Saccharomyces boulardii减少饮食诱导肥胖（DIO）小鼠摄食并减轻体重增加：关联肠道微生物、代谢与免疫重塑

《Frontiers in Immunology》：Saccharomyces boulardii reduces food intake and attenuates weight gain in diet-induced obese mice: links to gut microbial, metabolic, and immune remodeling

　　

引言：肠道微生物组（gut microbiome）是代谢稳态的关键调节因素，并通过影响免疫信号、肠道屏障完整性和系统性炎症促进肥胖进展。因此，微生物组靶向策略正被探索作为常规减重疗法的补充方法。在此，研究人员探讨了益生酵母Saccharomyces boulardii是否调节饮食诱导肥胖（DIO）中的肠道-免疫-代谢轴。方法：维持于60% kcal高脂饮食（HFD）八周的雄性C57BL/6JRj小鼠按体重随机分组（n = 9/组），并接受每日口服灌胃S. boulardii或载体七周，期间持续HFD。体重和摄食由对处理分配设盲的饲养员记录。终点分析结合代谢表型分析、肠道微生物组分析、非靶向盲肠代谢组学、结肠转录组学和门静脉细胞因子分析。结果：S. boulardii减少摄食并减轻体重增加，而未引起循环代谢激素水平的主要变化。微生物多样性基本保持，但包括Muribaculaceae在内的Bacteroidales谱系被选择性富集，并伴有微生物途径的功能重塑。盲肠代谢组学显示B族维生素、甜菜碱和γ-氨基丁酸（GABA）增加，应激相关代谢物减少。结肠转录组学显示TNF-α/NF-κB信号减弱以及干扰素和上皮程序富集，而门静脉细胞因子分析显示总体细胞因子谱发生显著处理相关转变，并呈炎症趋化因子降低以及白细胞介素-17A（IL-17A）和白细胞介素-22（IL-22）升高的趋势。整合多组学分析鉴定出跨代谢、转录和免疫层的协调宿主-微生物相互作用。讨论：这些探索性发现表明，S. boulardii在肥胖中调节肠道-免疫-代谢轴，将能量摄入减少与微生物、代谢和黏膜免疫重塑耦合。该设计未建立组学层之间的因果顺序，需要机制性随访。总体而言，结果支持基于微生物组的干预作为靶向代谢炎症的潜在辅助策略。

研究背景与问题：肠道微生物组（gut microbiome）是代谢稳态的中心调节者，并通过影响宿主免疫、肠道屏障完整性和系统性炎症驱动肥胖进展。共生微生物可影响炎症张力、能量平衡、葡萄糖处理和脂质代谢，提示其作为代谢功能障碍上游贡献者。与代谢健康相关的微生物配置以增强肠道屏障功能和降低炎症信号为特征。瘦供体粪便微生物转移（FMT）在临床前肥胖模型中可减轻体重增加并改善代谢参数，但人类转化结果变异，部分研究报道胰岛素敏感性改善而体重或长期代谢参数有限或无影响。实验性操作肠道微生物可显著影响宿主代谢：在DIO模型中，抗生素清除微生物或无菌条件可改善胰岛素敏感性、增强GLP-1分泌并减少高胰岛素血症；但微生物组成与代谢健康的关系具有情境依赖性。基于此，研究人员探索益生菌、益生元、FMT和先进微生物疗法（AMTs）等微生物组靶向干预。益生酵母Saccharomyces boulardii曾在db/db小鼠中减少体重和脂肪量；在肥胖成人随机双盲安慰剂对照试验中，含S. boulardii和超氧化物歧化酶（SOD）的60天补充剂减少体重、BMI和脂肪量并保持瘦体重，但SOD使效应归因复杂化。此外，S. boulardii具有抗菌活性、调节固有和适应性免疫、增加短链脂肪酸（SCFAs）、增强上皮屏障功能并降低脂多糖（LPS）水平，但其影响宿主代谢尤其炎症依赖通路的机制仍未充分明确。因此，研究人员在已建立DIO的小鼠模型中，整合肠道微生物、代谢表型、结肠转录组学和系统性细胞因子测量，考察S. boulardii相关的肠道-免疫-代谢轴改变。

研究人员开展了一项在已建立DIO小鼠中的探索性多组学研究。雄性C57BL/6JRj小鼠维持60% kcal HFD八周后按体重随机，每日口服灌胃S. boulardii或载体七周，HFD持续整个研究；体重和摄食由对处理设盲的饲养员记录。研究发现S. boulardii减少摄食并减轻体重增加，且未伴随主要循环代谢激素变化；同时出现微生物群落选择性变化、微生物功能途径和盲肠代谢物重塑、结肠炎症与上皮转录程序改变、门静脉细胞因子谱整体转变以及多组学层间协调关联。该研究意义在于，为微生物组干预作为靶向代谢炎症的潜在辅助策略提供了探索性系统层面框架，并提出候选微生物、代谢和免疫通路供后续机制研究。

