《Microbial Biotechnology》：Lactobacillus paragasseri LG-1 Alleviates Urticaria-Like Symptoms in Mice via Modulation of Gut Microbiota, Hypoxanthine and Uric Acid
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本研究揭示慢性自發(fā)性蕁麻疹（CSU）與腸道菌群失調(diào)及血清尿酸（UA）和次黃嘌呤水平升高密切相關(guān)。研究者從母乳中篩選出具有強效嘌呤代謝能力的副干酪乳桿菌（Lactobacillus paragasseri）LG-1，在體外實驗中證實了其對UA和次黃嘌呤的降解能力。在動物模型中，LG-1干預有效降低了血清UA和次黃嘌呤濃度，減輕了小鼠的抓撓行為、皮膚組織病理損傷和肥大細胞脫顆粒，并通過抑制TLR4/NF-κB通路減輕炎癥。同時，LG-1重塑了腸道菌群結(jié)構(gòu)，促進了乳桿菌（Lactobacillus）等有益菌增殖并抑制了致病菌。該研究為基于腸道菌群的CSU治療新策略提供了實驗依據(jù)，LG-1展現(xiàn)了良好的臨床應用潛力。
1 引言
慢性自發(fā)性蕁麻疹（Chronic Spontaneous Urticaria, CSU）是一種以反復發(fā)作的劇烈瘙癢、風團、血管性水腫或其組合癥狀為特征的皮膚疾病。其全球患病率存在顯著地理差異，在中國高達2.6%。近半數(shù)患者對一線抗組胺藥治療反應不佳，生活質(zhì)量受到嚴重影響。近年來，腸道菌群失調(diào)被認為在包括CSU在內(nèi)的多種疾病的發(fā)病網(wǎng)絡中扮演關(guān)鍵角色。研究發(fā)現(xiàn)，CSU患者的腸道菌群中存在特定變化，如乳桿菌（Lactobacillus）和雙歧桿菌（Bifidobacterium）豐度降低，而大腸桿菌（Escherichia）和克雷伯菌（Klebsiella）增加。
與此同時，嘌呤代謝紊亂與過敏性疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。尿酸（Uric Acid, UA）是嘌呤代謝的最終產(chǎn)物，其次黃嘌呤前體在黃嘌呤氧化酶（Xanthine Oxidase, XOD）作用下轉(zhuǎn)化為UA時會產(chǎn)生活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）。UA和ROS均可激活NLRP3炎癥小體，促進白細胞介素-1β（IL-1β）的成熟與釋放。UA還能直接激活肥大細胞（Mast Cells, MCs），觸發(fā)組胺和白三烯的釋放，加劇蕁麻疹癥狀。然而，嘌呤代謝異常與腸道菌群失調(diào)在CSU中的具體關(guān)聯(lián)尚不清楚。
基于此，本研究整合16S rRNA測序和非靶向代謝組學，分析了CSU患者與健康對照（Healthy Controls, HCs）的腸道菌群和血清代謝特征，篩選并鑒定了一株具有嘌呤降解能力的乳桿菌——副干酪乳桿菌（Lactobacillus paragasseri）LG-1，并在卵清蛋白（Ovalbumin, OVA）誘導的蕁麻疹小鼠模型中驗證了其治療效果及潛在機制。
2 結(jié)果
2.1 CSU患者腸道菌群失調(diào)與血清嘌呤代謝異常
對35名CSU患者和21名HCs的糞便進行16S rRNA測序分析。結(jié)果顯示，CSU患者的腸道菌群α多樣性（如香農(nóng)指數(shù)）顯著降低。主坐標分析（Principal Co-ordinates Analysis, PCoA）和UPGMA聚類樹顯示，CSU患者與HCs的腸道菌群結(jié)構(gòu)存在顯著分離。在屬水平上，CSU患者腸道中Lactobacillus、Blautia和Bifidobacterium的豐度顯著降低，而Ruminococcus和Bacteroides的豐度升高。線性判別分析效應大�。↙EfSe）進一步識別出兩組間差異顯著的生物標志物。
對血清樣本進行非靶向代謝組學分析，共鑒定出150種顯著差異的代謝物（p< 0.05）。其中，次黃嘌呤的變量重要性投影（VIP）得分最高，提示其在CSU發(fā)病中可能起關(guān)鍵作用。通路富集分析顯示，嘌呤代謝是8個顯著失調(diào)的代謝通路之一。與HCs相比，CSU患者的血清尿酸（UA）和次黃嘌呤水平顯著升高。
相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，腸道菌群與血清代謝物之間存在顯著關(guān)聯(lián)。其中，Lactobacillus和Blautia的豐度與血清次黃嘌呤和UA水平呈顯著負相關(guān)，而Ruminococcus則與之呈正相關(guān)。這初步揭示了腸道菌群失調(diào)與宿主嘌呤代謝紊亂的關(guān)聯(lián)。
2.2 副干酪乳桿菌LG-1的篩選、鑒定及其體外降解能力
研究團隊從其菌種庫中篩選了20株具有潛在嘌呤降解能力的乳桿菌。其中，分離自母乳的菌株LG-1（經(jīng)鑒定為L. paragasseri）在體外降解實驗中表現(xiàn)最為突出，對UA的降解率為22.8%，對次黃嘌呤的降解率為10.94%。
