《Food Bioscience》：A novel- Johnsoniin-like bacteriocin JLJ071 from
Lactobacillus johnsonii mitigates DSS-induced colitis in mice by altering the microbiota and metabolic activity
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摘要：Johnsoniin JLJ071 是一种由Johnsonii乳酸乳杆菌菌株新近发现的III类细菌素。该细菌素对肠道病原体具有强效的抗菌活性，并在酸性条件和高温下表现出优异的稳定性。本研究成功建立了一种基因工程酵母表达系统，实现了Johnsoniin的异源表达。纯化后的
摘要：
Johnsoniin JLJ071 是一种由Johnsonii乳酸乳杆菌菌株新近发现的III类细菌素。该细菌素对肠道病原体具有强效的抗菌活性，并在酸性条件和高温下表现出优异的稳定性。本研究成功建立了一种基因工程酵母表达系统，实现了Johnsoniin的异源表达。纯化后的JLJ071纯度超过94%，分子量约为38.7 kDa。通过高密度发酵工艺可进一步增强Johnsoniin对病原菌的抑菌活性。随后，建立了葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎模型，以评估其治疗潜力。至第10天，与DSS对照组相比，给予JLJ071的小鼠体重下降显著减轻，疾病活动指数（DAI）评分降低。苏木精-伊红（HE）染色组织学分析显示，DSS+JLJ071处理组黏膜结构显著改善，组织修复促进。微生物群分析表明，DSS+JLJ071处理显著恢复了微生物丰富度和多样性，菌群组成向乳杆菌属偏移，表明JLJ071有效缓解了DSS诱导的菌群失调。肝脏组织代谢组学分析显示，DSS处理显著降低了Brecanavir、Hymeglusin和laetisaric acid的水平，而DSS+JLJ071处理恢复了这些代谢物的相对丰度。相关性分析揭示，体重变化与UCG-006（毛螺菌科）呈正相关，Ligilactobacillus呈正相关，而Clostridium与6-马来酰亚胺己酸呈负相关。综上所述，本研究结果表明新型细菌素作为传统抗菌药物的有效替代品具有广阔潜力，为其更广泛应用提供了坚实的科学基础。
引言
近年来，炎症性肠病（IBD）的全球患病率大幅上升，溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）是其主要临床亚型（Jentzer等，2020）。IBD是一种慢性炎症性胃肠疾病，病程呈反复发作，特征包括免疫调节紊乱、细胞因子异常产生、肠道微生物群失调以及上皮屏障功能受损（Armstrong等，2019；Kurashima等，2021）。肠道屏障损伤可导致细菌、微生物代谢产物和炎症介质进入体循环，从而引起肠外并发症，包括与结肠炎症相关的肝脏损伤。值得注意的是，肝脏损伤的严重程度与肠道炎症程度呈正相关（Harbord等，2016）。因此，寻找有效防治IBD的策略对于人类和动物健康至关重要。
环丙沙星、甲硝唑和利福昔明等抗生素常用于IBD的临床治疗（Lade和Turner，2018）。然而，其广泛和长期使用存在显著弊端，包括治疗失败、艰难梭菌感染风险增加以及抗生素耐药菌的出现，均带来严重的健康威胁（Luo等，2021）。因此，迫切需要开发非抗生素的肠道炎症管理替代方案。IBD的病因是多因素的，涉及遗传易感性、微生物群失调、免疫功能异常以及环境因素的影响，这些因素共同破坏肠道稳态并驱动慢性炎症（Kaplan，2015）。越来越多的证据表明，肠道微生物群组成的改变是疾病发病机制的核心因素（Mizoguchi和Mizoguchi，2008）。因此，旨在恢复微生物平衡的治疗策略作为IBD干预的有前景途径已被探索。
由乳酸菌产生的细菌素是一类具有靶向抑制特定微生物活性的抗菌肽。例如，Nisin与脂质II（肽聚糖合成的关键前体）结合，从而抑制细胞壁形成并诱导孔道形成，最终导致细菌死亡（Field等，2023）。类似地，乳酸乳球菌素等细菌素可与特定膜受体结合并形成孔道，破坏细胞完整性（Lozo等，2021）。IIa类细菌素，包括乳酸乳球菌素A，通过与细菌膜上的甘露糖磷酸转运酶系统（Man-PTS）结合，随后插入脂双层形成跨膜通道而发挥活性（Li等，2023）。除抗菌特性外，细菌素还被证实可通过抑制NF-κB和MAPK等信号通路来调节宿主炎症反应，减少上皮炎症，增强紧密连接蛋白（如ZO-1、claudin、occludin）的表达，促进黏膜屏障修复。其低毒性、可生物降解性以及诱导耐药性可能性低等特点，使细菌素成为治疗开发的理想候选者（Priyanka等，2024b）。
