Introduction
溃疡性结肠炎（UC）是一种炎症性肠病（IBD），其特征是慢性和易复发。环境、遗传和肠道微生物群因子与免疫系统相互作用，导致结肠炎的免疫反应失调。UC 通常引起肠道粘膜和粘膜下层的炎症，表现为以中性粒细胞大量聚集为特征的固有层和隐窝的脓肿。除了炎症反应外，UC 患者总是伴有肠道微生物群的紊乱，肠道微生物群的组成很难像健康个体那样适当地改变，急性炎症常转化为慢性病程。尽管药物治疗是主要手段，但高副作用和疗效有限的问题依然困扰着患者，已成为亟待解决的问题。
近年来，源自天然植物的多糖和寡糖因其低毒性、免疫调节作用以及潜在的益生元特性，成为研究焦点。相比多糖，寡糖具备更高的溶解性和生物利用度，且其结构更易解析，便于研究其抗炎机制。例如，人乳低聚糖2′-岩藻基乳糖在小鼠模型中已被证明可通过调节细胞因子分泌和促进短链脂肪酸（SCFAs）产生逆转肠道菌群失调。
铁皮石斛属于兰科，主要分布在亚洲和欧洲。作为一种有价值的草药，它的生物活性一直是研究人员关注的焦点。铁皮石斛多糖（DOP）是石斛茎中存在的主要活性物质，已被证明可通过多种途径缓解UC的临床症状。然而，铁皮石斛寡糖（DOO）的研究却相对稀少，尤其是其益生元作用和抗炎潜力。针对此，浙江工业大学蔡铭教授课题组通过建立DSS诱导的慢性结肠炎小鼠模型，探索DOO对结肠炎的潜在缓解作用。这项研究为使用DOO作为肠道炎症的自然疗法提供了证据，并为进一步探索铁皮石斛的活性成分提供了新的见解。
Results and Discussion
1.DOO 对慢性UC小鼠基本指标的影响
基于UC的高复发和缓慢进展设计了DSS诱导的小鼠慢性结肠炎模型。与常见的急性结肠炎模型相比，该模型更接近实际情况，DOO 对慢性UC小鼠基本生理指标的影响如图1所示。实验结果表明，DOO可以缓解小鼠体重减轻和食物摄入量减少的症状，显著逆转由肠道炎症引起的结肠长度异常和粪便出血。同时，DOO治疗可显著降低由慢性结肠炎导致的脾脏指数异常并降低DAI评分。
图1 DOO对慢性UC小鼠基本指标的影响
2.DOO 对慢性UC小鼠肠道组织形态学的影响
如图2所示，正常小鼠结肠可观察到许多典型的U形隐窝和杯状细胞，隐窝的基底厚度适中。MC组结肠组织表现为隐窝变形、萎缩和炎症细胞异常浸润。相比之下，其他实验组小鼠的结肠形态表现出不同程度的恢复。SASP组表现出最有利的恢复，尽管仍有一些炎症细胞浸润，但有大量的隐窝结构和杯状细胞类似于正常情况。DOO治疗的恢复程度略逊于SASP，但优于DOP，这与组织病理学评分结果一致。这些组织学表现表明DOO可以减轻慢性UC小鼠的结肠组织损伤。
图2 小鼠结肠组织的HE染色及病理学评分
3. DOO对慢性UC小鼠促炎细胞因子的影响
如图3所示，DSS处理的UC小鼠血清中三种促炎细胞因子的水平显著升高。这些变化表明肠道炎症是由DSS成功诱导的。与MC组相比，SASP、DOP和DOO处理在不同程度上抑制了血清促炎细胞因子水平的上调。此外，RT-qPCR结果显示，DOOH处理可以降低结肠组织中三种促炎细胞因子的mRNA表达水平，使IL-1β和IL-6水平降至正常。这些结果表明，DOO可能通过减少促炎细胞因子的产生来缓解结肠炎。
图3 DOO对慢性UC小鼠促炎细胞因子的影响
4. DOO对慢性UC小鼠NF-κB信号通路的影响
如图4所示，MC组结肠蛋白p-IKKα/β、p-IκBα和p-NF-κB p65表达水平显著高于NC组。肠道炎症激活 NF-κB 信号通路，DOO 显著抑制IKKα/β、IκBα和p65的磷酸化，从而降低它们的表达水平。与 DOP相比，DOO表现出更好的抑制作用，表明分子量较低的低聚糖可能比多糖获得更好的治疗效果。
图4 DOO对慢性UC小鼠NF-κB信号通路相关蛋白表达水平的影响
5. DOO对慢性UC小鼠肠道菌群的影响
如图5所示，与 NC组相比，MC组的所有指标均显著下降，表明DSS诱导的结肠炎对小鼠的肠道菌群产生不利影响，导致微生物丰富度和均匀度降低。在DOP和DOO干预后，所有指数均呈上升趋势。总体而言，与DOP组相比，DOOH组对 Chao1 指数、观察到的物种指数和Shannon指数表现出优异的修复作用。β多样性评估了多个样本中物种组成和丰度的差异。在主坐标分析（图 5E）中，NC组和MC组位于相对的两端，表明它们的肠道菌群组成存在显著差异。DOOH 和 DOP 组具有相似的肠道菌群组成，这可能与它们的同源性质有关。
图5 肠道微生物群的α和β多样性
