微生物代谢物介导的植物乳杆菌CECT 8039对早期饮食诱导肥胖中肠内分泌和免疫通路的调节

《Frontiers in Endocrinology》：Microbial metabolite–mediated modulation of enteroendocrine and immune pathways by Lactiplantibacillus pentosus CECT 8039 in early diet-induced obesity

　　

摘要
引言：肠道菌群-肠内分泌轴通过微生物代谢物和饱腹感相关信号参与宿主能量稳态的调节。本研究评估了植物乳杆菌CECT 8039（L. pentosus BB）是否能够调节与早期饮食诱导肥胖相关的微生物发酵、肠内分泌反应以及代谢和免疫参数。
方法：采用动态多隔室结肠发酵模型评估益生菌处理后可培养微生物群和短链脂肪酸（SCFA）浓度的变化。随后将发酵样本用于STC-1肠内分泌细胞和Caco-2/THP-1共培养模型。同时，研究人员在高脂饮食（HFD）喂养28天的小鼠中评估了L. pentosus BB的代谢和免疫调节作用。
结果：益生菌处理选择性调节了可培养微生物群，在三个模拟结肠隔室中增加了乳酸菌并减少了梭菌属（Clostridium spp.），而其他菌群表现出区域依赖性变化。三个隔室中乙酸、丙酸和丁酸浓度均升高；在升结肠中，相对于稳定期末分别增加2.53倍、7.34倍和5.08倍。益生菌处理后的发酵样本增加了GLP-1释放，在横结肠条件下达到统计学显著性，而Pyy mRNA表达在升结肠和降结肠条件下显著增加，Cck表达在三个隔室中均显著增加。在体内实验中，HFD喂养小鼠的体重增加为34.9 ± 5.5%，而益生菌补充组与HFD对照组相比，相对体重增加降低13.2 ± 4.7%。在HFD喂养小鼠中，益生菌补充使循环抵抗素降低25.8 ± 9.4%，瘦素降低85.5 ± 20.1%，而脂联素的变化无统计学显著性。免疫反应具有异质性，取决于实验背景。
讨论：L. pentosus BB与结肠SCFA浓度升高、肠内分泌反应增强以及HFD相关代谢改变的部分缓解相关。这些发现支持益生菌调节的微生物发酵与宿主内分泌和代谢反应之间存在功能关联，但SCFA介导的直接因果关系仍有待证实。

论文解读：微生物代谢物介导的植物乳杆菌CECT 8039对早期饮食诱导肥胖中肠内分泌和免疫通路的调节

一、研究背景与问题

肥胖是一种以过度脂肪堆积为特征的复杂代谢性疾病，与胰岛素抵抗、血脂异常、2型糖尿病及慢性低度炎症风险升高密切相关。能量摄入受神经激素网络紧密调控，肠道内分泌细胞响应腔内营养物质分泌胰高血糖素样肽-1（GLP-1）、肽YY（PYY）和胆囊收缩素（CCK）等激素，进而调节胃排空、胰岛素分泌和中枢食欲回路。肥胖状态下这些激素的分泌或信号传导受损，导致食欲调节紊乱和正能量平衡。近年来，肠道菌群被视为宿主能量代谢和内分泌信号的关键调节因子，菌群失调与肥胖及其代谢并发症相关。微生物来源的代谢物，尤其是短链脂肪酸（SCFA），如乙酸、丙酸和丁酸，已成为菌群-宿主串扰的关键介质，它们通过与肠内分泌和免疫细胞上表达的G蛋白偶联受体FFAR2和FFAR3相互作用，刺激厌食激素分泌并调节糖脂代谢。益生菌作为可调节肠道微生态系统并增强SCFA等生物活性代谢物产生的活微生物，可能通过菌群介导机制影响宿主饱腹感通路和代谢稳态，为预防或缓解营养过剩背景下的早期代谢紊乱提供了有前景的策略。然而，特定益生菌菌株是否通过增强内源性SCFA产生来调节肠内分泌信号并改善早期肥胖相关代谢和炎症参数，仍需实验验证。本研究旨在评估植物乳杆菌CECT 8039（L. pentosus BB）在早期饮食诱导肥胖中对微生物发酵、肠内分泌反应及代谢和免疫参数的影响。

