文章题目：Mannuronate Oligosaccharides Ameliorate Experimental Colitis and Secondary Neurological Dysfunction by Manipulating the Gut−Brain Axis

发表期刊：Journal of Agricultural and Food Chemistry

影响因子：5.7

通讯单位：中南民族大学生命科学学

        近年来，随着人们生活方式和饮食习惯的改变，炎症性肠病（IBD）的发病率呈上升趋势。IBD包括：溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD），是一类慢性炎症性肠道疾病，不仅会导致肠道功能障碍，还与神经系统疾病密切相关。临床和临床前研究表明，肠道微生物群的变化与帕金森病、阿尔茨海默病和重症肌无力等神经系统疾病之间存在关联，肠道微生物群在调节脑功能和行为方面起着关键作用，其失调与这些疾病相关。肠道菌群与中枢神经系统之间的双向交流——肠-脑轴，是当前研究的重点。粪菌移植（FMT）等针对肠道微生物群的治疗干预是一种有效的改善策略。此外，饮食治疗也是调节肠道微生物群的一种潜在策略，如通过在食品中添加食用褐藻胶寡糖（AOS），以实现对结肠炎保护。

        甘露寡糖（MAOS）是一种AOS，具有塑造肠道微生物群和缓解认知障碍的特殊功效。然而，其中涉及的关键调控因素，如特定菌株和代谢产物及其调控机制，目前仍不清楚。这项研究探讨了MAOS影响肠道-大脑轴作用机制。发现，使用MAOS可通过产生代谢产物二油酰基卵磷脂（DOPC），抑制TLR4/MyD88/NF-κB 通路，调节肠脑轴，从而明显改善右旋糖酐硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎和继发性神经损伤。这些发现强调了膳食中添加MAOS在预防结肠炎和神经系统疾病中的关键作用，为MAOS在疾病预防和功能性食品成分中的应用提供了理论依据。

Figure 1. Diagram illustrating the animal experimental designs employed in this study.

        为了研究MAOS对葡聚糖硫酸钠诱导节肠炎的改善作用。作者分别使用PBS和添加MAOS的饮用水喂养小鼠，21天后，PBS组和MAOS组分别选取8只老鼠进行共同饲养，以进一步探究MAOS喂养后小鼠肠道微生物转移到PBS组小鼠体内能否改善DSS诱导的结肠炎症状（Figure 1A）。实验结果显示，与MAOS组小鼠共同饲养的PBS组小鼠平均体重相对稳定（Figure 2A and B）。MAOS给药显著增加了结肠长度（Figure 2C and E），降低了疾病活动指数（DAI）评分和组织学评分（Figure 2D and G）。MAOS给药组和共饲养组的小鼠隐血、水肿和促炎细胞浸润减少（Figure 2F），结肠组织中的糖原增加。MAOS组和共饲养组炎症细胞因子IL-6和IL-8的表达水平降低（Figure H and I），且口服MAOS在缓解结肠炎方面比共同饲养效果更优，具体表现为结肠长度增加、DAI和组织学评分降低、炎症抑制以及隐窝中糖原水平升高。

Figure 2. MAOS and co-housing with MAOS-dosed mice ameliorated experimental colitis in mice.

        组织学鉴定发现，与DSS组相比，MAOS给药或与共饲养小鼠结肠结构相对完整，刷状边缘保留，粘膜损伤减少，上皮细胞之间的裂缝变窄（Figure 3A），且紧密连接蛋白（claudin-1、occludin和ZO-1）的水平显著增加 (Figure 3B)，这说明MAOS改善了肠道屏障功能。在肠道菌群方面，DSS组与共饲养组之间肠道微生物群的结构和组成存在明显变化，共饲养组和MAOS给药组的肠道微生物结构相似（Figure 4A-C）。MAOS和共饲养显著塑造了肠道微生物群的结构和群落，其中有益细菌属（如Lactobacillus、Akkermansia、Bacteroides、Dubosiella和Ligilactobacillus）的丰度增加，致病菌Staphylococcus的丰度降低（Figure 4D）。

Figure 3. MAOS and co-housing with MAOS-dosed mice improved the gut barrier function in colitis mice.

