一株大熊貓源唾液聯合乳桿菌對DSS 誘導小鼠結腸炎的預防作用研究

楊宇，張沁榮，謝佶芹，謝軍金，王黎明，鄭麗君，張文平 ，岳碧松

（1. 四川大學生命科學學院生物資源與生態環境教育部重點實驗室，成都 610065；2. 南京師范大學生命科學學院，南京 210023；3. 成都大熊貓繁育研究基地，四川省瀕危野生動物保護生物學重點實驗室，成都 610081）

潰瘍性結腸炎是以直腸、結腸黏膜和黏膜下層的炎癥和潰瘍形成為病理特點的非特異性炎性腸病，多呈反復發作的病程，在人和動物中均較常見（Okayasu & Mainka，1990）。大熊貓Ailuropoda melanoleuca的腸道疾病一直被研究者們認為是造成其死亡的重要原因之一，由細菌引發的腸道疾病尤為嚴重，任何一種或者多種腸道微生物的變化都可能引起一系列的消化功能紊亂甚至疾病（Qiuet al.，1993；Azizet al.，2013）。引起大熊貓腸道疾病的病原菌包括大腸桿菌Escherichia coli、魏氏梭菌Clostridium welchii、銅綠假單胞菌Pseudomonas aeruginosa、小腸結腸炎耶爾森氏菌Yersinia enterocolitica和肺炎克雷伯氏菌Klebsiella pneumoniae等（孫飛龍等，2002）。條件致病菌大腸桿菌在大熊貓生活環境變化等情況下會大量滋生，引起大熊貓腹瀉；肺炎克雷伯氏菌感染會導致大熊貓腸炎，體重減輕，排粘、便血等，嚴重時引起大熊貓死亡。王成東等（2006）報道一亞成年大熊貓因大腸桿菌和肺炎克雷伯氏菌合并感染出現敗血癥而死亡。目前為止還缺乏安全有效的治愈藥物。

腸道微生物不是單獨存在的，不同種類間具有復雜的網絡關系，相互依賴、相互制約形成一種微生態平衡（Belkaid & Harrison，2017）。盡管潰瘍性結腸炎的發病原因尚不清楚，但越來越多證據表明，腸道共生菌群可以促進腸道內環境的平衡，調節宿主的免疫系統，增強腸道黏膜的屏障功能和腸上皮細胞的代謝活性；病原微生物的入侵會導致腸道微生態系統的紊亂，破壞腸道菌群之間的平衡（張開，2017）。腸道菌群通過多種機制參與機體的能量代謝，包括對不能被消化的膳食纖維等的酵解（淀粉或寡糖）、肽類或蛋白質的無氧酵解、結合膽汁酸的生物轉化、草酸鹽復合物的降解及一些維生素的合成（維生素B12 和維生素K），菌群失調可導致能量代謝紊亂（Nicholsonet al.，2005）；同時菌群失調可造成腸道黏膜免疫異常，全身免疫系統及腸道黏膜免疫的建立和成熟有賴于腸道細菌的定植和菌群的形成，腸相關淋巴組織起到了對腸道原籍菌群的耐受和對病原菌的免疫反應的作用。各種原因導致腸道黏膜屏障功能減弱，其對菌群的免疫反應調控就會出現問題，繼而引起局部甚至全身的免疫反應紊亂（潘照等，2015），進一步導致病原菌作用于腸道黏膜及其下的淋巴組織，從而引發結腸炎。近年來，乳桿菌Lactobacillusspp.作為安全有效的飼料添加劑，因能夠提高動物的生產性能、免疫功能與腸道黏膜形態而受到了廣泛的關注和認可（唐仁龍，2019）。乳桿菌可通過誘導黏液素分泌、阻止上皮細胞凋亡、產生可溶性肽等機制，增強上皮細胞的屏障功能；也能減少致病菌對腸道上皮細胞的黏附和侵襲（Wineet al.，2009）。如口服植物乳桿菌L. plantarumK68 可通過抗炎和免疫調節活性來改善小鼠的實驗性結腸炎（Liuet al.，2011）。L. plantarum-12 可通過增加乳桿菌和減少致病菌來恢復腸道菌群平衡，并通過激活Janus 激酶信號轉導子和轉錄激活子來提高免疫力、增強腸道屏障功能，從而減輕結腸炎小鼠的發病癥狀（Sunet al.，2020）；L. casei也可使由2，4，6-三硝基苯磺酸/無水乙醇的混合物誘發結腸炎的小鼠結腸組織病理學評分和脂質過氧化明顯改善，從而進一步緩解結腸炎的發作（Ghasemi-Niriet al.，2011）。乳桿菌在預防和治療腹瀉的有效性方面得到了大量的驗證（Kimet al.，2018；Liet al.，2019；Yueet al.，2020）。

