低聚糖通过促进小鼠体内表达β-1,4-糖苷酶的乳酸菌属（Lactobacillus spp.）的生长，从而增强T细胞的免疫力

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects》：Chitooligosaccharides enhance T-cell immunity via supporting the dominant growth of β-1,4-glycosidase-expressing Lactobacillus spp. in mice

本研究通过给小鼠口服壳聚糖寡糖（COSs），发现其显著增加肠道乳酸杆菌（如L. brevis和L. gasseri）丰度，并通过β-1,4-糖苷酶活性差异促进脾脏CD3+ T细胞增殖，揭示COSs通过调节菌群-免疫互作实现免疫增强的机制。

　　

作者：方慧 | 纳维德·穆罕默德 | 刘贺 | 阿特娜·阿姆纳 | 杜玉光 | 李文哲 | 李明

中国辽宁省大连市大连医科大学基础医学科学学院，邮编116044

摘要

壳寡糖（COSs）是壳聚糖聚合物的水解产物，具有多种生物功能，尤其是在免疫激活方面。肠道微生物群与人体肠道中天然糖类的分解密切相关，在调节免疫系统中起着关键作用。然而，肠道微生物群在介导壳寡糖对免疫系统影响中的作用和机制尚不清楚。在本研究中，BALB/c小鼠被给予浓度为0.1 g/mL的壳寡糖溶液（100 μl），持续60天，随后检测了小鼠的肠道微生物群和脾脏中的免疫细胞。壳寡糖的给药改变了小鼠的肠道微生物群，尤其是促进了乳杆菌属（Lactobacillus）的数量增加，这一现象与接受壳寡糖的志愿者的粪便样本观察结果一致。经胃内给药后，脾脏中CD3⁺ T细胞的比例有所提高。壳寡糖还以剂量依赖的方式促进了乳杆菌属（如L. brevis和L. gasseri）的生长，且共培养培养基的上清液能够促进Jurkat细胞（人类T细胞白血病细胞）的增殖。β-1,4-糖苷酶的表达显著促进了这些乳杆菌菌株对壳寡糖的利用。此外，我们通过蛋白质测序和结构分析研究了不同乳杆菌菌株间β-1,4-糖苷酶的差异。总体而言，我们的结果表明，壳寡糖可以通过支持小鼠肠道中乳杆菌属的生长来促进T细胞的增殖，进一步揭示了壳寡糖在人体中的免疫调节机制及其在健康促进方面的应用前景。

引言

壳寡糖（COSs）是壳聚糖聚合物的水解产物，其线性低聚物主要由β-1,4-连接的D-葡糖胺（GlcN）组成，部分由1,4-连接的N-乙酰-D-葡糖胺（GlcNAc）组成[1][2]。壳聚糖的化学结构在壳寡糖中保持不变，并且在中性pH下具有更好的水溶性和较低的粘度[3][4]。近年来，已报道壳寡糖具有多种与健康益处相关的生物功能[4][5][6][7][8]，如抗炎[7][9][10]、免疫刺激[11][12][13]、抗肿瘤作用[14][15]、抗菌活性[4]和抗氧化活性[10]。虽然人类体内存在酸性哺乳动物壳聚糖酶，可以部分（尽管效率较低）消化壳寡糖，但由于缺乏内源性β-1,4-糖苷酶，这些糖类的彻底消化受到限制[16][17][18]。因此，壳寡糖发挥如此重要作用的具体机制仍不明确。

肠道微生物群能够产生大量酶来水解人体无法直接消化的碳水化合物，例如β-1,4-糖苷酶[19][20]。研究表明，拟杆菌属（Bacteroides）表达多种糖苷酶和葡萄糖苷酶，有助于多糖的有效发酵[21]，而双歧杆菌属（Bifidobacterium）表达β-半乳糖苷酶（EC 3.2.1.23）、β-1,3-半乳糖苷酶（EC 3.2.1.145）和内β-1,4-半乳聚糖酶（EC 3.2.1.89）[22]，因此它们可以发酵低分子量碳水化合物。这些碳水化合物作为功能性成分，有助于维持复杂的胃肠道微生物生态系统，并有助于预防肠道菌群失调[23][24]。