关键技术方法概括：样本来源为Janvier Labs的雄性C57BL/6JRj小鼠。小鼠在60% kcal HFD八周后按体重随机（n = 9/组），每日灌胃S. boulardii或载体七周并继续HFD。主要方法包括间接测热法评估能量代谢；粪便鸟枪法宏基因组测序并进行分类与功能分析；盲肠内容非靶向半极性代谢组学和短链脂肪酸气相色谱-质谱分析；结肠RNA测序及差异表达和基因集富集分析；门静脉血浆Olink Target 48 Mouse Cytokine proximity extension assay和MSD U-PLEX Metabolic Group 1激素多重检测；并以DIABLO进行多组学整合。

研究结果：
**口服给予S. boulardii减少DIO小鼠摄食并减轻体重增加。** 通过每周称重和间接测热法，研究人员发现S. boulardii显著降低40天累计摄食，日均摄食约下降10%（2.73 ± 0.07 vs. 2.44 ± 0.05 g/day）。呼吸交换率（RER）无显著组间差异，提示底物利用未变。以体重为协变量分析绝对能量消耗后，组间无显著差异。体重增加显著减弱。肝重量、总盲肠重量和结肠长度无显著差异，提示未引起胃肠道大体形态改变。口服灌胃24小时后，粪便中检测到约10⁷ CFU/g的S. boulardii。

**S. boulardii重塑肠道微生物群落结构而不改变整体多样性。** 通过α多样性、β多样性和LEfSe分析，研究人员发现观察丰富度、Berger–Parker优势和Shannon多样性指数无显著差异；门水平上Firmicutes和Bacteroidetes仍为优势菌门；真菌门Ascomycota在S. boulardii处理小鼠中显著增加。β多样性未显示显著组间分离（PERMANOVA，P = 0.777）。LEfSe显示Bacteroides caecimuris和多个Muribaculaceae谱系富集，Saccharomyces cerevisiae检测确认给予菌株的持续肠道存在，而一个Lachnospiraceae谱系RGIG7193 sp910586125减少。

**S. boulardii重塑微生物代谢途径和盲肠代谢物组成。** 通过预测宏基因组途径和盲肠代谢组学，研究人员发现微生物功能谱显著分离（PERMANOVA，P = 0.014）。富集途径包括NAD salvage、thiamine diphosphate biosynthesis（thiazole component）、L-threonine biosynthesis、purine degradation和fatty acid biosynthesis；减少途径包括peptidoglycan biosynthesis、pentose phosphate pathway branches、CDP-diacylglycerol biosynthesis和queuosine biosynthesis。色氨酸衍生的吲哚途径中，催化indole-pyruvate向indole-3-acetaldehyde转化的酶EC 4.1.1.74和EC 4.1.1.43差异丰度。处理组还显示86个额外途径，而PBS组仅3个特有途径。盲肠代谢组主成分分析显示显著分离（PERMANOVA，P = 0.007），betaine、thiamine、pyridoxine、GABA、glucosamine、hexose和sugar alcohols等增加，N-acetyl-L-histidine（NAH）和argininosuccinic acid增加，methionine sulfoxide和formylkynurenine减少；短链脂肪酸靶向定量无显著差异。

**S. boulardii重塑与炎症和代谢相关的结肠转录程序。** 通过结肠RNA测序，研究人员发现单个基因水平变化有限，但免疫相关转录本如Igkv9–120和Igkv17-121受到较强调控。基因集富集分析显示，TNF-α/NF-κB信号、补体、凝血、缺氧、上皮间质转化和炎症反应等炎症与应激相关通路下调；adipogenesis和myogenesis也负富集。相反，interferon-α和interferon-γ反应通路、细胞周期调控和mitotic spindle组织相关通路正富集，提示炎症、免疫调节和上皮稳态相关程序改变。

**S. boulardii与门静脉炎症细胞因子谱转变相关，而空腹代谢激素无变化。** 通过Olink Target 48 Mouse Cytokine panel和MSD代谢激素检测，研究人员发现门静脉细胞因子总体谱在处理组与PBS组间分离，多变量检验显著（PERMANOVA，P = 0.014）。单个细胞因子在校正后均未显著；趋势上IL-6、CXCL1和CXCL2较低，CCL22、CSF3、IL-22和IL-17A较高。空腹门静脉ghrelin、GLP-1、glucagon、insulin、leptin和PYY无显著改变。

