三株益生菌组合对慢传输型便秘的治疗作用:MAPK信号通路与肠道菌群恢复的机制见解

Therapeutic effects of three-strain probiotic combination on slow transit constipation: mechanistic insights into MAPK signaling pathway and gut microbiota restoration.

作者信息Liya Liu, Peiyao Li, Youqin Chen, Guangqing Yang, Ying Cheng, Sijia Liu, Xinran Zhang, Yulun Wu, Qihong Liu, Peilin Zhao, Wenyi Fang, Yan Ren, Lunan Hu, Yanmin Liu, Kangning Li, Zhangran Chen, Xiao Ke, Qingquan Li, Aling Shen
PMID41190020
发布时间2025-10-16
DOI10.3389/fphar.2025.1684442

实验完整度

包含动物模型(LOP诱导STC大鼠)的表型验证、组织病理学、免疫组化、转录组测序、qRT-PCR验证及16S rDNA微生物组分析等多个独立证据层级。

主要模型

LOP诱导的STC大鼠模型 SPF级雄性Wistar大鼠

重点核对

LOP剂量:3 mg/kg,每日两次,连续21天 金双歧给药剂量:低0.27 g/kg/d、中0.54 g/kg/d、高1.08 g/kg/d PST给药剂量:0.18 mg/kg/d 检测指标:排便频率、粪便含水量、肠道推进率、c-kit、5-HT、5-HT3R、5-HT4R、p-ERK/ERK表达

摘要

三株益生菌组合(金双歧),一种由长双歧杆菌、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌组成的益生菌制剂,广泛用于调节肠道菌群稳态和治疗各种胃肠道疾病。然而,其在慢传输型便秘(STC)中治疗作用的具体分子机制尚不完全清楚。在本研究中,我们证明金双歧通过协调调节宿主转录组谱,特别是MAPK和血清素信号通路,并恢复肠道菌群组成和多样性,从而缓解洛哌丁胺诱导的便秘。这些多组学发现为这种益生菌组合的临床疗效提供了新的机制见解,此前尚未阐明。使用洛哌丁胺(LOP)诱导的STC大鼠模型,金双歧被证明能显著增加排便频率、粪便含水量和肠道蠕动,同时改善结肠组织的病理损伤。它还提高了结肠组织中c-kit、5-HT、5-HT3R和5-HT4R的蛋白表达。RNA测序鉴定出金双歧组与LOP组相比有1,998个差异表达转录本,其中899个上调,1,099个下调。这些转录本富集于丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、肿瘤坏死因子(TNF)和雌激素信号通路等通路。此外,16S rDNA测序表明,金双歧部分恢复了肠道菌群结构,增加了微生物多样性,并逆转了LOP引起的菌群失调,特别显著降低了Patescibacteria的丰度,并在门和属水平上调节微生物类群,使其接近对照组的肠道菌群组成。这些发现表明,金双歧通过增强c-kit和5-HT信号、调节MAPK信号通路以及恢复肠道菌群平衡来缓解STC,为STC治疗提供了有前景的治疗潜力。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
金双歧对洛哌丁胺诱导的慢传输型便秘大鼠的治疗效果及其潜在分子机制是什么?
核心机制
金双歧通过上调c-kit和5-HT信号通路关键蛋白表达,抑制MAPK信号通路(降低p-ERK表达),并恢复肠道菌群组成和多样性,从而改善肠道蠕动和便秘症状。
主要证据
LOP诱导的STC大鼠模型显示,金双歧治疗显著增加排便频率、粪便含水量和肠道推进率,改善结肠组织病理损伤;RNA-seq和qRT-PCR显示其调节MAPK、TNF等通路相关基因表达;16S rDNA测序显示其部分恢复肠道菌群结构和多样性。
研究意义
本研究首次综合运用转录组和微生物组分析,揭示了金双歧缓解STC的分子和微生物机制,为其作为STC治疗新策略的临床应用提供了实验和理论依据。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立LOP诱导的STC大鼠模型

