FSHW | 鼠李糖乳杆菌和罗伊氏乳杆菌对DSS诱导的小鼠结肠炎的改善：种内和种间模式

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Introduction

近年来，使用益生菌来调节肠道已被广泛接受，作为预防或治疗IBD的潜在策略。Lactobacillus rhamnosus（Rh）和Lactobacillus reuteri（Re）是IBD研究中最常用的两种益生菌。然而，Rh和Re在处理IBD方面的各自优势仍不清楚，因为目前可用的建模方法，剂量和持续时间，以及用于检测的指标和模式的差异，使得很难区分Rh和Re在解决结肠炎中的途径范式。因此，对于这两种乳酸菌在IBD预防或治疗中的特征和作用机制的更好理解将提供有趣的见解，并使个性化成为可能。

因此，在本研究中，比较和区分了Rh和Re在硫酸葡聚糖（DSS）诱导的结肠炎小鼠模型中的作用，探讨了这两种物种对抗结肠炎的作用之间的差异。此外，进行了比较基因组分析，以确定这两种乳酸菌物种提供的改善结肠炎症状是否与它们的基因组成和功能基因表达有关。最终，本研究的发现预计将增进对Rh和Re在IBD背景下的独特功能的理解，并为在预防或辅助治疗IBD的个性化中使用乳酸菌物种提供理论基础。

Results and Discussion

Rh和Re在缓解结肠炎方面表现出种内和种间的特异性

从四个方面进行比较：肠道屏障完整性，炎症水平，肠道微生物组成和短链脂肪酸（SCFAs）浓度。总体而言，Re在减轻结肠炎方面表现比Rh更好，而Rh在SCFA的合成方面优于Re。

通过PCA，阐明了Rh和Re在如何影响结肠炎小鼠的肠道屏障功能完整性方面的相似性和差异。Re和Rh的簇与模型组的不同，主要沿PC1轴分布，表明增强肠道的物理、化学和免疫屏障是两种物种的基本抗结肠炎途径范式。Rh的簇也在PC2轴上与模型组分开，这表明SCFA对Rh提供的肠道屏障保护至关重要。此外，研究还发现，与没有乳酸杆菌预处理相比，尤其是Re预处理，导致了DSS诱导的结肠炎小鼠肠道屏障的功能结构发生变化。

此外，Mantel检验显示了Rh和Re组中肠道屏障功能与结肠炎指标之间的相似关联模式。Rh和Re处理的小鼠中，双歧杆菌的相对丰度与肠道屏障功能指标之间存在相反的相关性，这表明双歧杆菌的相对丰度可能解释了这两种乳酸菌物种的抗结肠炎作用的差异。与Rh相比，Re与肠道屏障功能标志物和结肠炎病理症状之间的关联更加丰富和紧密。此外，与Rh处理相比，Re处理后各种肠道屏障功能标志物之间的关联更强。总的来说，这些相关分析使我们能够为Rh和Re的抗结肠炎作用差异提供潜在解释。

在有效的Rh和Re菌株中，分别以碳水化合物代谢和噬菌体相关基因为主

种内比较基因组分析显示，Re处理相关的抗结肠炎模式可能与Re基因组中的噬菌体相关基因有关，而Rh基因与碳水化合物代谢途径相关。这些基因组发现与这两种物种不同的抗结肠炎策略一致。

与无法对抗结肠炎的菌株相比，对抗结肠炎的Re菌株包含了更多的噬菌体相关基因和噬菌体。这种模式对于Re适应特定环境至关重要，这表明噬菌体的数量和类型的变化可能是这些细菌观察到的抗结肠炎特性的遗传基础。

