《Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis》：Metabolomic Signatures Associated with Probiotic Use in Atopic Dermatitis: An Exploratory Study
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特应性皮炎（atopic dermatitis, AD）是一种慢性、复发性炎症性皮肤病，以剧烈瘙痒为主要特征，其发病机制涉及遗传易感性、环境暴露与免疫失调之间复杂的相互作用。近年来，肠道-皮肤轴（gut–skin axis）的概念受到广泛关注，益生菌作为肠道微
特应性皮炎（atopic dermatitis, AD）是一种慢性、复发性炎症性皮肤病，以剧烈瘙痒为主要特征，其发病机制涉及遗传易感性、环境暴露与免疫失调之间复杂的相互作用。近年来，肠道-皮肤轴（gut–skin axis）的概念受到广泛关注，益生菌作为肠道微生态的关键调节因子，可能通过影响肠道菌群组成及产生生物活性代谢物而对皮肤生理产生间接但重要的影响。然而，目前利用代谢组学方法探究益生菌干预对AD患者系统性代谢影响的研究仍相对有限。本探索性研究采用基于气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS）的代谢组学工作流程，对来自意大利那不勒斯AOU Vanvitelli皮肤病诊所的26例AD患者（根据Hanifin和Rajka标准诊断，并按EASI和SCORAD指数分层为轻度和中重度）的外周血血清样本进行分析，其中11例中重度AD患者接受了为期90天的多菌种益生菌制剂（含约45×101? CFU的嗜热链球菌、短双歧杆菌、长双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、副干酪乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种）干预，最终5例完成随访并提供治疗后的血清样本。研究人员在基线和干预后采用GC-MS检测血清代谢组，同时使用ELISA试剂盒测定IL-1β、IL-4、IL-6、IL-8和IL-10水平，并将代谢组数据与临床参数及细胞因子测量结果进行整合。结果显示，益生菌干预后，中重度AD患者的SCORAD和EASI评分显著下降，血清促炎细胞因子IL-1β、IL-6、IL-8水平显著降低，而IL-4和IL-10无显著变化。多元统计分析（主成分分析PCA和偏最小二乘判别分析PLS-DA）显示，益生菌治疗前后血清代谢谱呈现清晰且统计学显著的分离（PERMANOVA，Pseudo-F = 13.13, p = 0.001）。单变量分析确定了28种符合p < 0.05且FC > 2.0或FC < 0.5的差异代谢物，其中25种经Benjamini–Hochberg错误发现率（FDR）校正后仍具有显著性（q < 0.05）。治疗后血清2,3-丁二醇显著升高，而尿素、鸟氨酸、胆固醇及长链脂肪酸（肉豆蔻酸、棕榈酸、油酸）显著降低。这些代谢变化提示益生菌可能通过调节肠道微生物活性、改善氮代谢、减轻氧化应激和调节脂质代谢，与临床改善相关联，支持益生菌作为AD辅助治疗策略的潜力。该研究将代谢组学数据与临床参数及细胞因子测量相结合，为探索AD患者对益生菌干预的宿主代谢反应提供了多维框架，并凸显了益生菌诱导的代谢变化与临床改善状态之间的功能联系。