對LG-1進行全基因組測序，結(jié)果顯示其基因組為一條2,044,522 bp的環(huán)狀染色體，GC含量為36.74%，包含2007個蛋白質(zhì)編碼基因。安全性評估未發(fā)現(xiàn)其攜帶已知的毒力因子或獲得性抗生素抗性基因。關(guān)鍵的是，KEGG通路分析揭示了LG-1基因組中包含完整的嘌呤代謝通路，編碼關(guān)鍵酶如腺嘌呤脫氨酶（adenine deaminase）、次黃嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（hypoxanthine phosphoribosyltransferase）和腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（adenine phosphoribosyltransferase），這為其嘌呤降解能力提供了遺傳基礎(chǔ)。
2.3 LG-1對蕁麻疹小鼠模型的整體療效
在OVA/氫氧化鋁誘導的小鼠蕁麻疹模型中，評估了LG-1（每日灌胃109CFU，持續(xù)21天）的干預效果。行為學觀察發(fā)現(xiàn)，與模型組相比，LG-1處理顯著減少了小鼠的抓撓潛伏期、抓撓持續(xù)時間和抓撓頻率。
血清學檢測顯示，模型組小鼠的血清免疫球蛋白E（IgE）水平顯著升高，而LG-1干預能顯著降低IgE水平。皮膚組織病理學檢查（H&E染色）顯示，模型組小鼠皮膚出現(xiàn)明顯的真皮水腫、顆粒層增厚、毛細血管擴張和炎性細胞浸潤。經(jīng)LG-1治療后，這些病理損傷得到顯著改善，組織學評分顯著降低。甲苯胺藍染色進一步證實，LG-1處理能減少皮膚組織中的肥大細胞數(shù)量和脫顆粒程度。
2.4 LG-1調(diào)節(jié)腸道菌群并增加短鏈脂肪酸
通過16S rRNA測序分析小鼠糞便菌群發(fā)現(xiàn)，與模型組相比，LG-1干預顯著增加了腸道菌群的α多樣性（如Chao1指數(shù)和豐富度指數(shù)）。PCoA分析顯示，LG-1組的菌群結(jié)構(gòu)與正常對照組高度重疊。
在屬水平上，LG-1處理增加了有益菌Lactobacillus和Limosilactobacillus的相對豐度，同時降低了Enterococcus和Aerococcus等潛在致病菌的豐度。值得注意的是，LG-1處理后，糞便中乙酸、丙酸和異丁酸等短鏈脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids, SCFAs）的濃度顯著升高。
2.5 LG-1糾正嘌呤代謝紊亂與氧化應激
分析小鼠血清和糞便中的嘌呤代謝物發(fā)現(xiàn)，模型組小鼠血清UA和黃嘌呤水平顯著升高，而LG-1干預能有效降低這些指標。在糞便中，模型組的次黃嘌呤水平升高，LG-1干預后則顯著降低，表明LG-1有助于恢復體內(nèi)嘌呤代謝平衡。
此外，模型組小鼠背部皮膚組織的氧化應激指標發(fā)生顯著變化：超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase, SOD）和過氧化氫酶（Catalase, CAT）活性降低，而丙二醛（Malondialdehyde, MDA）含量升高。LG-1干預后，SOD活性顯著回升。同時，模型組小鼠血清和回腸組織中的黃嘌呤氧化酶（XOD）活性顯著升高，而LG-1處理能顯著抑制XOD活性。
2.6 LG-1抑制TLR4/NF-κB炎癥通路
為了探究LG-1抗炎作用的分子機制，研究者檢測了皮膚組織中關(guān)鍵炎癥因子和通路分子的表達。實時熒光定量PCR（RT-qPCR）結(jié)果顯示，與正常對照組相比，模型組小鼠皮膚中白細胞介素-4（IL-4）、IL-10、IL-1β、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、核因子κB（NF-κB）和Toll樣受體4（TLR4）的mRNA表達水平均顯著上調(diào)。而LG-1干預能顯著下調(diào)這些促炎因子的基因表達。
免疫組化（Immunohistochemistry, IHC）結(jié)果進一步證實，模型組小鼠皮膚組織中NF-κB和TLR4蛋白的表達顯著增加，而LG-1處理能有效抑制這兩種蛋白的表達，尤其對TLR4的抑制作用更為顯著。這些結(jié)果表明，LG-1可能通過抑制TLR4/NF-κB信號通路來減輕皮膚組織的炎癥反應。
3 討論與結(jié)論
本研究揭示了CSU患者存在腸道菌群失調(diào)（特別是Lactobacillus減少）和血清UA、次黃嘌呤水平升高的特征。篩選出的L. paragasseriLG-1在體外展現(xiàn)出明確的UA和次黃嘌呤降解能力。在動物模型中，LG-1干預通過“雙管齊下”的機制發(fā)揮治療作用：一方面，直接降解腸道內(nèi)的UA和次黃嘌呤，降低其循環(huán)水平；另一方面，重塑腸道菌群，增加SCFA產(chǎn)生菌的豐度，并抑制XOD活性。血清UA水平的下降減少了對肥大細胞的激活和對內(nèi)皮細胞的損傷，同時，SCFAs的增加和XOD活性的抑制有助于緩解氧化應激。
更重要的是，LG-1通過上述作用，最終抑制了TLR4/NF-κB信號通路的激活，下調(diào)了IL-1β、TNF-α等關(guān)鍵促炎細胞因子的表達，從而全面減輕了蕁麻疹模型的皮膚炎癥、瘙癢和病理損傷。
綜上，本研究證實了源自母乳的L. paragasseriLG-1通過調(diào)節(jié)“腸道菌群-嘌呤代謝-炎癥通路”軸，在緩解蕁麻疹樣癥狀中具有顯著療效。該菌株通過直接降解致炎嘌呤代謝物和間接重塑益生菌群發(fā)揮協(xié)同作用，為開發(fā)以腸道菌群為靶點的CUS生物療法提供了新的候選菌株和理論依據(jù)。