对结肠炎有效和无效的Rh菌株在CAZy家族分析中具有不同的聚类模式，这反映了微生物的碳水化合物代谢能力与适应特定生物学生态位显著相关。

Conclusion

本研究结果表明，Rh在SCFAs的产生方面优于Re，而Re通过更成功地控制整体肠道屏障功能，更强烈地抵抗炎症性肠道疾病，相比之下Rh则稍逊一筹。有效的Rh和Re菌株中分别富含碳水化合物代谢和噬菌体相关基因。此外，还确定了两个潜在的Re菌株和一个潜在的Rh菌株，具有潜在的抗炎症性肠道疾病活性，这可能会带来新的乳酸杆菌辅助治疗炎症性肠道疾病的策略和方案。

作者简介

王刚，江南大学食品学院教授、博士生导师，中国科学院生物物理研究所生物化学与分子生物学专业博士学位，英国Quadram Institute Bioscience访问学者。主要从事食品微生物学、食品营养与健康等方面的教学及研究工作。研究方向集中在肠道微生物与健康、功能性益生菌资源发掘、益生菌功能机制解析及益生菌产品开发。

近年来主持国家自然科学基金项目3项、军委科技委基础加强项目1项、江苏省“科技副总”项目1项，在权威期刊上发表第一作者研究论文16篇、通信作者论文60余篇， h-index 32；获授权发明专利50余件（国际发明专利10件），并与拜耳（中国）、诺维信、无限极、上海光明等国际、国内知名企业开展了紧密的研发合作关系。与拜耳（中国）合作开发的产品在世博会上受到广泛关注，目前已服务超10万中国消费者。作为主要完成人获2014年中国商业联合会全国商业科技进步奖一等奖、2015年第十七届中国专利金奖和2018年教育部高等学校科学研究优秀成果奖科学技术进步奖二等奖。入选2022年度无锡市百名科技之星。

Amelioration of dextran sodium sulphate-induced colitis in mice by treatment with Lactobacillus rhamnosus and Lactobacillus reuteri: intraspecific and interspecific patterns

Chunxiu Lina,b,1, Yuxing Zhenga,b,1, Bo Zhanga,b, Guopeng Lina,b, Kexin Shanga,b,c, Jianxin Zhaoa,b,c,d, Gang Wanga,b,c,d,*, Wei Chena,b,c

a State Key Laboratory of Food Science and Resources, Jiangnan University, Wuxi 214122, China

b School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China

c National Engineering Research Center for Functional Food, Jiangnan University, Wuxi 214122, China

d (Yangzhou) Institute of Food Biotechnology, Jiangnan University, Yangzhou 225004, China

1 Both authors contributed equally.

*Corresponding author.

Abstract

Lactobacillus rhamnosus (Rh) and Lactobacillus reuteri (Re) are well-known probiotic species in inflammatory bowel disease (IBD) research. The variations between these species’ efficacy against colitis, and their model of action in this regard, are intriguing and enable treatment to be individually tailored to patients. In this study, four strains each of Rh and Re were isolated from fecal samples and their draft genomes were sequenced. The anti-colitis activities of both strains involved various aspects of intestinal immune, physical, chemical, and biological barrier function. Strikingly, the tested strains exhibited considerable interspecies and intraspecies specificity in colitis amelioration. Rh strains significantly outperformed Re strains in terms of short-chain fatty acid synthesis. Nevertheless, Re strains were more effective than Rh strains in inhibiting production of inflammatory factors; promoting production of intestinal mucus, antimicrobial peptides, and tight junction proteins; and supporting the stem cell compartment. This accounts for the anti-colitis outcomes of Re strains being superior to those of Rh strains. In addition, the effective Rh and Re strains were found to express high concentrations of specific carbohydrate metabolism- and prophage-related genes, respectively. Taken together, the results of this study could assist researchers in developing effective therapies for IBD.

Reference:

LIN C X, ZHENG Y X, ZHANG B, et al. Amelioration of dextran sodium sulphate-induced colitis in mice by treatment with Lactobacillus rhamnosus and Lactobacillus reuteri: intraspecific and interspecific patterns[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(5): 2799-2812. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250227.

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片来源：图虫创意

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