Figure 4. MAOS and co-housing with MAOS-treated mice improved the gut microbiota composition.

        接下来，作者通过代谢组学对MAOS的代谢物进行分析，以进一步确认到底是哪些代谢产物改善了肠道菌群。结果发现有益菌Alistipes和Bacteroides与DOPC和LG呈显著正相关，条件致病菌Staphylococcus和Papillibacter与DOPC和LG呈显著负相关，DOPC和LG与Klebsiella的丰度呈正相关 (Figure 5E and F)。进一步研究发现，DSS诱导的结肠炎小鼠饮用水中单独添加DOPC和1,6-脱水-β-D-葡萄糖（LC），小鼠的平均体重和每日体重相对于DSS组显著提高(Figure6A and B)。DOPC对结肠炎具有显著的治疗效果，表现为DAI和组织学评分降低、结肠长度增加、炎症细胞浸润减少、隐血含量降低和隐窝破坏减少(Figure 6C-G)。LG给药改善了除组织学评分外的其他症状。DOPC和LG处理的小鼠血清中IL-6的浓度显著降低，但IL-8的水平没有改变(Figure 6H and I)。这些结果说明，DOPC在MAOS改善结肠炎损伤中发挥着重要作用。

Figure 5. The metabolomic profiles were significantly modified by MAOS administration and co-housing with MAOS-treated mice.

Figure 6. MAOS-derived metabolites, DOPC and levoglucosan, alleviated experimental colitis in mice.

        在确定了MAOS能够改善结肠炎症状后，作者继续研究了其在神经系统疾病方面的应用。结果显示，DSS处理的小鼠海马体中出现神经元损伤，表现为核固缩、细胞萎缩和空泡化，而MAOS和DOPC则减少了这种神经元损伤，表现为细胞质和细胞核改善、排列更紧密，海马神经元CA1和CA3区域的尼氏小体显著增加（Figure 7A and B）。免疫组化分析显示，DSS组海马体CA1区域存在Aβ斑块，而MAOS和DOPC给药减轻了Aβ斑块的聚集（Figure 7C）。免疫荧光分析显示，DSS暴露增加了海马体中活化的星形胶质细胞和小胶质细胞的数量，而MAOS和DOPC给药有效减少了海马体CA1和DG区域以及大脑皮层中活化的小胶质细胞和星形胶质细胞的数量（Figure 7D）。除此之外，MAOS和DOPC给药还显著降低了DSS诱导的炎症细胞因子IL-6和TNF-α的水平，DOPC还降低了脑组织中IL-8的浓度（Figure 7E-G）。

Firgure 7. MAOS and DOPC attenuated colitis-elicited neurological dysfunction.

        最后，作者对MAOS改善结肠炎造成的肠道和脑部损伤机制进行了研究。使用LPS刺激的BV2小胶质细胞，并添加MAOS和DOPC共同抚育，结果显示MAOS和DOPC有效减轻了炎症反应，减少了促炎细胞因子（IL-6、IL-8和TNF-α）的表达（Figure 8A-C），促进抗炎细胞因子（IL-4、IL-10）的分泌（Figure 8 D and E）。MAOS和DOPC还显著抑制了TLR4、MyD88和p-P65的蛋白表达（Figure 8F），抑制了p65的核转位（Figure 8G）。

Figure 8. MAOS and DOPC suppressed the TLR4/MyD88/NF-κB pathway in LPS-stimulated BV2 microglial cell model.

        这些结果表明，MAOS具有减轻DSS诱导的结肠炎和结肠炎相关神经功能障碍的潜力，其代谢物DOPC可通过TLR4/MyD88/NF-κB通路抑制炎症因子表达，促进抗炎细胞因子分泌，从而作用于肠-脑轴，有效改善DSS诱导结肠炎模型中肠道和脑部损伤情况。

        原文链接：http://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c10378

作者：汪浩

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

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