唾液聯合乳桿菌Ligilactobacillus salivarius103是成都大熊貓繁育研究基地實驗室從健康大熊貓新鮮糞便樣品中分離篩選得到的優良菌株，具有生物特性好、抑菌效果明顯、不含耐藥基因等特點（王黎明等，2019）。本研究采取先用菌懸液灌胃、再用葡聚糖硫酸鈉（dextran sulphate sodium，DSS）誘導小鼠結腸炎的方法，評估唾液聯合乳桿菌103對結腸炎的預防作用，為其在圈養大熊貓種群中的應用打下基礎。

1 材料和方法

1.1 唾液聯合乳桿菌

從成都大熊貓繁育研究基地實驗室凍存管中取唾液聯合乳桿菌103菌液1 mL于200 mL的MRS肉湯培養基中，37 ℃擴培24 h，用生理鹽水調整濃度到1×109cfu·mL-1。

1.2 主要試劑

DSS［分子量：36 000～50 000；翌圣生物科技（上海）股份有限公司］，白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的酶聯免疫ELISA 試劑盒（江蘇晶美生物科技有限公司），髓過氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）檢測試劑盒（南京建成生物工程研究所），MRS 培養基（青島高科技工業園海博生物技術有限公司）。

1.3 動物實驗

急性結腸炎造模是常用的結腸炎模型之一，因其制備簡單、成功率高，且與人類結腸炎病變相似，是研究急性結腸炎發病機制和評估藥物療效較為理想的模型。急性造模一般采用較高濃度的DSS 建立，給藥時間較短，給予3%～5%DSS 自由飲用1 周即可（http：//www.bioon.com.cn/）。本研究選擇的實驗動物為4周齡SPF級C57BL/6J雄性小鼠，體重22～25 g，由成都達碩動物實驗有限公司提供，實驗動物生產許可證號：SCXK（川）2020-030，動物試驗由成都大熊貓繁育研究基地動物保護與使用委員會（IACUC）批準并監督（批準號：202015）。將27只小鼠隨機均分為對空白對照組、DSS模型組和唾液聯合乳桿菌處理組，每籠3 只。適應飼養1 周后，唾液聯合乳桿菌處理組灌胃唾液聯合乳桿菌103 菌懸液14 d，活菌濃度為109cfu·mL-1，每天每只200 μL，空白對照組和DSS 模型組每只每天灌胃200 μL 生理鹽水。灌胃14 d 后，DSS 模型組和唾液聯合乳桿菌處理組自由飲用3%DSS 水溶液，空白對照組自由飲用超純水，7 d 后用頸椎脫臼法處死小鼠，剖腹，取肛門至回盲部的結腸并用游標卡尺測量結腸長度（精度為1 mm），剪取中段約1 cm 結腸，用生理鹽水清洗后迅速固定于4%甲醛溶液中，石蠟包埋切片，HE染色，光鏡下觀察。

1.4 造模成功標準

7 d造模周期結束后，以小鼠體重下降10%、出現血便作為建模成功的標準（李富鳳等，2015）。

1.5 血清炎癥因子檢測

ELISA 法測定小鼠血清中的IL-6、TNF-α 含量和MPO活性，按ELISA試劑盒說明書進行。

1.6 數據分析

采用Graphpad Prism 8.0 進行統計分析，用單因素方差分析比較各組間的差異。數據采用xˉ±SD表示，顯著性水平設置為α=0.05。

2 結果

2.1 癥狀觀察及體重變化

空白對照組和唾液聯合乳桿菌處理組在7 d造模期間的體重保持基本穩定或略有增長，而DSS模型組體重下降13.65%（表1）。造模結束時，DSS模型組全部出現嚴重便血、腹瀉、蜷縮成堆、精神萎靡、毛色無光、大便松散、飲水量減少等現象；而唾液聯合乳桿菌處理組癥狀明顯減輕，僅1只出現明顯癥狀。

