2024年12月13日下午，动物消化道营养国际联合研究中心第185期消化道营养精品学术沙龙在逸夫楼2064顺利举办。本期的学术沙龙由消化道微生物实验室的硕士生罗淑洁、李泽旭、杜东晓、付雨婷和博士生李诗佳做文献汇报，动物消化道营养国际联合研究中心的老师学生参与此次沙龙。
硕士生罗淑洁对文献《Bacteriophage DNA induces an interrupted immune response during phage therapy in a chicken model》-《噬菌体DNA在鸡模型的噬菌体治疗中诱导中断的免疫反应》进行了汇报。
噬菌体治疗是利用噬菌体感染并消灭病原菌的疗法，在应对抗生素耐药性问题上备受关注。然而，尽管噬菌体通常被认为只会感染原核细胞，研究表明它们可能与真核细胞发生相互作用并诱导免疫反应。本研究利用鸡模型探索噬菌体DNA如何被宿主细胞识别并触发免疫反应，重点解析其在cGAS-STING通路和TLR9/MYD88通路中的作用。
本研究旨在明确噬菌体DNA对宿主免疫反应的影响，解析其通过TLR9/MYD88和cGAS-STING信号通路调控IFNβ表达的分子机制，为噬菌体治疗的安全性及其在宿主免疫中的作用提供理论依据。本研究设置了单独接受噬菌体鸡尾酒、鼠伤寒沙门氏菌感染及两者联合处理的实验组，通过对鸡模型的血液样本进行检测，利用PCR检测噬菌体DNA的存在，采用ELISA测定关键蛋白（如IRF3、IRF7）和IFNβ的水平变化，同时还通过细胞实验（鸡淋巴母细胞）验证噬菌体DNA激活信号通路的分子机制。
研究结果显示噬菌体DNA在宿主免疫反应中表现出独特的调控特性。尽管其能够激活cGAS通路，信号在IRF3磷酸化阶段中断，原因在于其缺乏RNA聚合酶III识别所需的AT富集序列，无法生成双链RNA（dsRNA），从而未能激活RLRs-MAVS途径。此外，噬菌体DNA通过TLR9被宿主细胞识别，依赖TLR9/MYD88信号通路，通过IRF7磷酸化和NF-κB去磷酸化激活IRF7和NF-κB，并进一步转位至细胞核，促进IFNβ的转录和表达。这一发现揭示了噬菌体DNA在先天免疫中的独特信号传导机制及其潜在的免疫调控作用。
硕士生李泽旭对文献《Extracellular vesicles derived from Lactobacillus johnsonii promote gut barrier homeostasis by enhancing M2 macrophage polarization》-《源自约氏乳杆菌的细胞外囊泡通过增强 M2 巨噬细胞极化促进肠道屏障稳态》进行了汇报。
腹泻病是全球性的健康问题，对人类和动物的健康及经济造成重大影响。其复杂的病因包括细菌和病毒感染、药物不良反应以及免疫缺陷等。腹泻通常伴随着肠道微生物群失调和肠道屏障功能受损，而有效的治疗策略仍有待开发。益生菌，尤其是乳酸菌，通过调节肠道微生物群和免疫功能已显示出对肠道健康的显著益处。然而，益生菌分泌的细胞外囊泡（EVs）在调节宿主免疫、促进肠道屏障稳态方面的潜在作用及分子机制尚未完全揭示。本研究旨在探讨源自约氏乳杆菌（Lactobacillus johnsonii）的细胞外囊泡如何通过调节M2型巨噬细胞的极化，促进肠道屏障功能的分子机制。
本研究采用断奶仔猪、无菌小鼠（GF小鼠）和特定病原体自由小鼠（SPF小鼠）为模型，结合体内外实验，探讨约氏乳杆菌及其细胞外囊泡（EVs）在调控肠道屏障功能中的作用及机制。通过粪便微生物移植（FMT）实验验证肠道微生物群在腹泻病传播中的关键作用，并利用超速离心分离L.john的EVs，通过透射电子显微镜和纳米颗粒跟踪分析进行表征。随后，在ETECK88感染小鼠模型中评估L.john及其EVs在缓解肠道炎症中的保护作用。同时，通过巨噬细胞耗竭实验和体外巨噬细胞与肠上皮细胞共培养体系，结合分子生物学技术，揭示EVs通过促进M2型巨噬细胞极化调节肠道屏障功能的机制。
研究结果显示，腹泻仔猪的肠道微生物群呈现显著失调，大肠杆菌显著丰富，而约氏乳杆菌（L.john）与其呈负相关。粪便微生物移植实验表明，腹泻症状可通过肠道微生物群而非代谢物传播。进一步研究发现，L.john的干预显著缓解了由腹泻微生物引起的肠道炎症和屏障损伤，其分泌的细胞外囊泡（EVs）在减轻ETECK88感染引发的肠道炎症中具有显著效果，表现为抑制MARK通路的激活并促进M2型巨噬细胞的极化。此外，巨噬细胞耗竭实验验证了EVs对巨噬细胞的依赖性，表明其通过巨噬细胞调控实现对肠道炎症的缓解。以上结果揭示了L.john及其EVs在改善肠道健康中的潜在机制。
