南湖新聞網訊（通訊員 陶詩煜）近日，永利豬功能微生物組研究團隊針對腸道特定益生菌通過其衍生的胞外囊泡（Extracellular vesicles, EVs）修複仔豬腸道損傷這一領域開展了系統深入研究，在國際學術期刊Environment International，Journal of Advanced Research和npj Biofilms Microbiomes等雜志上發表了系列研究論文，揭示了腹瀉仔豬紊亂的腸道菌群介導腸道屏障功能損傷的分子機制，闡明了益生菌源EVs調控巨噬細胞分型增強腸道屏障功能的作用機制。

腹瀉導緻仔豬腸道屏障功能受損，腸黏膜通透性增加，誘發腸道炎症，降低對病原感染的抵抗力，最終導緻生長遲緩，給養豬業帶來巨大損失。針對仔豬腹瀉這一難題，研究團隊通過宏基因組學技術揭示了不同健康狀态下新生和斷奶仔豬腸道細菌和噬菌體特征：新生和斷奶期的健康與腹瀉仔豬的微生物結構之間存在巨大差異，黏膜乳杆菌和約氏乳杆菌分别是區分新生和斷奶期仔豬健康和腹瀉的關鍵菌；一些特定的差異病毒可能是區分仔豬腹瀉和健康的關鍵生物标志物。研究還基于無菌小鼠和糞菌移植技術進一步闡明了腹瀉仔豬腸道屏障功能損傷與腸道菌群的關聯機制：腹瀉仔豬受體小鼠生長速率降低、空腸絨毛發育受阻且結腸組織病理學評分升高、腸黏膜緊密連接蛋白表達降低、腸上皮細胞凋亡程度增加而增殖能力降低，腸黏膜中炎性調節因子NF-κB和MAPK信号通路關鍵蛋白表達均有不同程度升高，炎症型M1巨噬細胞maker基因豐度顯著升高。上述研究為腹瀉仔豬紊亂的腸道菌群導緻腸道屏障功能障礙這一科學假設提供了直接證據。

基于益生菌幹預技術調節腸道黏膜免疫是促進仔豬腸道屏障功能的有效策略。由于腸上皮屏障的阻隔，益生菌通常通過分泌生物活性物質參與其與宿主之間的相互作用。EVs是細菌在生長過程中釋放的具有雙層膜納米結構的衍生物，其通過運輸和傳遞調節宿主信号通路和細胞過程的效應分子影響宿主健康。為了探索益生菌及其衍生的EVs是否能夠緩解仔豬腸道屏障功能損傷，研究團隊從健康仔豬糞便樣品中分離培養了黏膜和約氏乳杆菌、提取鑒定了兩種乳杆菌衍生的EVs并進行了體内外功能驗證。研究顯示：黏膜和約氏乳杆菌均可有效緩解LPS誘導的仔豬腸道形态結構破壞，抑制炎性細胞因子分泌，增加緊密連接蛋白表達；體外細胞試驗表明兩種乳杆菌及其衍生的EVs均可逆轉LPS誘導的仔豬腸上皮細胞屏障損傷。此外，兩種乳杆菌及其分泌的EVs也均有效緩解由腹瀉仔豬糞菌懸液和ETEC K88所緻的小鼠體重降低，恢複腸道形态結構，降低血清和腸道組織中促炎細胞因子含量和腸道通透性，增加緊密連接蛋白表達。該研究明确了豬源乳酸菌及其衍生的EVs具有緩解仔豬腸道屏障功能損傷的良好效果，為進一步基于巨噬細胞分型探讨益生菌源EVs緩解仔豬腸道屏障功能損傷的深層次原因奠定基礎（圖1）。

圖1 黏膜乳杆菌EVs調節巨噬細胞表型維持腸道穩态

巨噬細胞作為啟動和調控炎症反應的核心細胞，其分型轉化對于維持腸道屏障功能至關重要。研究團隊發現，黏膜和約氏乳杆菌的EVs在體外促進了豬巨噬細胞由M1向M2的分型轉化，這一結果也在小鼠試驗中得到了驗證。進一步以巨噬細胞清除小鼠為動物模型，證明了巨噬細胞是EVs緩解腸道屏障功能損傷所必需的。基于巨噬細胞與腸上皮細胞共培養體系，研究發現約氏乳杆菌分泌的EVs通過抑制ERK表達激活M2巨噬細胞極化，M2巨噬細胞通過阻斷腸上皮細胞的NLRP3信号通路增強腸道屏障功能（圖2）。

圖2 約氏乳杆菌EVs促進M2巨噬細胞極化增強腸道屏障功能

該方面的研究從巨噬細胞與腸上皮互作的角度深度解析了乳酸菌源EVs通過促進M2巨噬細胞極化調控仔豬腸道屏障功能損傷修複的介導機制，深化了對益生菌源EVs作用機理的認知，拓展了益生菌的作用路徑，對實際生産中靶向免疫細胞防治仔豬腸道屏障功能損傷提供了新策略。

此外，該研究團隊長期緻力于腸道微生物與宿主互作機制的研究。通過整合腸道功能微生物組與糞菌移植技術，發現了嘔吐毒素通過調控特定微生物破壞腸道屏障功能；揭示了鼠乳杆菌衍生的EVs通過上調TLR2促進M2巨噬細胞極化并釋放IL-10，修複由嘔吐毒素引起的腸道屏障損傷，該研究為以益生菌源EVs為靶點治療嘔吐毒素引起的腸道疾病提供了新見解（圖3）。

圖3 鼠乳杆菌EVs緩解嘔吐毒素引起的腸道屏障損傷

永利陶詩煜副研究員為系列論文的第一或通訊（含共同）作者，研究得到中國農業大學王軍軍教授、浙江省農業科學院楊華和肖英平研究員的支持，上述研究受到國家自然科學基金、國家重點研發計劃和湖北自然科學基金的資助。

審核人 魏泓

英文摘要：The diarrheal disease causes high mortality, especially in children and young animals. The gut microbiome is strongly associated with diarrheal disease, and some specific strains of bacteria have demonstrated antidiarrheal effects. However, the antidiarrheal mechanisms of probiotic strains have not been elucidated. Here, we used neonatal piglets as a translational model and found that gut microbiota dysbiosis observed in diarrheal piglets was mainly characterized by a deficiency ofLactobacillus, an abundance ofEscherichia coli, and enriched lipopolysaccharide biosynthesis.Limosilactobacillus mucosaeandLimosilactobacillus reuteriwere a signature bacterium that differentiated healthy and diarrheal piglets. Germ-free (GF) mice transplanted with fecal microbiota from diarrheal piglets reproduced diarrheal disease symptoms. Administration ofLimosilactobacillus mucosaebut notLimosilactobacillus reuterialleviated diarrheal disease symptoms induced by fecal microbiota of diarrheal piglets and by ETEC K88 challenge. Notably,Limosilactobacillus mucosae-derived extracellular vesicles alleviated diarrheal disease symptoms caused by ETEC K88 by regulating macrophage phenotypes. Macrophage elimination experiments demonstrated that the extracellular vesicles alleviated diarrheal disease symptoms in a macrophage-dependent manner. Our findings provide insights into the pathogenesis of diarrheal disease from the perspective of intestinal microbiota and the development of probiotic-based antidiarrheal therapeutic strategies.

論文鍊接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412024001119?via=ihub

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123224001115?via=ihub

https://www.nature.com/articles/s41522-023-00403-6