黃芪甲苷IV通過腸道微生物群-丁酸代謝途徑來調節Th17/Treg細胞平衡,從而緩解潰瘍性結腸炎
《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》:Astragaloside IV alleviates ulcerative colitis via gut microbiota - butyrate metabolism axis to reshape Th17/Treg balance
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時間:2026年01月03日
來源:International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 8.6
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潰瘍性結腸炎(UC)發病與腸道菌群失調及Th17/Treg細胞失衡密切相關。研究證實,中藥成分 Astragaloside IV(AS-IV)通過調節腸道菌群結構(促進Lachnospiraceae,抑制Mucispirillum和Helicobacter)、增強但y酸代謝,同時平衡Th17/Treg細胞分化,顯著改善DSS誘導的慢性結腸炎小鼠的臨床癥狀和結腸損傷。實驗表明,AS-IV療效依賴于腸道菌群完整性,FMT實驗驗證了菌群-但y酸代謝-免疫平衡的協同作用機制。
Youbao Zhong|Jing Liu|Jiaqi Huang|Ji Yu|Yazhen Liu|Wang Zhuo|Youhui Xu|Yixi Zhang|Zhiyu Zhou|Liling Chen|Qiuping Xiao|Duanyong Liu
江西中醫藥大學傳統中醫學院,中國南昌330004
摘要
腸道微生物群失調和Th17/Treg細胞失衡在潰瘍性結腸炎(UC)的發病機制中起著關鍵作用。黃芪甲苷IV(AS-IV)具有廣泛的抗炎和免疫調節活性;然而,AS-IV對腸道微生物群與Th17/Treg細胞之間相互作用的調節機制尚未被報道。在本研究中,通過連續三個7天的周期讓小鼠自由接觸2.5%硫酸葡聚糖(DSS)溶液來誘導慢性結腸炎,并同時給予AS-IV。AS-IV有效緩解了DSS誘導的慢性結腸炎,表現為體重和結腸長度的增加,疾病活動指數(DAI)、結腸重量、結腸重量/結腸長度以及結腸重量指數的下降,以及緊密連接分子Claudin-1、Occludin、ZO-1的基因和蛋白質表達增強。值得注意的是,AS-IV不僅有效調節了Th17/Treg細胞的分化平衡,還顯著改善了慢性結腸炎小鼠的腸道微生物群組成和丁酸代謝。有趣的是,Th17/Treg細胞和丁酸與α/β多樣性以及Enterorhabdus、Mucispirillum和Helicobacter屬細菌之間存在顯著相關性。然而,在腸道微生物群被破壞后,AS-IV對結腸炎的治療效果及其對Th17/Treg細胞平衡和丁酸代謝的調節作用也隨之消失。令人驚訝的是,從AS-IV處理的小鼠中提取的糞便微生物群移植(FMT)恢復了其對結腸炎的保護作用以及對Th17/Treg細胞平衡和丁酸代謝的調節作用。總體而言,AS-IV通過調節腸道微生物群組成、丁酸代謝和Th17/Treg細胞分化平衡來抑制慢性結腸炎,其保護作用依賴于腸道微生物群產生的丁酸代謝對Th17/Treg細胞分化平衡的調節機制。
引言
潰瘍性結腸炎(UC)是一種慢性特發性炎癥性腸病,主要累及結直腸,表現為復發-緩解的病程[1]。受影響個體最常見的UC癥狀包括反復/持續性腹瀉、糞便中含有黏液/膿液/血液,以及頻繁的腹痛、急迫感和里急后重[2]。目前臨床治療UC面臨的挑戰包括發病率增加、復發率高等問題,以及臨床藥物療效不足和成本高昂[3]。越來越多的證據表明,腸道微生物群失調和異常的T輔助17細胞(Th17)/調節性T細胞(Treg)分化是UC發病的核心驅動因素[4,5]。Th17/Treg細胞分化平衡的破壞會引發Th17細胞的過度激活,導致包括IL-17A、IL-6和IL-23在內的促炎介質大量分泌[6]。這些因素進而引發腸道炎癥反應。同時,Treg細胞數量減少或功能受損,導致其無法有效調節炎癥[7]。這種失衡會導致腸道黏膜的免疫紊亂,炎癥持續并逐漸惡化,最終導致UC的發展。有確鑿的證據表明,UC患者外周血液中Th17細胞頻率升高而Treg細胞比例降低,表明存在全身性的Th17/Treg細胞失衡[[8], [9], [10]]。
腸道菌群失調通常表現為胃腸道內微生物群落組成和豐度的改變[11]。在菌群失調期間,有益細菌的數量減少,而有害細菌的數量增加[12]。這種失衡會損害腸道黏膜屏障,從而增加腸道通透性。結果,細菌及其代謝產物更容易進入腸道組織,激活并觸發黏膜免疫反應,導致腸道組織損傷[13]。臨床研究證實,UC患者與健康個體的腸道微生物群存在顯著差異[14]。值得注意的是,腸道微生物群失調會導致Th17(促炎)細胞和Treg(抗炎)細胞分化的失衡[15]。在UC患者的活躍期,腸道黏膜中病原菌(如Enterococcus屬、Enterobacteriaceae科)的數量增加,而共生菌(如Faecalibacterium prausnitzii、Lactobacillus屬等)的數量減少,Treg細胞的數量也增加[17,18]。重要的是,草藥制劑及其生物活性代謝物通過調節腸道微生物群結構和代謝譜來改善UC,從而重新平衡Th17/Treg細胞的平衡[19]。已有研究表明,腸道微生物群通過短鏈脂肪酸(SCFAs)調節Th17/Treg細胞的分化[20],這表明SCFAs是腸道微生物群調節Th17/Treg細胞分化的關鍵介質。