二、主要研究内容与结论

研究人员采用动态多隔室结肠发酵模型结合早期高脂饮食（HFD）小鼠模型，系统评估了L. pentosus BB的调节作用。体外实验利用模拟胃肠道和三个结肠区域的动态发酵系统，分析了益生菌处理对可培养微生物群和SCFA浓度的影响，并将发酵样本应用于STC-1肠内分泌细胞和Caco-2/THP-1共培养模型。体内实验以C57BL/6J小鼠为对象，给予标准饮食或HFD，并每日灌胃益生菌或载体，持续28天。结果显示，益生菌处理选择性调节了可培养微生物群，乳酸菌增加而梭菌属减少，同时所有结肠隔室中乙酸、丙酸和丁酸浓度均升高。发酵样本增强了STC-1细胞的GLP-1释放以及Pyy和Cck mRNA表达。在体内，益生菌补充显著降低了HFD诱导的体重增加，并减少了循环抵抗素和瘦素水平，但对脂联素无显著影响。免疫调节作用呈异质性，取决于实验背景。这些发现表明L. pentosus BB与结肠SCFA浓度升高、肠内分泌反应增强以及HFD相关代谢改变的缓解相关，支持益生菌调节的微生物发酵与宿主内分泌和代谢反应之间的功能关联，但直接因果关系尚待证实。该论文发表在《Frontiers in Endocrinology》。

三、主要关键技术方法

研究采用了以下主要技术方法：动态多隔室结肠发酵系统（ColonSim?平台）模拟胃、小肠及升结肠、横结肠、降结肠的生理条件；粪便接种物来自两名健康成人供体，经9天稳定期后进入14天处理期；可培养微生物群通过选择性培养基进行菌落计数；SCFA采用气相色谱-火焰离子化检测（GC-FID）定量；肠内分泌活性通过STC-1细胞评估GLP-1释放（ELISA）及Pyy和Cck基因表达（RT-qPCR）；免疫调节活性采用Caco-2/THP-1共培养模型，检测IL6和PTGS2（COX-2）表达；体内实验采用C57BL/6J小鼠（雄性，8周龄），随机分为标准饮食对照组、HFD组、标准饮食+益生菌组、HFD+益生菌组，每组6只，通过口服灌胃给予1×10⁹ CFU/天的益生菌，持续28天；血浆瘦素、抵抗素和脂联素通过ELISA检测；脾细胞分离后经LPS刺激，检测Tnf和Nfkb1 mRNA表达。

四、研究结果

3.1 益生菌处理选择性调节可培养微生物群：通过选择性培养计数，在升结肠、横结肠和降结肠三个隔室中，乳酸菌数量均增加，梭菌属数量均减少，总厌氧菌保持稳定或增加，双歧杆菌属轻度减少，肠杆菌科呈区域依赖性变化。

3.2 SCFA浓度在益生菌处理阶段升高：所有结肠隔室中乙酸、丙酸和丁酸浓度均高于稳定期末，其中升结肠中丙酸增加7.34倍，丁酸增加5.08倍，乙酸增加2.53倍。

3.3 SCFA产生增加与肠内分泌标志物上调相关：发酵样本处理STC-1细胞后，GLP-1释放增加（横结肠条件显著），Pyy mRNA表达在升结肠和降结肠显著增加，Cck mRNA表达在三个隔室均显著增加。

3.4 益生菌补充减弱高脂饮食诱导的体重增加：HFD组体重增加34.9 ± 5.5%，益生菌+HFD组相对体重增加比HFD对照组低13.2 ± 4.7%（p = 0.0107），而标准饮食下益生菌对体重无显著影响。

3.5 HFD条件下脂肪因子谱的调节：HFD组抵抗素升高41.5 ± 13.0%，瘦素升高14.6 ± 3.2倍；益生菌补充使抵抗素降低25.8 ± 9.4%，瘦素降低85.5 ± 20.1%，脂联素变化无统计学显著性。

3.6 体外和离体免疫调节作用：在Caco-2/THP-1共培养模型中，发酵样本在某些条件下增加了PTGS2和IL6表达，呈现刺激依赖性变化；在脾细胞离体实验中，益生菌补充减弱了HFD诱导的Tnf表达升高，并调节了Nfkb1表达，但LPS刺激后Probiotic + HFD组的Nfkb1表达反而升高，表明免疫调节呈背景依赖性。

五、讨论与结论

研究将动态结肠发酵与早期HFD小鼠模型相结合，发现益生菌处理与SCFA产生增加、肠内分泌反应增强、体重增加及脂肪因子紊乱的部分缓解相关，但存在若干局限性。可培养微生物群的变化与SCFA增加之间的因果关系无法确定，因为发酵液中含复杂代谢物混合物，未单独验证SCFA或FFAR2/FFAR3信号通路的直接介导作用。免疫结果异质，不能简单视为抗炎效应。缺乏宏基因组学分析、肠道通透性、脂肪组织重塑等指标，且样本量小、仅使用雄性小鼠、干预时间短，限制统计稳健性和因果推断。未来需要结合单SCFA干预、FFAR2/FFAR3阻断、代谢组学和微生物组测序，并在人源肠道类器官和临床研究中验证。总体而言，数据表明L. pentosus BB改变了特定可培养微生物群和发酵活性，这些变化与SCFA浓度升高、肠内分泌信号增强及早期HFD相关代谢功能障碍的部分缓解相关联，为益生菌-微生物代谢物-宿主轴参与食欲和能量平衡调节提供了功能关联证据。