硕士生杜东晓对文献《The human milk oligosaccharide 3′sialyllactose reduces low-grade inflammation and atherosclerosis development in mice》-《人乳低聚糖 3′唾液酸乳糖可减轻小鼠的低度炎症及动脉粥样硬化的发生》进行了汇报。
心血管疾病（CVD）是全球范围内男性和女性的主要死亡原因，其主要病因是由动脉粥样硬化并发症引起的慢性炎症。动脉粥样硬化是一个复杂的慢性炎症性过程，其中低密度脂蛋白（LDL）的氧化修饰促进了炎症反应，并诱导炎症细胞因子（如IL-1β、IL-6、TNF）及抗炎细胞因子的分泌。母乳低聚糖（HMO）作为母乳中的重要成分，不仅能够调节肠道微生物组，还具有独立于微生物组的免疫调节功能。HMO能够通过局部作用于粘膜相关淋巴组织的细胞或在全身水平发挥作用。然而，目前对HMO在低级别慢性炎症性疾病（如动脉粥样硬化）中的作用及其分子机制尚不明确。本研究旨在验证母乳低聚糖中的特定组分3′sialyllactose（3′SL）在缓解小鼠低级别巨噬细胞炎症和动脉粥样硬化方面的潜在治疗效果，并通过体外和体内实验探讨其抗炎和抗动脉粥样硬化的分子机制。
本研究采用体外实验法，利用RAW264.7小鼠巨噬细胞系和小鼠骨髓来源的巨噬细胞（BMDM），通过LPS诱导炎症模型评估3′SL对炎症因子（如IL-6、IL-10、TNF）表达的影响，同时通过RNA-Seq分析基因表达变化，并结合Westernblot和ChIP-Seq研究其对TLR4信号通路及相关转录因子（LXR、SREBP）的调控作用。体内实验中，选用Ldlr–/–小鼠作为动脉粥样硬化模型，采用皮下注射和口服灌胃的方式给予3′SL治疗，并通过主动脉病变分析、血浆脂质和炎症因子水平检测，以及病理组织学评估其对动脉粥样硬化发展的影响。
体外实验结果表明，3′SL显著抑制LPS诱导的炎症反应，降低IL-6、IL-10和TNF的mRNA及蛋白水平，并通过调节LXR和SREBP活性促进胆固醇和脂肪酸代谢相关基因的表达。3′SL的抗炎机制独立于TLR4信号通路或与LPS的直接作用。体内实验显示，3′SL治疗显著减少了Ldlr–/–小鼠主动脉和主动脉根部的动脉粥样硬化病变面积，同时降低血浆中的IL-6和TNF水平，减少病变中巨噬细胞含量，而对平滑肌细胞和胶原蛋白无显著影响。进一步研究证实，口服3′SL同样具有显著的抗动脉粥样硬化作用。
硕士生付雨婷对文献《IL-22 promotes mucin-type O-glycosylation and MATH1+ cell-mediated amelioration of intestinal inflammation》-《IL-22通过促进MATH1+细胞的O-糖基化改善肠道炎症》进行了汇报。
炎症性肠病（IBD），包括克罗恩病和溃疡性结肠炎，是以肠道上皮屏障受损和异常免疫反应为特征的慢性疾病。IL-22在维持肠道上皮屏障完整性和调控肠道免疫中具有重要作用，但其作用机制复杂，既可能保护肠道，又可能引发炎症。因此，明确IL-22在不同类型肠上皮细胞（IEC）中的功能对于理解其双重作用至关重要。本研究旨在探讨IL-22通过IL-22Ra1信号在IEC，尤其是MATH1+细胞中的作用及其对肠道炎症和再生的影响。
本研究利用多种基因改造小鼠模型（Lgr5-Cre-ERT2、IL-22Ra1IEC、IL-22Ra1Paneth和IL-22Ra1Math1-PGR），通过在特定IEC亚群中敲除IL-22Ra1基因，研究IL-22信号的细胞特异性作用。采用DSS诱导的结肠炎小鼠模型，评估基因敲除对结肠炎病理变化的影响。此外，通过组织病理学、细胞因子分析、糖基转移酶表达和O-糖链修饰检测，解析IL-22信号对肠道屏障功能的调控机制。
研究结果表明：在不同的肠道上皮细胞（IEC）中，IL-22的作用存在差异。对于IL-22Ra1IEC小鼠，经DSS处理后表现出更严重的炎症和病理变化，如体重减轻、结肠长度缩短以及炎症因子表达增加，这明确显示了IL-22信号在IEC中具有整体保护作用。然而，IL-22Ra1ISC小鼠在同样的DSS处理下却无显著差异，由此提示IL-22在肠道干细胞中的作用并不关键。进一步研究发现，在Paneth细胞中，IL-22信号有限。IL-22Ra1Paneth小鼠在DSS处理后，虽然Paneth细胞数量和Lyz1表达减少，但病理变化与对照组无显著差异，这表明Paneth细胞特异性IL-22信号对结肠炎的发展影响较小。而在MATH1+细胞中，IL-22发挥着关键作用。IL-22Ra1Math1-PGR小鼠在DSS处理后表现出显著加重的炎症和组织损伤，同时伴随Tn抗原表达增加。进一步分析显示，IL-22通过促进O-聚糖链延伸和唾液酸化发挥保护作用，且这一过程依赖于IL-22/STAT3/B3GALT5轴。在炎症性肠病（IBD）方面，IBD患者炎症区域的B3GALT5表达显著降低，与Tn抗原表达升高相关。同时，IL-22可通过STAT3激活诱导B3GALT5表达，进一步强化了IL-22在维持粘膜屏障完整性中的重要作用。
