Blautia wexlerae 通过肠道菌群代谢重塑改善溃疡性结肠炎

《Cell Reports》：Blautia wexlerae ameliorates ulcerative colitis via metabolic remodeling of the gut microbiota

　　

本研究旨在探索溃疡性结肠炎（UC）的调节策略并阐明其潜在机制。与健康志愿者相比，UC患者肠道中的Blautia丰度和丁酸浓度显著降低。补充B. wexlerae HGD16在缓解UC方面表现出优于其他Blautia物种的治疗效果。在机制上，HGD16通过吲哚-3-丁酸（IBA）-巨噬细胞-GPR40轴抑制NF-κB信号通路，从而改善肠道免疫。此外，HGD16和IBA干预增加了Faecalibacterium butyricigenerans的丰度，后者促进丁酸盐产生并增强屏障功能。临床队列研究证实，健康志愿者中IBA含量、B. wexlerae丰度和结肠GPR40浓度显著高于UC患者，并且与UC显著负相关。这些发现有助于B. wexlerae的临床试验以及UC膳食产品的理论研究和开发。

研究人员在《Cell Reports》发表论文，题为“Blautia wexlerae ameliorates ulcerative colitis via metabolic remodeling of the gut microbiota”，系统研究了B. wexlerae缓解溃疡性结肠炎（UC）的机制。炎症性肠病（IBD）是一类慢性复发性疾病，包括克罗恩病（CD）和UC，其临床表现包括腹痛、腹泻、直肠出血和体重减轻，严重影响患者生活质量。现有治疗药物如5-氨基水杨酸、糖皮质激素、生物制剂和免疫抑制剂虽可快速抑制炎症，但可能引起耐药性及肝、肾等器官损伤；粪菌移植（FMT）等疗法安全性尚存争议。因此，寻找低毒副作用的防治策略是当前研究热点。肠道有益菌可通过产生抗菌素、竞争黏附位点、生成活性代谢产物、改善肠道屏障和调节肠道免疫等途径缓解肠道炎症。Blautia属具有抗炎、维持肠道稳态等特性，但其缓解结肠炎的关键代谢物、受体和信号通路尚未阐明，肠道菌群在其间的作用也不清楚，这阻碍了Blautia膳食补充剂的开发与临床转化。基于此，研究人员从临床差异分析中筛选出具有缓解结肠炎作用的B. wexlerae，并从代谢物、免疫细胞、受体、信号通路和关键微生物等方面解析其机制。

为开展研究，研究人员首先建立了由32名UC患者和32名健康志愿者组成的临床队列（来自南京医科大学附属无锡第二人民医院），分析肠道菌群和病理指标的差异；从武汉市健康志愿者粪便中分离出B. wexlerae HGD16、Blautia faecis HGD18和Blautia obeum HGD22。利用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导小鼠结肠炎模型，评价菌株和代谢物干预效果；采用16S rRNA基因测序、鸟枪法宏基因组测序、转录组测序和非靶向代谢组学分析肠道菌群和代谢物变化；通过免疫组化、免疫荧光、ELISA、蛋白质印迹、流式细胞术和透射电镜检测屏障功能与免疫指标；使用巨噬细胞清除剂氯膦酸盐脂质体（CL）、GPR40抑制剂GW1100、细胞色素P450抑制剂HY-B1311及巨噬细胞特异性GPR40基因敲除小鼠（GPR40flox/flox/LysMCre+/+）验证关键细胞、受体和代谢物的因果关系；利用伪无菌小鼠和FMT证实肠道菌群的功能。