# 益生菌干预特应性皮炎血清代谢组学特征的研究解读
## 一、研究背景与目的
特应性皮炎（atopic dermatitis, AD）是一种以剧烈瘙痒为特征的慢性复发性炎症性皮肤病，其发病机制涉及遗传易感、环境暴露和免疫失调的多因素相互作用。尽管局部和系统治疗不断进步，AD的长期管理仍面临挑战。近年来，肠道-皮肤轴（gut–skin axis）概念受到关注，该框架描述了肠道微生物、免疫调节与皮肤稳态之间的双向交互作用。肠道菌群组成改变被认为与免疫失衡和系统性炎症相关，可能促进AD等炎症性皮肤病的发展和持续。益生菌作为活的微生物，当摄入足够剂量时可赋予宿主健康益处，已被证实能够恢复和稳定肠道微生态系统，进而支持胃肠和全身健康。此外，益生菌可产生包括抗微生物肽和短链脂肪酸在内的多种生物活性代谢物，有助于维持皮肤稳态。然而，关于特定食物、补充剂和生物活性化合物对AD预防的潜在贡献目前仅得到部分探索。代谢组学作为解读人体对饮食干预反应的有力工具，能够通过生化谱变化与相应生理改变的关联来揭示干预机制。目前皮肤科领域应用代谢组学的研究相对较少，而AD患者与健康人相比在血清、尿液、汗液、皮肤和粪便中均表现出显著的代谢改变，且代谢谱在治疗过程中可能波动。因此，本研究旨在利用气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS）代谢组学平台，全面追踪AD患者益生菌治疗前后的血清代谢变化，并整合细胞因子谱，探索代谢改变与炎症发病机制的交叉点，为益生菌治疗机制提供初步见解。
## 二、研究设计与技术方法
研究人员从意大利那不勒斯AOU Vanvitelli皮肤病诊所招募26例AD患者，入组时间2024年9月至2025年1月，依据Hanifin和Rajka标准诊断，并按湿疹面积和严重程度指数（Eczema Area and Severity Index, EASI）及特应性皮炎评分指数（Scoring Atopic Dermatitis, SCORAD）进行严重程度分层，分为轻度（n=15）和中重度（n=11）两组。排除标准包括妊娠或哺乳期、合并其他皮肤病、慢性严重系统性疾病、近3个月使用系统糖皮质激素、甲氨蝶呤、环孢素或抗肿瘤药物、近2周使用抗生素等。11例中重度患者接受90天多菌种益生菌制剂（含约45×101? CFU的嗜热链球菌、短双歧杆菌、长双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、副干酪乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种）干预，6例因随访丢失未能完成，最终5例完成全部干预并提供治疗后样本。血清样本于清晨空腹条件下采集，离心后保存于-80°C。血清细胞因子IL-1β、IL-4、IL-6、IL-8和IL-10采用商品化ELISA试剂盒（Elabscience公司）测定。代谢组学分析采用GC-MS平台，样本经异丙醇:乙腈:水单相提取、氮气吹干后，进行甲氧胺盐酸盐肟化和N,O-双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺衍生化，加入内标萘，注入Agilent 6850 GC联用Agilent 5973 Inert MS系统分离检测。原始数据经NIST AMDIS软件解卷积，利用实验室自编MATLAB程序构建相对丰度矩阵，通过与NIST20和Golm代谢组数据库谱图匹配及Kovats保留指数计算鉴定代谢物，共获得62种代谢物。多元统计分析采用无监督主成分分析（PCA）、有监督偏最小二乘判别分析（PLS-DA）及5折交叉验证，组间差异显著性通过基于欧氏距离矩阵的置换多元方差分析（PERMANOVA，999次置换）评估。单变量分析采用Welch不等方差t检验计算p值，组间比值计算倍数变化（FC），并采用Benjamini–Hochberg错误发现率（FDR）程序进行多重检验校正。
## 三、主要研究结果
### 3.1 研究人群临床特征与益生菌治疗临床效果
基线时，轻度与中重度AD患者在SCORAD、EASI、瘙痒、夜间瘙痒和皮肤病生活质量指数（Dermatology Life Quality Index, DLQI）等临床变量上呈现清晰分离，轻度组平均SCORAD为5.93±1.39、EASI为2.33±0.72，中重度组平均SCORAD为26.28±15.05、EASI为12.00±4.22。中重度组中AD家族史（54.5% vs 20.0%）和特应性合并症（36.4% vs 13.3%）比例更高。经90天益生菌干预后，完成治疗的5例中重度患者平均SCORAD降至12.92、EASI降至4.50，DLQI显著下降，同时日间和夜间瘙痒均显著改善（p < 0.05），表明益生菌治疗带来多维度的临床改善。