**S. boulardii与跨多组学层的协调代谢–免疫–微生物重塑相关。** 通过DIABLO整合多组学，研究人员发现代谢组、RNA-seq、蛋白组和微生物分类单元块中处理组与PBS组分离较清晰，生理变量分离较温和。重复交叉验证的component-1加权投票平衡错误率为0.125 ± 0.073；54个component-1特征中27个至少在50%重拟合中恢复，14个至少在80%中恢复。置换检验显示观察平衡错误率0.111，而零分布均值0.503 ± 0.086（999次置换；经验P = 0.001）。跨块component-1相关性显示代谢组、蛋白组、RNA-seq和微生物途径块间强一致（|r| ≈ 0.66–0.88），生理指标相关性较弱但方向一致。网络分析鉴定出连接mevalonic acid、betaine、creatinine、thiamine，炎症蛋白IL-17A、IL-22、CXCL2，微生物分类单元如Lachnospiraceae SGB59815、Anaerovoracaceae SGB82512，以及宿主转录本Rn18s、Zc3h7a、Sf3b1的跨组学模块；中心节点包括mevalonic acid、betaine、creatinine和部分RNA特征。箱线图显示S. boulardii处理与mevalonic acid、betaine、thiamine、IL-17A、IL-22和部分转录本增加以及CXCL2降低相关。

讨论与结论总结：讨论指出，S. boulardii是广泛用于胃肠道适应症的益生酵母，包括预防抗生素相关腹泻和作为Clostridioides difficile感染辅助治疗。近期研究显示其可在皮下结直肠癌模型中抑制肿瘤生长，且越来越多证据表明其对宿主代谢和免疫具有系统影响。在糖尿病模型中，研究报道其改善血糖控制、心血管和肝功能，减少氧化应激和炎症，并调节肠道微生物群。本研究在DIO小鼠中显示S. boulardii减少摄食并减轻体重增加，并通过多组学揭示肠道微生物和代谢组成、结肠转录程序和系统性免疫信号的协调变化。尽管整体微生物多样性和群落结构基本保留，仍存在选择性物种水平变化和功能重塑；Bacteroidales富集与既往报道一致，Muribaculaceae在HFD诱导肥胖中常减少并与代谢有利配置相关，但长期HFD强选择压力和采样部位差异可能使分类变化较既往chow-fed条件温和。处理组Bacteroidales富集、thiamine和NAD代谢途径增加、peptidoglycan biosynthesis减少，提示微生物功能输出改变而非整体群落改变。微生物结构成分如peptidoglycan和LPS是固有免疫受体激活剂，可促进代谢炎症并与NF-κB信号相关；这些途径减少可能降低促炎微生物信号，同时增强辅因子和生物活性代谢物产生。盲肠中B族维生素、thiamine、pyridoxine、betaine和GABA增加支持肠道生态系统代谢输出重塑。色氨酸代谢酶差异提示S. boulardii可能影响吲哚衍生物的上游微生物能力。门静脉细胞因子整体显著变化但单个细胞因子校正后不显著；CXCL1、CXCL2和IL-6降低趋势与固有炎症信号降低及结肠TNF-α/NF-κB相关通路降低一致，而IL-17A、IL-22和CCL22升高提示黏膜免疫信号可能被重塑而非简单抑制。与既往减少IL-17A的报道不同，可能反映实验情境差异；饮食诱导代谢扰动与肠道Th17细胞和IL-17A信号减少及ILC3功能受损相关，但本研究未评估免疫细胞组成、Th17或ILC3频率及屏障功能，因此无法确定是否反映黏膜17型免疫部分恢复。干扰素反应和上皮细胞周期程序富集以及免疫球蛋白相关转录本差异进一步支持黏膜免疫活性重塑。多组学整合提示S. boulardii诱导协调的宿主–微生物重塑而非孤立层面效应；betaine、creatinine和mevalonic acid等中心节点连接微生物特征与IL-17A、IL-22等宿主免疫信号，研究人员据此提出微生物改变可能通过代谢中间物影响宿主免疫信号的假设。局限性包括：摄食减少约10%且无pair-fed对照，不能排除低热量摄入对代谢、微生物和免疫差异的贡献；未评估身体成分、葡萄糖耐量、胰岛素敏感性和组织学；炎症表型由结肠转录通路富集和多重血浆细胞因子面板推断，未直接测量肠道免疫细胞组成、屏障完整性和组织学；无单个细胞因子在校正后显著；队列小、仅雄鼠、单时间点，多组学整合为探索性和相关性分析。未来需在独立且适当把握度的研究中纳入摄入匹配对照和直接组织水平表型，建立特定微生物功能与宿主表型的因果关系，确定代谢效应持久性，并区分S. boulardii直接宿主调节作用与通过微生物功能潜力变化介导的间接机制；同时需考虑胃肠道区域特异性。转化方面，S. boulardii的治疗潜力可能通过下一代微生物干预，包括作为AMTs开发的工程菌株，增强有益代谢输出和免疫调节功能。结论翻译：在已建立DIO中，S. boulardii补充减少摄食并减轻体重增加，并伴有肠道生态系统、结肠炎症与上皮程序以及门静脉免疫信号的一致性差异。空腹循环代谢激素浓度未改变，表明所观察表型未伴随此处测定的食欲和胰岛素调节激素的可检测变化。此处鉴定的分子关联为未来机制研究提供候选微生物、代谢和免疫通路。