研究结果部分，第一，“健康志愿者与UC患者病理指标和肠道菌群差异分析”：临床队列显示，UC患者粪便丁酸浓度显著降低，肠道中Bifidobacterium、Lactobacillus、Blautia和Faecalibaculum丰度下降；Blautia与IBDQ评分、IL-10、IgA、IgE、Bifidobacterium和丁酸显著正相关，与Mayo评分、ESR和IL-1β显著负相关，提示Blautia可能改善结肠炎。第二，“Blautia对结肠炎小鼠的影响”：在三种Blautia分离株中，仅B. wexlerae HGD16干预显著降低疾病活动指数（DAI），增加体重和结肠长度，改善组织学损伤，增加MUC2分泌和杯状细胞数量，提高紧密连接蛋白ZO-1和Occludin水平，抑制结肠上皮细胞凋亡，并调节肠道菌群失衡。第三，“Blautia缓解结肠炎的关键物质分析”：代谢组学显示HGD16显著恢复了DSS降低的吲哚-3-丁酸（IBA）水平；使用细胞色素P450抑制剂HY-B1311抑制细菌合成IBA后，HGD16的缓解效应几乎消失，表明IBA是HGD16缓解结肠炎的关键物质基础。第四，“Blautia缓解结肠炎的关键免疫细胞和受体分析”：HGD16干预显著减少促炎巨噬细胞，对中性粒细胞和嗜酸性粒细胞无影响；清除巨噬细胞后HGD16效果消失；GPR40是IBA的潜在受体，HGD16处理显著上调结肠GPR40表达，而GPR40抑制剂GW1100和巨噬细胞特异性GPR40基因敲除均消除了HGD16的缓解作用，证实HGD16通过IBA激活巨噬细胞GPR40发挥作用。第五，“Blautia调节结肠炎小鼠肠道机械屏障的机制”：HGD16或IBA通过IBA-巨噬细胞-GPR40轴显著提高MUC2和紧密连接蛋白水平，抑制上皮细胞凋亡，降低血清FITC-dextran和DAO活性，改善肠道通透性和微绒毛结构。第六，“Blautia调节结肠炎小鼠肠道免疫屏障的机制”：转录组学显示差异基因富集于NF-κB相关通路；HGD16或IBA显著降低p-p65和p-IκB蛋白水平，减少TNF-α和IL-1β，增加IL-10，而基因敲除后这些效应消失，说明HGD16通过该轴抑制NF-κB信号通路。第七，“Blautia介导结肠炎缓解中的关键肠道菌群分析”：伪无菌小鼠和FMT实验证明肠道菌群参与HGD16和IBA的缓解作用；宏基因组分析显示FMT-HGD16和FMT-IBA显著增加Faecalibacterium butyricigenerans丰度，且F. butyricigenerans与结肠长度显著正相关，与DAI和组织学评分显著负相关。第八，“F. butyricigenerans及其代谢物丁酸盐对结肠炎小鼠的影响”：F. butyricigenerans干预显著缓解结肠炎并提高结肠丁酸含量；丁酸盐干预同样显著改善结肠炎，且丁酸与疾病严重程度负相关。第九，“临床队列志愿者中IBA、B. wexlerae和GPR40的差异分析”：UC患者粪便IBA浓度、肠道B. wexlerae丰度和结肠GPR40浓度均显著低于健康志愿者，三者与IBDQ评分显著正相关，与Mayo评分、ESR和CRP显著负相关，且三者之间显著正相关。

讨论部分，研究人员指出，B. wexlerae HGD16缓解结肠炎存在两条并行机制：其一，通过IBA-巨噬细胞-GPR40轴抑制NF-κB信号通路，调节肠道免疫屏障；其二，通过IBA-F. butyricigenerans-丁酸轴增强肠道上皮屏障。HGD16产生IBA是整个调节网络的中心枢纽。研究首次系统阐明了B. wexlerae缓解结肠炎的两种机制，为UC的微生物靶向治疗和功能食品开发提供了理论基础，也推动益生菌进入“精准抗炎”策略领域。研究局限性包括：环境和饮食等混杂因素可能影响结果；仅使用雄性小鼠，结论向雌性小鼠外推受限；B. wexlerae与F. butyricigenerans之间的互作机制尚不明确；未通过基因敲除实验直接证明IBA是B. wexlerae缓解结肠炎的唯一原因；临床意义仍需在UC患者中进一步评估。研究结论可译为：本研究首次系统阐明B. wexlerae HGD16通过IBA-巨噬细胞-GPR40轴抑制NF-κB通路、调节肠道免疫屏障功能，以及通过IBA-F. butyricigenerans-丁酸轴增强肠道上皮屏障完整性，两条途径汇聚于IBA这一中心节点，共同缓解结肠炎；该研究为UC的微生物靶向治疗和功能性食品开发奠定了理论基础。