效的替代策略。肠道菌群-代谢组轴被认为是UC发病的重要驱动因素：菌群通过竞争性排除病原体、产生短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）增强肠屏障及免疫调节维持稳态；UC患者则表现为微生物多样性降低、有益菌耗竭、促炎菌扩张，并伴随SCFAs和色氨酸代谢物减少及促炎分子积累，形成炎症与屏障功能障碍的恶性循环。黄芩苷（baicalin，BA）具有抗炎、抗氧化和免疫调节作用，但其对肠道菌群结构、功能及代谢后果的系统认识仍不充分；盐酸左氧氟沙星（levofloxacin hydrochloride，LH）作为广谱氟喹诺酮抗生素，临床用于UC继发细菌感染，但可非选择性损伤共生菌群并可能加重菌群失调。基于此，研究人员提出BA通过靶向恢复肠道微生物稳态及相关代谢谱缓解UC，而LH的获益可能受其非选择性影响菌群结构与功能所限制，并采用多组学方法比较二者机制。
研究人员在葡聚糖硫酸钠（dextran sulfate sodium，DSS）诱导的小鼠结肠炎模型中整合生理、组织病理、免疫、16S rRNA测序和非靶向代谢组学分析，比较BA与LH对肠道菌群和代谢组的调控差异，并以美沙拉嗪（ASA）作为对照干预之一。研究结论显示，BA和LH均可显著改善结肠炎症状、抑制NF-κB通路及促炎细胞因子表达，但二者重塑肠道菌群和代谢组的策略不同：BA富集Lactobacillus并调节异黄酮/生物碱合成，LH提高Akkermansia丰度并调节氨基酸代谢。该研究为UC个体化治疗和基于菌群的干预策略提供了依据，并验证了BA传统药用价值。
开展研究的主要关键技术方法如下（不超过250字）：研究使用SPF级雌性C57BL/6J小鼠，动物房为山东医药大学实验动物中心，小鼠购自济南鹏悦实验动物繁育有限公司；以2% DSS诱导结肠炎并设Control、DSS、LH、ASA和BA组；采用疾病活动指数（disease activity index，DAI）、结肠长度和苏木精-伊红（hematoxylin and eosin，H&E）染色评估；Western blot检测NLRP3和NF-κB p65，酶联免疫吸附测定（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）检测TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-2；16S rRNA V3-V4测序分析菌群；UHPLC-Q Exactive HF-X进行非靶向代谢组学；气相色谱-质谱联用（GC-MS）定量SCFAs；结合主坐标分析（principal coordinate analysis，PCoA）、相似性分析（analysis of similarities，ANOSIM）、线性判别分析效应量（linear discriminant analysis effect size，LEfSe）、偏最小二乘判别分析（partial least squares discriminant analysis，PLS-DA）、冗余分析（redundancy analysis，RDA）和相关性分析。
研究结果如下。
BA and LH can alleviate the symptoms of DSS-induced colitis in mice（BA和LH可缓解DSS诱导的小鼠结肠炎症状）：通过体重、DAI、结肠长度和H&E组织病理学评分发现，DSS组体重降低、DAI升高、结肠缩短，并出现黏膜损伤、隐窝破坏、肌层增厚和炎性细胞浸润；BA、LH和ASA均减轻结肠缩短和组织病理损伤，BA与LH在结肠长度上无显著差异，三者均未显著逆转隐窝丢失。结论为BA和LH可改善DSS诱导结肠炎的多项病理特征。
BA and LH ameliorate colitis symptoms and restore intestinal function（BA和LH改善结肠炎症状并恢复肠道功能）：Western blot和ELISA显示，DSS增加NLRP3和NF-κB p65表达，BA、LH和ASA均降低其表达；TNF-α和IL-1β水平显著降低，IL-6和IL-2呈下降趋势但无统计学差异；BA炎症指标略低于LH但无显著差异。结论为二者抗炎作用与抑制NF-κB通路相关。
Effects of BA and LH on the content of short-chain fatty acids（BA和LH对短链脂肪酸含量的影响）：GC-MS显示DSS降低乙酸、丁酸、戊酸和己酸等SCFAs；LH显著恢复丙酸和异己酸，ASA显著提高异己酸，BA仅显著上调己酸；异己酸为LH和ASA显著恢复的关键SCFA。结论为不同干预对SCFA谱影响不同，LH在恢复SCFA代谢方面优于BA。
