《Fermentation》：Administering Lactobacillus helveticus H9 Alleviates Dextran Sodium Sulfate-Induced Colitis in Rats
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炎症性肠病（Inflammatory bowel disease, IBD）是一种慢性非特异性肠道炎症性疾病，常规治疗难以维持长期疾病缓解，因此亟需探索新的治疗策略。本研究评估了瑞士乳杆菌（Lactobacillus, L.）helveticus H9对葡聚糖
炎症性肠病（Inflammatory bowel disease, IBD）是一种慢性非特异性肠道炎症性疾病，常规治疗难以维持长期疾病缓解，因此亟需探索新的治疗策略。本研究评估了瑞士乳杆菌（Lactobacillus, L.）helveticus H9对葡聚糖硫酸钠（dextran sodium sulfate, DSS）诱导的结肠炎大鼠的缓解作用。研究人员发现，给予L. helveticus H9可显著降低结肠炎大鼠的疾病活动指数（disease activity index, DAI）评分（p ≤ 0.05）、脾脏重量（p ≤ 0.05）及结肠组织损伤，同时提高体重增长率。与DSS组相比，接受L. helveticus H9的大鼠血清肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）水平降低（p ≤ 0.05），白细胞介素-1β（interleukin-1β, IL-1β）水平亦显著下降（p < 0.01），肠道菌群多样性升高，且 Senegalense 型别杆菌（Alistipes senegalensis）（p ≤ 0.05）和狄氏副拟杆菌（Parabacteroides distasonis）（p < 0.01）丰度显著增加。在代谢组学层面，益生菌组与DSS组之间共鉴定出65个显著差异代谢物（VIP > 1, p < 0.05, 差异倍数 > 2 或 <0.5）。益生菌组粪便代谢组中富集了多条显著代谢通路，包括鞘脂代谢、亚油酸代谢、α-亚麻酸代谢、花生四烯酸代谢、甘油磷脂代谢、嘧啶代谢、色氨酸代谢、脂肪酸生物合成及类固醇激素生物合成通路，其中卵磷脂是连接多条富集通路的重要差异代谢物。综上所述，给予L. helveticus H9可调节肠道菌群、代谢组及宿主免疫应答，这可能与结肠炎大鼠症状缓解相关。该研究为益生菌在慢性结肠炎管理中的应用提供了有价值的数据。
论文解读：瑞士乳杆菌H9缓解DSS诱导大鼠结肠炎的作用及机制研究
一、研究背景与意义
炎症性肠病（Inflammatory bowel disease, IBD）是一种由非特异性免疫介导的慢性、复发性胃肠道炎症性疾病，主要包括克罗恩病（Crohn's disease, CD）和溃疡性结肠炎（ulcerative colitis, UC）两种类型。IBD的临床表现为腹痛、腹泻、体重下降和呕吐，粪便常伴有血液和黏液，严重影响患者生活质量。自20世纪90年代以来，IBD在西方发达国家发病率居高不下，每10万人中约有40–50例。进入21世纪后，随着城市化、工业化进程加快及人口密度增加，亚洲、非洲和中东等新兴工业国家的IBD发病率持续上升。目前中国已成为亚洲发病率最高的国家之一，预计到2050年，中国的年龄标准化发病率和患病率将分别增至每10万人1.69例和11.50例。IBD的快速流行给公共卫生带来巨大压力，其防治已成为重大挑战。
IBD的病因尚不完全清楚，近年研究表明个体遗传易感性、外部环境、肠道黏膜屏障、肠道菌群及免疫应答等多种因素与IBD的发生发展密切相关。目前IBD的临床管理多采用生物制剂，如美沙拉嗪、泼尼松和英夫利昔单抗等，但这些药物存在显著副作用，且相当比例的患者对其无应答。因此，迫切需要寻找安全有效、副作用低、针对疾病驱动机制的治疗策略，如维持肠道菌群稳态和患者免疫平衡的有效方法。