模拟慢传输型便秘的病理状态,评估金双歧的治疗效果。

36只雄性Wistar大鼠随机分为6组,除对照组外,其余组每日两次灌胃洛哌丁胺(3 mg/kg),连续21天建立STC模型。

2

金双歧干预治疗

评估不同剂量金双歧对STC大鼠便秘症状的改善作用。

从第8天起,金双歧低、中、高剂量组(0.27、0.54、1.08 g/kg/d)及阳性对照PST组(0.18 mg/kg/d)分别灌胃给药,连续14天。

3

表型及组织病理学评估

验证金双歧对便秘表型(排便、含水量、肠道推进)和结肠组织损伤的改善作用。

检测6小时内排便数量、粪便含水量、碳墨推进率;H&E染色观察结肠组织病理变化并测量黏膜和肌层厚度。

4

免疫组化检测蛋白表达

评估金双歧对c-kit、5-HT、5-HT3R、5-HT4R及MAPK通路关键蛋白(p-ERK、ERK)表达的影响。

对结肠组织切片进行IHC染色,使用特异性抗体检测目标蛋白表达,并通过ImageJ分析阳性面积。

5

转录组测序及验证

揭示金双歧调节的宿主基因表达谱和信号通路。

对Control、LOP和Golden Bifid-M组结肠组织进行RNA-seq,筛选差异表达转录本并进行KEGG通路富集分析;用qRT-PCR验证关键基因表达。

6

16S rDNA肠道菌群测序及分析

评估金双歧对STC大鼠肠道菌群组成和多样性的影响。

提取粪便DNA,扩增16S rRNA V3-V4区,进行Illumina NovaSeq测序,分析OTU、α多样性、β多样性及菌群组成。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
c-kit抗体Proteintech18696-1-AP
5-HT3R抗体Signalway Antibody32946
5-HT抗体BIOSSBS-1126R
5-HT4R抗体BIOSSBS-2127R
磷酸化Erk抗体Cell Signaling Technology4370
Erk抗体Cell Signaling Technology4695
盐酸洛哌丁胺Xian Janssen PharmaceuticalH10910085
琥珀酸普芦卡必利片Jiangsu Hansoh Pharmaceutical GroupH20183482
金双歧Inner Mongolia Shuangqi PharmaceuticalS19980004
mirVana miRNA分离试剂盒Thermo Fisher Scientific--
NEBNext Ploy(A) mRNA磁力分离模块试剂盒New England Biolabs--
Ribo-Zero磁力试剂盒----
KAPA文库定量试剂盒KAPA--
Illumina Hiseq测序仪Illumina--
RNAiso Plus试剂Takara--
PrimeScript RT试剂盒Takara--
TB Green® Premix Ex TaqTakara--
磁珠法土壤和粪便基因组DNA提取试剂盒Tiangen BiotechDP712
Phusion®高保真PCR预混液New England Biolabs--
Qiagen凝胶回收试剂盒Qiagen--
Qubit® 2.0荧光计Thermo Fisher Scientific--
Illumina NovaSeq™ 6000平台Illumina--
Leica光学显微镜Leica--
ImageJ----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立
LOP剂量3 mg/kg,每日两次,连续21天;大鼠品系、周龄、体重、饲养条件
阅读提示:Methods 2.4 Animals
药物干预
金双歧剂量(低0.27、中0.54、高1.08 g/kg/d)、给药方式、给药时间、PST剂量0.18 mg/kg/d
阅读提示:Methods 2.2, 2.3, 2.4
表型检测
粪便收集时间(6小时)、粪便含水量计算公式、活性炭浓度(10%)、测量时间点
阅读提示:Methods 2.5, 2.6
组织病理学
结肠组织固定时间(48小时)、切片厚度(4μm)、染色方法
阅读提示:Methods 2.7
免疫组化
抗体稀释比例(1:100)、孵育条件、显色方法、显微镜倍数(×400)、阳性面积分析方法
阅读提示:Methods 2.8
RNA测序
组织保存方法(RNAlater)、RNA质量要求(RIN≥7)、文库构建试剂盒、测序平台、差异表达阈值(|fold change|≥2, P<0.05)、KEGG富集筛选标准(P<0.01)
阅读提示:Methods 2.9
qRT-PCR
RNA提取试剂、逆转录试剂盒、PCR反应条件(95°C 30s,40循环)、内参基因(GAPDH)、引物序列
阅读提示:Methods 2.10, Supplementary Table S1
16S rDNA测序
粪便样本保存条件(-80°C)、DNA提取试剂盒、PCR引物序列、测序平台、OTU聚类相似度(≥97%)、α/β多样性分析方法
阅读提示:Methods 2.11