本研究揭示了IL-22通过STAT3信号在MATH1+细胞中调控B3GALT5表达，并促进O-糖链延伸，从而维持肠道屏障功能，保护肠道免受DSS诱导的炎症损伤。IL-22/STAT3/B3GALT5轴的关键作用为IBD的治疗提供了新的潜在靶点，有助于开发更精准的干预策略。
博士生李诗佳对文献《Gut microbiome of the largest living rodent harb-ors unprecedented enzymatic systems to degrade plant polysaccharides》-《现存最大啮齿动物——水豚肠道微生物拥有降解植物多糖的独特酶系统》进行了汇报。
在自然界中，后肠发酵动物（如大象、马、兔子以及半水栖啮齿动物）通过后肠内单个发酵室高效消化植物纤维，分布于不同的生态位中。然而，这些动物在植物纤维降解方面的微生物策略尚未得到充分研究。近年来，巴西东南部的野生水豚因长期食用甘蔗而备受关注。作为世界上最大的啮齿动物，水豚主要食用禾草和水生植物，其消化过程主要发生在盲肠，消化效率可与反刍动物相媲美。此外，为了最大化利用细菌发酵产生的营养物质，水豚在食物匮乏季节会表现出食用软粪的行为。这一现象使得水豚的盲肠微生物群落可能含有分解甘蔗及其他植物纤维的关键酶，提供了研究后肠发酵动物微生物策略的独特机会。
本研究采用多组学方法系统分析水豚肠道微生物群落的组成及功能。首先，通过16SrRNA扩增子测序技术，研究水豚盲肠与直肠的微生物群落组成。其次，利用宏基因组学方法组装微生物基因组数据，识别与植物纤维降解相关的基因及基因簇。此外，通过宏转录组学分析不同条件下微生物基因的表达情况，聚焦糖能量转换通路。代谢组学分析则借助核磁共振（NMR）技术，检测盲肠与直肠内容物中的代谢产物，特别是短链脂肪酸（SCFAs）的种类与含量。最后，结合酶学分析与X射线晶体学技术，验证特定酶的功能，并解析其三维结构，进一步探讨其在植物纤维降解中的作用。
研究结果:基于16SrRNA测序结果，水豚后肠微生物群主要由厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、梭菌门（Fusobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）构成。与其他食肉、杂食及食草动物相比，盲肠发酵动物的微生物多样性相对较低，表明水豚盲肠内可能存在高效酶解系统。宏基因组分析共鉴定出7377个碳水化合物活性酶（CAZymes）基因，涵盖106个糖苷水解酶（GH）家族、11个糖酯酶（CE）家族及10个多糖裂解酶（PL）家族。其中，GH3、GH2和GH1在丰度上占主导，表明水豚肠道具有降解多种碳水化合物的潜力。然而，研究发现水豚肠道中缺乏GH6、GH7和GH48类纤维素酶，且真菌丰度较低，未检测到纤维小体结构，推测水豚主要通过内切葡聚糖酶（如GH5、GH8、GH9和GH45）参与纤维素降解。代谢组学分析显示，水豚盲肠与直肠内容物中检测到超过40种代谢物，主要以短链脂肪酸（SCFAs）为主，包括乙酸、丙酸及丁酸，其比例与反刍动物相似。此外，79个细菌基因组装单元（MAGs）均能够产生乙酸盐，进一步表明水豚肠道微生物具备分解植物多糖并发酵的能力。进一步分析中，在拟杆菌门MAG42中发现了一种假设蛋白CapGH173，具有降解β-半乳糖苷的潜在能力。CapGH173属于GH-A家族，与GH30和GH5家族具有较高相似性。拟杆菌门MAG57中则包含一个CC102基因簇，由GH43、GH97及一个非常规GH10组成，可能赋予其降解复杂木聚糖的能力。
这些发现揭示了拟杆菌门在木质纤维素降解中的重要作用。水豚后肠微生物群中，纤维杆菌门和拟杆菌门是主要的木质纤维素降解菌。研究发现的假设蛋白CapGH173及新碳水化合物结合模块家族CapCBM89，均展示了其在分解果胶多糖及复杂木聚糖方面的重要潜力。本研究不仅深化了对水豚肠道微生物的认识，也为植物纤维降解酶的工业化应用提供了科学依据。