在门水平（图 6A），每组小鼠的肠道菌群主要由三个门组成：拟杆菌门、厚壁菌门和疣微菌门。相较于正常小鼠，结肠炎小鼠菌群中拟杆菌门和厚壁菌门的相对丰度显著降低，分别为 45.77% 至 34.61% 和 49.80% 至 23.51%。高剂量DOO有效恢复了拟杆菌门的丰度并降低了疣微菌门的异常增殖。在图 6B 中，它显示了肠道微生物群在属水平上的分布。不同组之间的肠道菌群存在差异，但总体上主要由 Akkermansia、Dubosiella、Lactobacillus、Alistipes、Bacteroides、Lachnospiraceae_NK4A136_group、Alloprevotella和Anaerostipes组成。DOO干预减少了Akkermansia和Lachnospiraceae_NK4A136_group的异常增殖，增加了 Dubosiella、Lactobacillus 和 Alistipes 等有益菌的丰度。
图6 肠道菌群组成分析
LEFSe分析显示（图7A），NC、MC、DOP和 DOOH组分别有10、7、1和6种物质存在显著差异。NC组的厚壁菌门、MC组的疣微菌门和DOOH组的拟杆菌门可被视为它们在门水平上显著差异的生物标志物。NC组的Dubosiella、Lachnospiraceae_NK4A136_group和UCG_005，MC组的Akkermansia和Alistipes，DOP组的乳球菌属和DOOH组的棒状杆菌属可被认为是生物标志物，在属水平上存在显著差异。图7B说明了四组细菌群落之间的分类学差异。值得注意的是，与DOOH组相比，由DSS伴结肠炎诱导的MC组小鼠的肠道菌群结构表现出显着的组间变异性。DOOH处理后，小鼠的肠道菌群在各种分类水平上显示出不同的生物标志物，包括顺序、科、属和种。重要的是，这些生物标志物的类别和丰度水平与 NC 组中观察到的更紧密一致。
图7 小鼠模型中微生物群LEfSe分析的影响
进一步，为了更深入地了解肠道菌群与结肠炎之间的潜在相关性，我们采用 Spearman相关热图分析来检查脾脏指数、DAI、炎性细胞因子和 SCFA 之间的关系（图 8）。研究结果显示，炎性细胞因子和 DAI 与厚壁菌门呈负相关。相反，SCFAs（丙酸和乙酸）与变形菌门和蓝细菌门呈负相关，而与放线杆菌门呈正相关。这些结果强调了肠道微生物群组成与结肠炎相关的炎症过程之间错综复杂的相互作用。
图8 门水平肠道微生物群相对丰度与DSS诱导的结肠炎相关指数之间的Spearman秩相关热图
6. 对慢性UC小鼠SCFA水平的影响
SCFA是肠道微生物群的主要代谢产物。与正常小鼠相比，DSS小鼠结肠内容物中乙酸、丁酸、异丁酸和戊酸水平显著降低。DOO干预可以逆转DSS引起的丁酸含量下降，并显著提高乙酸、丙酸和总SCFA的水平。由于其独特的结构特性，DOO可能更容易被结肠中的肠道微生物群降解和利用，从而增强SCFA的产生。
Conclusion
在本研究中，使用DSS诱导的慢性结肠炎小鼠模型探讨DOO对UC症状改善的影响，并探讨可能的机制。就潜在指标而言，DOO对结肠炎引起的体重减轻、结肠缩短和血便症状有改善作用。DOO通过抑制 NF-κB信号通路减轻结肠炎症损伤。DOO正向调节肠道菌群结构并增加SCFA的分泌以维持结肠炎小鼠的肠道稳态。因此，DOO具有作为UC治疗的新型益生元的潜力。
作者简介
第一作者
石东程，男，浙江工业大学食品科学与工程学院2022级硕士研究生，主要研究方向为食品天然产物与营养健康。
王培毅，男，浙江工业大学食品科学与工程学院2020级硕士研究生，主要研究方向为植物功能因子挖掘和基于肠道菌群-代谢产物-结肠屏障途径的药理药效及临床功效评价。以第一作者（含导师第一，本人第二）在Journal of Agricultural and Food Chemistry和Food & Function等期刊发表SCI论文3篇。
通讯作者
蔡铭，博士，教授，博士生导师。现为浙江工业大学食品科学与工程学院食品质量与安全系主任、食品天然产物与营养健康研究中心副主任。主要从事食药同源天然产物多糖与多酚、食品非热加工技术与理论、功能性食品开发等方面的研究工作。主持国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、浙江省重点研发计划、企业横向等课题。获浙江省科技进步二等奖、中国商业联合会科技进步一等奖等。研究成果在Trends in Food Science & Technology、Carbohydrate Polymers、Food Hydrocolloids、Food Chemistry、Journal of Agricultural and Food Chemistry、Journal of Food Engineering、中国食品学报、食品科学等国内外高水平期刊上发表50余篇。担任中国食品科学技术学会非热加工技术分会委员、LWT期刊编委、Food & Medicine Homology、Food Bioengineering、Food Innovation and Advances期刊青年编委等职务。
原文网址：https://www.sciopen.com/article/10.26599/FMH.2025.9420077