BA and LH regulate the intestinal flora（BA和LH调节肠道菌群）：PCoA和ANOSIM显示组间菌群结构显著分离；DSS降低Chao和Shannon指数，LH、ASA和BA恢复丰富度，ASA最接近对照；网络分析显示以g_Lactobacillus、g_norank_f_Muribaculaceae和g_Faecalibaculum为核心的交互结构受g_Escherichia-Shigella拮抗；LEfSe显示对照组富集Muribaculaceae、Bacteroidota和Saccharimonadaceae，DSS组富集Escherichia-Shigella和Proteobacteria，LH富集Akkermansia和Verrucomicrobiota，ASA富集Bacteroides和Lachnospiraceae，BA富集Lactobacillus；DSS降低肠道微生物健康指数（gut microbiome health index，GMHI），三种干预均提高GMHI但P=0.08。结论为BA与LH通过不同菌群重塑策略发挥作用。
BA and LH affect the fecal microbial metabolism in mice with DSS-induced colitis（BA和LH影响DSS诱导结肠炎小鼠粪便微生物代谢）：PLS-DA显示Control与DSS分离，LH形成独立聚类，BA与ASA部分重叠DSS但偏离模型；BA与LH比较鉴定710个上调、434个下调代谢物；VIP分析显示5-chloro-2′-deoxyuridine在BA上调，propafenone和salsolinol 1-carboxylate在BA下调；京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）分析显示DSS扰乱色氨酸、泛酸和CoA及鞘脂代谢，ASA调节α-亚麻酸和花生四烯酸等脂代谢，LH调节色氨酸、精氨酸和脯氨酸等氨基酸代谢，BA富集异黄酮生物合成并调节生物碱和鞘脂等通路；BA与LH差异显示BA富集植物次生代谢物生物合成及色氨酸、D-氨基酸、类固醇激素、蛋白消化吸收和核苷酸代谢。结论为BA通过“菌群-植物化合物”协同，LH更依赖“菌群-宿主”共代谢。
Correlation analysis of metabolites and microbial composition（代谢物与微生物组成的相关性分析）：RDA显示前两轴解释44.4%的总变异，DSS组与SCFA向量角度较大，微生物-SCFA相关性减弱；LH与丁酸、戊酸和乙酸向量强对齐，ASA与乙酸和异己酸相关，BA形成独立聚类；Spearman热图显示Candidatus_Saccharimonas、Bifidobacterium、Akkermansia、norank_f__norank_o__Clostridia_UCG-014、Eubacterium_fissicatena_group和Rikenellaceae_RC9_gut_group与多种SCFA正相关，Lactobacillus、Escherichia-Shigella、Enterococcus、Dubosiella、Alistipes和Romboutsia与SCFA负相关。结论为菌群对SCFA网络的功能贡献具有上下文依赖性，仅凭分类丰度不能替代代谢输出评估。
讨论部分总结：讨论指出，BA和LH均通过抑制NF-κB通路和重塑肠道菌群缓解结肠炎，但策略不同。BA呈“益生菌强化”特征，富集Lactobacillus、Eubacterium_fissicatena_group、Faecalibaculum和Romboutsia，其中Lactobacillus可产乳酸降低肠道pH，间接抑制病原菌并促进SCFA产生菌；LH呈“黏膜修复和生态位优化”特征，富集Akkermansia和产丁酸Clostridia_UCG-014，增强屏障功能和免疫耐受。SCFA相关分析支持LH与丙酸、丁酸等主要SCFA关联更强。代谢组显示BA上调异黄酮、苯丙素和生物碱等植物次生代谢物生物合成，LH主要调节色氨酸和精氨酸等氨基酸代谢。相关网络显示Bifidobacterium和Akkermansia与SCFA正相关，Lactobacillus与SCFA负相关，提示其功能具有环境依赖性，可能涉及炎症环境下的过生长或碳流偏向乳酸而非SCFA。局限性包括仅分析粪便菌群，未分析黏膜黏附和肠系膜淋巴结菌群；未充分表征全身炎症介质。
研究结论翻译：综上，研究结果表明BA和LH均为改善实验性结肠炎的潜在干预措施。二者共享抑制NF-κB通路和重塑肠道菌群的核心机制，但实施策略不同。BA采取“益生菌强化”策略，可能通过其固有植物活性成分与特定益生菌（如Lactobacillus）协同发挥较强抗炎作用。LH采取“生态恢复”策略，通过滋养屏障功能相关细菌如Akkermansia恢复微生物多样性和SCFA产生，从而改善肠道健康。这些发现不仅为BA和LH作为辅助治疗UC的功能食品或膳食补充剂提供了科学证据，也提示个性化营养干预的潜力。例如，BA可能对炎症反应严重患者更有优势，而LH可能对肠道屏障受损和显著菌群失调患者更优。