### 3.2 益生菌对中重度AD患者血清细胞因子水平的影响
AD患者的免疫微环境存在显著失调，促炎细胞因子IL-1β、IL-6和IL-8水平升高会放大局部炎症、募集免疫细胞并导致组织损伤，而IL-4促进Th2偏斜免疫应答，IL-10则为调节性抗炎细胞因子。益生菌治疗后，血清中促炎细胞因子IL-1β、IL-6和IL-8显著下降（p < 0.0001），提示全身炎症活动减弱，而IL-4和IL-10水平无显著变化，表明研究期间益生菌补充对抗炎细胞因子产生影响有限。
### 3.3 AD患者基线与益生菌治疗后的代谢组学特征
基线代谢组学分析显示，轻度和中重度AD患者的血清代谢组无显著差异（PERMANOVA Pseudo-F = 0.0079, p = 0.503），表明尽管临床异质性存在，AD潜在的系统性代谢表型在各严重程度间基本共享。因此将治疗后患者与整个AD队列进行比较在方法学上成立。基于93次GC-MS运行的技术重复分析，无监督PCA评分图显示未治疗AD患者（1-ADpatients_T0）与益生菌治疗3个月患者（2-ADpatients_T1）之间呈现清晰的空间分离，前三个主成分解释约48.7%的总方差。患者平均数据（31例受试者）的分析结果与个体技术重复模型完全一致，表明观察到的聚类反映真实的生物学重塑而非技术变异。监督PLS-DA模型表现出优异的组间分离，5折交叉验证显示Q2Y = 0.86，整体准确率100%，混淆矩阵无对角外错误。PERMANOVA确认两组间存在统计学显著的多变量分离（Pseudo-F = 13.13, p = 0.001），说明90天多菌种益生菌补充与AD患者血清代谢组的持续且统计稳健的重塑相关。单变量分析中，28种代谢物满足p < 0.05且FC > 2或FC < 0.5的标准，其中24种在未治疗者中上调、4种下调；经FDR校正后25种仍具有显著性（q < 0.05），甘氨酸、赤藓醇和花生四烯酸被标记为潜在假阳性。另有10种代谢物经FDR校正后显示显著改变但倍数变化略低于阈值。治疗后显著变化的代谢物包括：2,3-丁二醇在治疗后显著升高，该物质是多种益生菌物种和肠道微生物通过丁二醇发酵途径产生的细菌发酵产物，具有通过抑制IL-6和IL-8等促炎细胞因子来发挥抗炎作用的潜力；尿素和鸟氨酸在治疗后显著降低，二者是尿素循环的关键中间代谢物，其水平升高通常与蛋白质分解增加和氨积累有关，反映氧化应激和炎症增强；胆固醇和长链脂肪酸（肉豆蔻酸、棕榈酸、油酸）在治疗后显著降低，这些脂质在促进促炎级联反应中具有公认作用，其降低可能有助于改善全身炎症和皮肤屏障功能。此外，多元醇和碳水化合物在治疗后同样减少，这些代谢物通常指示氧化应激和菌群失调。
## 四、讨论与结论
本研究整合临床、代谢和免疫学视角，表明益生菌对AD宿主具有多层次益处。代谢组学数据提供了益生菌治疗后肠道微生物群发生有益变化的证据，2,3-丁二醇升高可能是益生菌直接产生或通过其对肠道微环境的积极调节间接促进有益共生菌生长和代谢活动的结果，可作为益生菌补充的候选生物标志物，提示肠道屏障功能改善和肠道生态系统向更健康状态转变。尿素循环中间物、碳水化合物和脂质的降低共同指向全身炎症、蛋白质分解和氧化应激的减轻。这些系统性代谢改变与SCORAD和EASI评分的显著改善直接相关，符合肠道-脑-皮肤轴的概念框架。研究结论指出，益生菌补充可有益地调节AD成人患者的全身炎症和血清代谢，主要表现为临床显著改善、促炎细胞因子减少及包括2,3-丁二醇、尿素循环中间物、碳水化合物和脂质在内的特定代谢改变，提示益生菌诱导的代谢变化与临床状态改善之间存在功能联系，突出了益生菌作为AD辅助治疗策略的潜力。然而，本研究仅为探索性研究，主要局限性在于仅5例患者完成90天益生菌干预并纳入治疗后代谢组学分析，结果应视为假设生成性证据而非治疗诱导代谢重塑的确定性证据，未来需更大队列研究验证这些初步观察并阐明潜在生物学机制。