表1 造模期間小鼠體重變化Table 1 Changes in body weight of mice during modeling

2.2 結直腸長度

DSS 模型組的平均長度為7.37 cm±0.12 cm，空白對照組的平均長度為8.65 cm±0.36 cm；唾液聯合乳桿菌處理組的平均長度（8.25 cm±0.23 cm）明顯大于DSS模型組的（圖1：A）。

圖1 造模期結束時小鼠的各項指標對比Fig. 1 Comparison of different indexes of the mice at the end of modeling

2.3 血清炎癥因子含量

DSS 模型組的IL-6 和TNF-α 含量比空白對照組顯著上升，唾液聯合乳桿菌處理組的IL-6 和TNF-α含量明顯低于DSS模型組（圖1：B，C）。

2.4 MPO活性

與空白對照組相比，DSS 模型組的MPO 活性顯著增加（P＜0.000 1）；與DSS 模型組相比，唾液聯合乳桿菌處理組的MPO 活性降低，但差異不顯著（圖1：D）。

2.5 病理組織切片觀察

空白對照組的結腸組織結構完整，黏膜層、黏膜下層、肌層和外膜分層明顯，細胞排列整齊，未見病理變化。而DSS模型組的黏膜層變性壞死，壞死區域形態結構模糊，上皮明顯脫落、缺失，固有層內腸腺結構基本不見，杯狀細胞消失，壞死區域或萎縮腸腺周圍可見淋巴細胞或中性粒細胞聚集，局部黏膜下層水腫伴輕微炎細胞浸潤，表明具有嚴重的炎癥反應。唾液聯合乳桿菌處理組的組織黏膜層輕微受損，局部腸腺萎縮，體積減小，周圍結締組織內可見淋巴細胞聚集，表現出局部炎癥反應，但嚴重程度比DSS模型組明顯減輕（圖2）。

圖2 小鼠結腸HE染色對比Fig. 2 Comparison of HE staining in the colon of mice

5 討論

潰瘍性結腸炎是一種慢性炎癥性疾病，發病機制尚不清楚（Bohl & Sobba，2015）。目前益生菌已成為治療結腸炎的研究熱點，其中，乳桿菌被廣泛研究，其能夠通過抑制病菌、調整腸胃微生物的多樣性、產生生態天然屏障來維持腸道平衡。研究表明，乳桿菌可以通過增加有益腸道菌群如阿克曼氏菌Akkermansia muciniphila、乳桿菌屬和雙歧桿菌屬Bifidobacteriumsp.，減少有害菌群如埃希氏菌屬Escherichia，從而改善宿主結腸炎（Wanget al.，2016；Maet al.，2020）。最近浙江大學李蘭娟院士團隊研究發現，唾液聯合乳桿菌Li01（CGMCC7045）的攝入能夠促進結腸炎小鼠腸道菌群結構和腸道屏障功能的恢復，并展現出潛在的抗炎作用（Feiet al.，2022）；同時也有研究表明唾液聯合乳桿菌在處理小鼠巨噬細胞的脂多糖中表現出更高的胃腸道條件耐受性和更顯著的抗炎作用（翟齊嘯等，2020）。

本研究探討了大熊貓源唾液聯合乳桿菌對DSS誘導的結腸炎小鼠預防作用及其機制，采用了來自大熊貓腸道的益生菌，而非常規的腸道菌群，這為開發針對大熊貓腸道疾病的益生菌制劑提供了新的方向。王黎明等（2019）完成了對唾液聯合乳桿菌103 耐酸耐鹽、抑菌實驗、藥敏實驗的體外篩選，但并沒有進行小鼠的體內動物實驗進行驗證。本研究探究了大熊貓源唾液聯合乳桿菌103的作用機理，并進行動物體內實驗，通過抑制炎癥介質的表達，促進保護性黏蛋白的增加，從而減輕結腸炎癥反應，降低結腸組織損害。由此可見，大熊貓源唾液聯合乳桿菌103 能夠有效改善潰瘍性結腸炎，在潰瘍性結腸炎出現時，能在一定程度上減輕結腸炎的不良反應，可能具有較好的安全性。

本研究通過探究大熊貓腸道益生菌的治療作用，為治療大熊貓腸道疾病提供了新的思路，并為研究其他動物腸道菌群的應用提供了啟示。值得注意的是，未來需要進一步研究該菌株在不同病理狀態下的治療效果，并對該菌株的安全性進行評估。