益生菌被定义为当摄入足够剂量时对宿主产生有益作用的活微生物。利用益生菌改善包括IBD在内的胃肠道疾病是当前研究热点。多项研究发现益生菌缓解IBD主要有三种作用机制：调节肠道菌群平衡、减轻肠黏膜炎症、增强肠道屏障功能。瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus）H9（GenBank: CP002427）是一株分离自西藏地区酸马奶的益生菌，具有良好的胃肠道液体耐受性和血管紧张素转换酶抑制活性。该菌株遗传背景清晰，遗传物质已完成全基因组测序和定位。本研究利用葡聚糖硫酸钠（dextran sodium sulfate, DSS）诱导大鼠IBD模型，从表观指标、肠道菌群、细胞免疫因子和粪便代谢物等角度探讨L. helveticus H9对结肠炎大鼠的影响，揭示其缓解IBD的机制。
二、主要技术方法
本研究经内蒙古农业大学伦理委员会批准（批准号NND2022099，2022年8月12日），选用24只SPF级雄性Wistar大鼠（购自北京维通利华实验动物技术有限公司），随机分为三组（每组8只）：正常对照组（CTRL）、DSS诱导组（DSS）和L. helveticus H9干预组（H9）。DSS和H9组大鼠连续7天饮用含3%（w/w）DSS的水以建立IBD模型，随后14天CTRL和DSS组灌胃0.9%生理盐水，H9组灌胃L. helveticus H9（每只大鼠每天3 × 1010 CFU悬于2 mL生理盐水）。研究采用疾病活动指数（DAI）评估结肠炎严重程度；苏木精-伊红（HE）染色进行组织病理学分析；ELISA试剂盒检测血清细胞因子水平；超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF）联用技术进行粪便代谢组学分析；基于Illumina NovaSeq平台的宏基因组测序（PE150）结合HUMAnN 2.0和MetaPhlAn 2.0进行肠道菌群分类学分析。
三、研究结果
3.1 L. helveticus H9缓解大鼠结肠炎症状
在3% DSS处理期间，三组大鼠体重均不同程度持续增长，但DSS和H9组大鼠体重增长率低于CTRL组。第7天时，DSS组和H9组大鼠体重显著低于正常组（p < 0.01和p < 0.05），并伴有严重腹泻和血便。益生菌干预明显逆转了体重下降，第14天和第21天时益生菌组结肠炎大鼠体重显著高于DSS组（p < 0.05）。试验结束时，益生菌组出血程度较轻，DAI评分和脾脏重量均显著低于DSS组（p < 0.05）。
3.2 L. helveticus H9改善结肠炎大鼠肠黏膜损伤
HE染色结果显示，CTRL组结肠组织黏膜层肠上皮结构完整，上皮细胞形态结构正常，固有层肠腺丰富，无明显炎性细胞浸润。DSS组大鼠结肠组织上皮细胞脱落，固有层肠腺数量减少，伴有炎性细胞浸润。经L. helveticus H9干预14天后，上述病理损伤均得到改善，杯状细胞数量增加，炎性细胞浸润面积减少。组织学评分与组织病理学结果一致（p < 0.05），表明益生菌给药可减轻结肠炎大鼠的组织损伤。
3.3 L. helveticus H9降低结肠炎大鼠血清促炎细胞因子水平
第21天血清细胞因子检测结果显示，DSS组血清IL-1β和TNF-α水平显著高于CTRL组，而IL-10水平显著低于CTRL组。与DSS组相比，L. helveticus H9可显著降低血清IL-1β和TNF-α水平（IL-1β：CTRL组82.31 ± 18.01 pg/mL，DSS组139.22 ± 29.40 pg/mL，H9组81.71 ± 16.07 pg/mL，DSS vs. CTRL，p < 0.01；DSS vs. H9，p < 0.01；TNF-α：CTRL组193.98 ± 26.74 pg/mL，DSS组275.03 ± 59.12 pg/mL，H9组205.78 ± 26.45 pg/mL，DSS vs. CTRL，p < 0.05；DSS vs. H9，p < 0.05）。IL-10水平在DSS与H9组间无显著差异（p > 0.05），IL-6在三组间均无显著差异。
3.4 L. helveticus H9调节结肠炎大鼠肠道菌群组成
