Galangin通过肠道菌群来源的Indole-3-lactic acid介导的AHR激活改善Danzhou雏鸡中Salmonella Pullorum诱导的肠炎

《Poultry Science》：Galangin ameliorates Salmonella Pullorum-induced enteritis in Danzhou chicks through gut microbiota–derived indole-3-lactic acid–mediated AHR activation

　　

家禽生产中抗生素的限制使得需要针对Salmonella Pullorum（引起严重肠炎和高雏鸡死亡率的病原体）的天然替代品。研究人员表明，膳食黄酮类化合物Galangin缓解S. Pullorum诱导的肠道损伤并非通过直接抗菌作用，而是通过调节肠道菌群富集色氨酸衍生的Indole-3-lactic acid（ILA）。Galangin恢复了感染雏鸡的生长性能，维持屏障完整性，减少肝脏细菌易位，并抑制炎症。来自Galangin处理供体的粪便微生物移植（Fecal microbiota transplantation, FMT）重现了这些益处，证实了微生物群的依赖性。ILA激活芳香烃受体（Aryl hydrocarbon receptor, AHR），同时抑制NF-κB和HIF-1α通路——这些是S. Pullorum利用的炎症和代谢重编程的关键驱动因子——从而增强黏膜防御并限制细胞内细菌存活。药理学AHR阻断或NF-κB/HIF-1α激活消除了Galangin的效应。总之，这些发现确立Galangin通过ILA–AHR轴作为益生元样（prebiotic-like）剂发挥作用，为可持续家禽生产中的减抗策略提供了基于机制的方案。

研究背景方面，全球禽肉及蛋品生产与消费持续增长，中国家禽产量与蛋产量均居世界前列，而Salmonella enterica serovar Gallinarum biovar Pullorum（S. Pullorum）感染是危害家禽业的严重疾病，雏鸡感染后死亡率可达100%，表现为厌食、虚弱、白色糊状粪便，病原体定植肠道并播散至肝、脾等器官，引发强烈炎症、组织损伤与生长迟缓。历史上抗菌药物是主要干预手段，疫苗因效力有限且保护不一致仅零星使用，现有疫苗难以阻止肠道定植或排菌；全球非治疗用抗生素逐步淘汰背景下，缺乏可靠替代品使禽群易受S. Pullorum暴发影响，造成巨大经济损失，因此亟需开发不依赖传统抗生素的新型、低成本、安全有效的策略来管理S. Pullorum诱导的肠炎与全身感染。肠道菌群在维持宿主全身健康与生理稳态中起关键作用，特定益生菌、生物活性天然产物通过调节肠道菌群代谢成为控制S. Pullorum感染的潜在抗生素替代策略；Galangin是天然黄酮类化合物，具有抗氧化、抗癌、抗菌等生物活性，广泛存在于Alpinia galanga与蜂胶中，已有研究显示其可通过改善肠道菌群预防结肠炎相关肠损伤、酒精性肝损伤与高尿酸血症，但其在抗Salmonella感染尤其是Pullorum病中的应用与机制尚未见报道，其对S. Pullorum诱导肠损伤的缓解机制未知。本研究旨在探究Galangin是否通过调节肠道菌群来源的Indole-3-lactic acid（ILA）缓解雏鸡S. Pullorum诱导的肠损伤，通过体内实验确立Galangin的保护功能，采用粪便微生物移植验证其肠道菌群依赖性机制，并进一步探究ILA发挥保护作用的下游信号通路，包括激活芳香烃受体（AHR）进而抑制NF-κB与HIF-1α信号，从而减少炎症反应与Salmonella侵袭。论文发表于《Poultry Science》。

主要关键技术方法中，研究对象为40只1日龄健康Danzhou雏鸡（雌雄各半，1:1比例），随机分为对照（CON）、S. Pullorum攻毒（SP）、Galangin补充（GAL）、Galangin补充联合攻毒（SG）四组，每组8只；另设粪便微生物移植（FMT）实验，供体为1日龄Danzhou雏鸡（n=10）连续7天口服Galangin（50 mg/kg/天），受体为1日龄Danzhou雏鸡分为CON、SP、FMT单独、SP+FMT（SF）四组（n=8每组）；样本检测包括空肠与回肠H&E染色评估形态、肝脏细菌负荷培养计数、空肠组织实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测细胞因子与信号通路基因、空肠组织转录组测序、空肠组织非靶向代谢组学、空肠组织免疫荧光检测紧密连接蛋白、HD11细胞（鸡巨噬细胞样细胞系）Salmonella感染模型处理与免疫荧光检测胞内菌、蛋白质免疫印迹（Western Blot）检测信号通路蛋白；统计分析采用Shapiro–Wilk检验正态性、Levene检验方差齐性，两组比较用双尾独立Student’s t检验，多组比较用单因素方差分析（one-way ANOVA）结合Tukey事后检验，重复测量体重用混合设计重复测量ANOVA，多重终点用Benjamini–Hochberg假发现率（FDR）校正，P<0.05为显著。