在初步筛选研究中，我们的实验室分离出一株能够产生一种尚未表征的细菌素的L. johnsonii菌株。体外抗菌试验和基因组分析确认了其对抗病原菌的抑菌活性，并鉴定了可能负责其生物合成的基因簇。早期实验数据进一步表明，该细菌素可在特定无特定病原（SPF）沙门氏菌感染模型中保护肠道屏障完整性并调节肠道微生物群组成，从而减轻炎症反应。然而，其对DSS诱导的结肠炎，特别是肠道微生物改变及伴随的肝脏损伤方面的影响仍不清楚。在本研究中，我们首先评估了该细菌素在不同温度、pH和蛋白酶条件下的稳定性。随后进行了基因组注释，鉴定了编码Johnsoniin JLJ071的假想III类细菌素基因簇，并在酿酒酵母中进行异源表达，并对表达肽进行结构表征。随后建立了DSS诱导的小鼠结肠炎模型，以研究JLJ071对肠道炎症和微生物群失调的影响。我们系统分析了DSS暴露后结肠微生物群组成和多样性的变化，并评估了JLJ071恢复微生物群稳态和重塑群落结构的能力。最后，对肝脏进行了整合转录组和代谢组学分析，以探讨JLJ071保护作用的机制，从而更深入地了解其在结肠炎中的治疗潜力。
各节摘要
细菌
Johnsonii乳酸乳杆菌 JLJ071 从健康鸡的粪便样本中分离获得。培养24小时后，该菌株的最大光密度（OD600nm）达到2.108，对应的活菌数为1.12 × 109 CFU/g。其对抗来自猪和家禽的包括沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等代表性病原菌的抗菌活性进行了评估（表S1）。在所测试的微生物中，JLJ071
L. johnsonii JLJ071基因组测序及Johnsoniin的鉴定
JLJ071菌株的全基因组使用Illumina HiSeq 2000平台进行测序，随后进行组装和优化（表S2）。共产生73个支架（scaffold）。组装基因组大小为1,863,994 bp，GC含量为34.89%。N50和N90值分别为53,787 bp和14,691 bp，最长支架达到1,860,056 bp。使用GeneMarkS进行基因预测，在全基因组中鉴定出1,859个编码序列（CDS）。此外，JLJ071携带11个
讨论
乳酸菌在肠道炎症性疾病的预防和管理中被认为具有重要功能（Derikx等，2016；Scaldaferri等，2013；Wang等，2020）。在其生物活性产物中，来源于乳酸菌的细菌素通常被认为比其他微生物来源的细菌素更安全（Franz等，2010；Daba等，2021）。由于其抗菌性能和良好的安全性特征，来源于
结论
综上所述，本研究鉴定并表征了一种由Johnsonii乳酸乳杆菌产生的新型III类细菌素Johnsoniin JLJ071。该细菌素表现出强效的抗菌活性，并在酸性、高温和酶解条件下具有显著的稳定性。成功建立了重组酵母表达系统以生产JLJ071，结构分析确认其分子量约为38.7 kDa。我们能够通过
CRediT作者贡献声明
Guo Shuyan：撰写——初稿。Liu Hui：调查研究。Zhang Siyue：方法论。Bo Zhang：方法论。Zhou Chenxin：方法论。Xi Ma：资源。Zhang Zefeng：方法论。Dongyan Zhang：撰写——审阅与编辑，资金获取
未引用参考文献
Anjana Tiwari，2022；Daba和Elkhateeb，2020；Gu等，2021；Kumariya等，2019；Liu等，2020；Ledder和Turner，2018；Low等，2021；Mulder等，2015；Mesa-Pereira等，2018；Mokoena，2017；Priyanshi等，2024；Zhou等，2025。
伦理声明
本研究按照中国农业科学院北京畜牧兽医研究所动物护理与使用委员会的相关动物福利指南（IHVM11-2302-8）进行。
基金资助
本研究由北京市乡村振兴农业科技项目（NY2401090500，NY2601060300）和北京市农林科学院创新能力建设项目（KJCX20261604）资助。
利益冲突声明
? 作者声明不存在可能影响本文所报道工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
Guo Shuyan|Liu Hui|Bo Zhang|Zhang Siyue|Zhou Chenxin|Zhang Zefeng|Ma Xi|Zhang Dongyan