黃芪甲苷IV(AS-IV)是從傳統中藥黃芪(Astragalus membranaceus)中提取的主要活性成分[21],其在UC治療機制和臨床前研究方面受到了廣泛關注。已經證實,AS-IV在體外和體內環境中都能顯著改善UC的病理表現[22],顯示出多靶點的治療特性。具體而言,AS-IV通過激活STAT信號通路重新編程巨噬細胞極化來緩解DSS誘導的結腸炎[23],通過調節能量代謝網絡抑制TNBS誘導的結腸炎[24],并通過抑制PI3K/AKT信號軸增強腸道上皮屏障功能來緩解UC癥狀[25]。此外,我們之前的研究發現,AS-IV通過重塑Th17/Treg細胞分化平衡來有效對抗實驗性結腸炎[26]。其他研究的新證據也強調了其在調節Th17/Treg軸方面的多效作用:例如,通過抑制CXCR4來恢復這種免疫平衡可以緩解慢性阻塞性肺疾病[27],通過調節T細胞免疫平衡來緩解抑郁癥狀[28]。除了免疫調節作用外,AS-IV還通過調節腸道微生態發揮抗抑郁作用[28],通過協調雙歧桿菌與血清代謝來改善結腸腺瘤性息肉[29],通過重塑腸道微生物群抑制FXR通路來減輕飲食誘導的肥胖小鼠的肝臟脂肪變性[30],并通過重構菌群和調節鐵蛋白沉積來抑制糖尿病腎病[31]。總之,AS-IV對Th17/Treg細胞的分化和腸道微生物群的組成具有良好的調節作用。鑒于UC臨床發作的復發特性,本研究旨在建立慢性結腸炎模型,并系統探討AS-IV對慢性結腸炎小鼠中Th17/Treg細胞平衡、腸道微生物群組成和SCFA代謝的調節作用。此外,還將利用腸道細菌清除實驗和糞便微生物群移植(FMT)實驗來闡明Th17/Treg細胞與腸道微生物群介導的SCFA代謝之間的相互作用機制。
動物
從GemPharmatech有限公司(中國南京)獲得了7-9周大的雄性無特定病原體(SPF)C57BL/6小鼠(體重22 ± 2克)。所有小鼠均飼養在10,000級屏障設施中,環境條件嚴格控制,可自由獲取標準嚙齒動物飼料和高壓滅菌的飲用水。所有實驗程序均獲得了江西中醫藥大學實驗動物倫理委員會的批準和監督(批準編號:JZLLSC20230798;日期:29
AS-IV緩解DSS誘導的慢性結腸炎小鼠的臨床癥狀和結腸組織損傷
為了評估AS-IV在慢性結腸炎中的保護作用,建立了小鼠模型,給予三個周期的7天DSS治療,并同時給予AS-IV。與健康對照組相比,DSS誘導的慢性結腸炎小鼠表現出顯著的體重下降(圖1B)、疾病活動指數(DAI)升高(圖1C)、結腸長度縮短(圖1D-E),以及結腸質量、結腸質量/結腸長度、結腸重量指數、脾臟質量和脾臟質量指數的增加(圖1F-J)。組織病理學分析顯示...
討論
我們首次證明了AS-IV可以緩解小鼠的DSS誘導的慢性結腸炎。值得注意的是,AS-IV不僅有效調節了慢性結腸炎小鼠中Th17/Treg細胞的分化平衡,還顯著重塑了腸道微生物群組成及其丁酸代謝。有趣的是,Th17/Treg細胞和丁酸與α/β多樣性以及Enterorhabdus、Mucispirillum和Helicobacter屬細菌之間存在顯著相關性。然而,在腸道微生物群被破壞后,這些關聯消失...
結論
總之,我們的研究結果表明,AS-IV通過調節腸道微生物群組成(促進Lachnospiraceae_NK4A136群落的發展,抑制Mucispirillum和Helicobacter),增強丁酸代謝,從而重塑Th17/Treg細胞的分化平衡,對慢性結腸炎具有顯著的抑制作用。值得注意的是,抗生素清除實驗表明,在腸道微生物群被破壞的小鼠中,AS-IV無法有效發揮其調節作用...
作者貢獻聲明
Youbao Zhong:撰寫 – 原始草稿,研究,數據管理,概念構思。Jing Liu:研究。Jiaqi Huang:研究。Ji Yu:研究。Yazhen Liu:研究。Wang Zhuo:軟件操作。Youhui Xu:研究。Yixi Zhang:研究。Zhiyu Zhou:研究。Liling Chen:監督,項目管理,資金獲取。Qiuping Xiao:撰寫 – 審稿與編輯,資源管理,研究。Duanyong Liu:資金獲取,正式分析。
資助
國家自然科學基金(項目編號:82260863, 82360871),江西省自然科學基金(項目編號:20232BAB206172, 20252BAC200585),江西中醫藥大學博士啟動基金(項目編號:2023WBZR005),江西中醫藥大學青年人才計劃(項目編號:2023QGZDSYS001),江西中醫藥大學科技創新團隊發展計劃(項目編號:CXTD22008)
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。
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