研究结果部分，Galangin Ameliorates S. Pullorum-induced Systemic Pathology and Growth Impairment in Danzhou Chicks：通过监测体重动态、大体病理检查肠道、肝、脾形态与重量指数，发现Galangin单独处理不影响健康雏鸡增重，S. Pullorum攻毒显著抑制增重并导致肠道肿胀、肠壁增厚、肠长缩短、肝肿大充血、脾肿大及肝脾指数升高，而Galangin联合处理（SG组）恢复增重并减轻上述全身病理改变，表明Galangin对健康雏鸡生长无不良影响，并对S. Pullorum感染的系统病理表现具保护作用。

Galangin Preserves Intestinal Barrier Integrity and Attenuates Inflammation during S. Pullorum Infection：通过空肠H&E染色测绒毛长度（Villus length, VL）、隐窝深度（Crypt depth, CD）与绒隐比（V/C）、免疫荧光测紧密连接蛋白Occludin与Claudin-1、肝脏细菌负荷培养、qRT-PCR测空肠细胞因子，发现S. Pullorum感染显著降低VL、升高CD、降低V/C，破坏Occludin与Claudin-1膜定位与表达，增加肝脏细菌负荷，上调促炎细胞因子IL-1β、IL-6、IFN-γ并下调免疫调节因子IL-22、TGF-β；SG组恢复VL与V/C、减轻隐窝增生，增强Occludin与Claudin-1膜连续性表达与平均荧光强度（Mean fluorescence intensity, MFI），降低肝脏CFU，下调促炎因子并上调IL-22、TGF-β，表明Galangin通过维持上皮屏障完整性、限制细菌易位与调节局部免疫缓解S. Pullorum诱导的肠炎。

Galangin Remodels Jejunal Metabolism during S. Pullorum Infection with Concomitant Activation of Tryptophan Metabolism and Enrichment of ILA：通过对SP与SG组空肠组织非靶向代谢组学分析，主成分分析（Principal component analysis, PCA）显示两组代谢谱明显分离，差异代谢物注释显示有机酸与衍生物中色氨酸代谢为显著富集通路，其中菌群来源的色氨酸降解吲哚乳酸分支代谢物Indole-3-lactic acid（ILA）在SG组显著升高（log?倍变化2.7），表明Galangin重塑感染期空肠代谢微环境，尤其调节色氨酸代谢并富集ILA，该代谢偏移可能贡献体内保护作用。

FMT from Galangin-pretreated Donors Alleviates S. Pullorum-induced Intestinal Barrier Disruption and Inflammatory Responses in Chicks：将Galangin处理供体雏鸡粪便微生物移植至感染受体雏鸡，发现SF组较SP组增重改善，肠道病变减轻、肠长部分恢复，肝脾形态接近正常、肝脾指数降低，空肠绒毛结构完整、VL升高与CD变浅，肝脏S. Pullorum CFU减少，Occludin与Claudin-1膜定位保留、MFI升高，促炎因子IFN-γ、IL-6、IL-1β下调而TGF-β、IL-22上调；FMT单独组与CON组生长与病理无差异，表明Galangin塑造的菌群移植可通过维持肠道结构、增强上皮屏障、减轻全身炎症与调节黏膜免疫稳态抵御S. Pullorum感染，证实Galangin效应具菌群依赖性。

Integrated Transcriptomic and Metabolomic Analysis Reveals Activation of the AHR Signaling Pathway in Galangin-treated Chickens：对SP与SG组空肠转录组分析发现1027个差异表达基因（Differentially expressed genes, DEGs），591上调、436下调，KEGG富集涉及花生四烯酸代谢、PPAR信号、异源生物转化等，GO富集涉及类固醇结合、脂质代谢过程、化学刺激细胞响应；整合转录组与代谢组学，Pearson相关分析显示mRNA与代谢物共变异，九象限分析显示协同方向变化基因-代谢物对显著富集色氨酸代谢；qRT-PCR显示SG组空肠AHR及其经典下游CYP1A2、CYP1B1上调，HIF-1α与NF-κB下调，表明Galangin可能通过增强色氨酸代谢间接促进AHR信号激活，同时抑制HIF-1α与NF-κB介导的炎症与代谢扰动。