Shannon指数反映单个样本内微生物多样性，三组间无显著差异，但DSS组较CTRL组非显著性降低，益生菌摄入可部分逆转该趋势。基于Bray–Curtis距离的主坐标分析（PCoA）显示，DSS组与CTRL组肠道菌群存在显著差异（R2 = 0.257, p = 0.001），而H9组与DSS组间无显著差异（R2 = 0.109, p = 0.101）。肠道菌群主要由拟杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobia）四个门组成。DSS诱导导致肠道菌群紊乱，与CTRL组相比，DSS组拟杆菌门显著增加（p < 0.01），厚壁菌门显著减少（p < 0.05）。相比之下，L. helveticus H9补充显著增加厚壁菌门（p < 0.01）但降低拟杆菌门（p < 0.05）。物种水平进一步筛选鉴定出DSS与H9组间的两个差异物种，即Alistipes senegalensis（p < 0.05）和Parabacteroides distasonis（p < 0.01），两者在H9组中均显著富集。
3.5 L. helveticus H9对结肠炎大鼠粪便代谢物的影响
主成分分析（PCA）图中质控（QC）样本聚集紧密，表明分析期间仪器和色谱条件稳定。基于DSS和H9组粪便代谢组数据的正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）显示两组间存在显著差异。以p < 0.05、差异倍数 > 2或<0.5为筛选标准，共发现266个差异代谢物，其中上调161个、下调105个。进一步施加VIP > 1条件后，筛选出65个显著差异代谢物。相对丰度热图显示，卵磷脂代谢物在DSS组中显著降低，在H9组中显著升高。基于这些代谢物的通路分析共获得9条显著差异通路，包括鞘脂代谢、亚油酸代谢、α-亚麻酸代谢、花生四烯酸代谢、甘油磷脂代谢、嘧啶代谢、色氨酸代谢、脂肪酸生物合成和类固醇激素生物合成。
四、讨论与结论
讨论部分指出，DSS是一种对肠上皮细胞具有直接毒性作用的水溶性硫酸多糖，可破坏肠道屏障完整性，因其操作简便、造模成功率高而被广泛用于诱导结肠炎模型。本研究中DSS组大鼠体重在造模期间持续增长，可能与活动减少导致能量摄入大于消耗有关。DAI综合评分可全面评估结肠炎大鼠健康状况，L. helveticus H9给药可提高体重增长率、改善稀便和血便症状并显著降低DAI评分。细胞因子在结肠炎发展中发挥关键作用，TNF-α参与肠道炎症调节，IL-1β刺激中性粒细胞释放炎症蛋白和炎症介质，本研究证实L. helveticus H9可显著降低血清TNF-α和IL-1β水平。肠道菌群失调在IBD中常见，L. helveticus H9干预提高了厚壁菌门与拟杆菌门（F/B）比值，有效逆转DSS诱导的菌群失调。Alistipes属细菌可通过短链脂肪酸产生直接和间接的抗炎特性，Alistipes senegalensis在IBD模型和CD患者中显著降低，被认为是抗结肠炎的 protective 菌株。Parabacteroides distasonis可抑制Th17细胞分化并减少炎症因子产生，口服该菌可显著降低DSS诱导结肠炎小鼠的肠道炎症严重程度。代谢组学层面，卵磷脂是结肠黏液的重要保护成分，占肠黏液层总磷脂的70%以上，其水平降低会削弱肠道黏液的疏水屏障功能，导致结肠细菌穿越肠道黏液屏障引发肠道炎症和溃疡。本研究发现L. helveticus H9给药可显著增加粪便中卵磷脂含量，这可能是其对抗结肠炎相关组织损伤的保护机制之一。
研究结论：本研究证明L. helveticus H9可通过减轻肠道炎症、调节细胞因子谱、调控肠道菌群及其代谢物来缓解DSS诱导的大鼠溃疡性结肠炎。这些发现支持开发以微生物组为靶点的IBD防治策略。未来研究应采用粪便菌群移植和代谢物补充以建立因果关系，聚焦菌群–代谢物–炎症轴，阐明L. helveticus H9改善IBD的分子机制。此外，这些发现基于相对较小的动物研究，仍需更大规模研究及最终的人体试验来验证这些效果，以推动研究成果向临床应用转化。