ILA Protects Against S. Infection by Activating AHR and Down-Regulating Inflammatory and Metabolic Stress Pathways：在HD11细胞S. Pullorum感染模型中，CCK-8确认ILA≤500 μM无细胞毒性，500 μM最适；ILA处理上调AHR、CYP1A2、CYP1B1 mRNA，下调HIF-1α、NF-κB mRNA，降低胞内S. Pullorum负荷，Western Blot显示ILA抑制p65磷酸化（p-p65）且不改变总p65，降低HIF-1α蛋白，下调IL-1β、IL-6、TNF-α并上调IL-22、TGF-β；共处理AHR拮抗剂CH-223191完全废除上述效应，表明ILA通过AHR依赖方式激活AHR，抑制NF-κB炎症与HIF-1α代谢应激，增强胞内菌清除与免疫稳态。

AHR-driven Repression of NF-κB and HIF-1α Underlies ILA-Induced Bacterial Clearance and Immune Homeostasis：在HD11细胞中，ILA抑制NF-κB及其靶标TNF-α，NF-κB抑制剂BAY11-7085模拟该效应，激动剂PMA逆转；ILA抑制HIF-1α及其糖酵解靶标LDHA、PKM2，HIF-1α抑制剂PX-478模拟该效应，激动剂ML-228逆转；Western Blot显示ILA降低p-p65与HIF-1α蛋白，激动剂逆转、抑制剂模拟；免疫荧光显示ILA减少胞内菌，抑制剂模拟、激动剂废除；细胞因子检测显示抑制剂增强ILA抗炎效应、激动剂逆转；表明ILA通过AHR依赖抑制NF-κB与HIF-1α，共同减弱过度炎症与糖酵解重编程，增强宿主防御。

讨论部分总结，本研究显示Galangin对雏鸡S. Pullorum感染具显著保护效应，关联于重塑肠道菌群、富集色氨酸代谢与升高ILA；体外证实ILA激活AHR通路，抑制NF-κB驱动炎症与HIF-1α介导代谢应激；Galangin维持空肠黏膜稳态，逆转绒毛萎缩与隐窝增生，恢复Occludin与Claudin-1顶端分布，上调IL-22与TGF-β、抑制IL-1β与IL-6，首次将Galangin屏障保护效应关联于特定微生物代谢物ILA与后续AHR/IL-22轴；鉴定ILA为Galangin保护效应核心微生物代谢物，代谢组显示Galangin特异性富集色氨酸代谢与升高ILA，ILA仅由菌群从膳食色氨酸产生，外源ILA复现Galangin保护且被AHR拮抗剂废除，确立Galangin促进菌群产ILA激活AHR的保护模型，Galangin具益生元样调节功能，但产ILA特定菌群未鉴定，需宏基因组等进一步验证；ILA–AHR轴同时靶向NF-κB与HIF-1α，AHR激活抑制p65磷酸化减轻炎症风暴，下调HIF-1α阻断S. Pullorum利用的伪缺氧态有氧糖酵解（Warburg效应）代谢支持，解释HD11细胞中胞内菌负荷降低，该协调靶向为高效防御策略；体外机制在HD11细胞完成，未完全模拟完整肠上皮微环境（含肠上皮细胞、杯状细胞等），需原代肠上皮、类器官或条件敲除进一步确认；Galangin为天然黄酮，非杀菌模式（减耐药选择压）、通过屏障强化与免疫稳态增强宿主韧性，契合绿色家禽养殖，但需解决口服灌胃规模化不适用（开发微囊或纳米递送）、不同品种年龄与管理体系效度、产ILA菌株分离等，未来需评估长期安全性、药代与生产性影响以转化。

结论部分翻译：总之，本研究阐明了Galangin有效缓解雏鸡S. Pullorum诱导的肠炎与全身炎症的肠道菌群–代谢物–宿主信号轴。Galangin调节肠道微生物代谢，从而提高管腔与组织中微生物代谢物Indole-3-lactic acid（ILA）的水平。ILA激活肠道与免疫细胞中的芳香烃受体（Aryl hydrocarbon receptor, AHR），导致NF-κB–与HIF-1α–介导的促炎反应与糖酵解重编程受抑制。因此，Galangin维持肠道屏障完整性，减轻黏膜炎症，并限制Salmonella在宿主内的细菌易位。接受Galangin处理供体粪便微生物移植的受体雏鸡完全重现了保护表型，提供了Galangin效应具微生物群依赖性的因果证据。因此，研究者得出结论，Galangin代表一种有前景的抗生素替代品，通过ILA–AHR轴利用宿主–微生物串扰来对抗家禽肠道细菌感染。虽然核心机制已确立，但进一步研究可探索转化潜力并鉴定特定的产ILA细菌菌株。