微生物群是生活在所有哺乳动物体内和表面的微生物集合，为宿主免疫系统的发育和功能提供重要信号[25][26][27][28]。多项研究证实，肠道细菌与机体免疫和抗炎功能密切相关[29][30][31][32]。微生物群强烈影响先天免疫细胞（如先天淋巴细胞）的转录编程[33][34]。对于适应性免疫细胞，特定细菌种类对其有直接影响；例如，脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis）可以通过产生多糖A来影响TH1细胞和TH2细胞之间的平衡，并引导调节性T细胞（Treg细胞）的发育[35]。简而言之，微生物群的波动及其代谢物的变化会显著影响宿主的免疫系统。因此，壳寡糖如何通过影响肠道微生物群发挥免疫调节作用值得进一步研究。

为了探究肠道微生物群在介导壳寡糖对免疫系统影响中的作用，我们将小鼠给予壳寡糖60天后，检测了其肠道微生物群和免疫细胞。我们的数据表明，壳寡糖显著促进了肠道乳杆菌属的生长，并增加了CD3⁺ T细胞的增殖比例。

试剂

试剂

壳寡糖（COSs，2 ≤ m ≤ n ≤ 8）由中国科学院大连化学物理研究所的尹恒教授提供；3-(4,5-二甲基-2-噻唑基)-2,5-二苯基-2H-四唑溴化物（Thiazolyl Blue Tetrazolium Bromide，MTT）购自Sigma（美国）；乳杆菌MRS培养基和无糖培养基购自中国的青道Hopebio公司。

小鼠

十六只4周大的雄性BALB/c小鼠（体重18–22克）由Major Gene Engineering and Disease提供

壳寡糖给药增加了脾脏中T细胞和NK细胞的比例

所使用的壳寡糖由2–8个D-葡糖胺（GlcNac）和部分N-乙酰-D-葡糖胺（GlcNAc）通过β-1,4-糖苷键连接而成（图1A）。为了分析壳寡糖的吸收情况，小鼠被随机分为对照组（Control，n = 8）和壳寡糖组（COSs，n = 8）（图1B）。为了评估壳寡糖对免疫功能的影响，我们比较了壳寡糖组和对照组小鼠的脾脏细胞比例。

讨论

壳寡糖是一种从壳聚糖中提取的天然多糖，其纳米颗粒已被广泛应用于水产养殖和家禽产业中，作为增强免疫力的饲料添加剂[10][13][39]。然而，关于其对哺乳动物免疫系统影响的研究仍然有限。一篇现有研究表明，壳寡糖可缓解感染鼠类（Syphacia muris）的脾脏组织中的淋巴细胞耗竭[40]。另一项研究显示，壳寡糖能增强巨噬细胞的活化作用

局限性

本研究可能存在一些局限性。首先，我们认识到靶向基因敲除或敲低仍是验证特定基因功能的最可靠方法。然而，目前乳杆菌菌株的基因编辑技术还不够高效，这限制了直接进行基因沉默的可行性。为了解决这一局限性，我们结合了比较基因组学、分子对接和定量表达分析等方法

结论

我们阐明了壳寡糖、微生物群和T细胞之间的关系。壳寡糖改变了微生物群的组成，特别是增加了乳杆菌属的数量，随后改变了代谢物的组成，最终显著增加了脾脏中T细胞的比例。同时，我们探讨了这些代谢物对T细胞增殖的潜在影响。这为理解适应性免疫与壳寡糖之间的关系提供了新的见解。此外，壳寡糖的作用还

作者贡献声明

方慧：撰写初稿、数据可视化、正式分析。 穆罕默德·纳维德：数据验证。 刘贺：数据验证、方法学审查与编辑。 李文哲：撰写、审稿与编辑、监督工作及资金申请。 李明：撰写、审稿与编辑、监督工作。

利益冲突声明

作者声明不存在任何商业或财务利益关系。

致谢

本研究得到了SUMC科学研究启动基金（编号510858066）、广东省基础与应用基础研究基金（编号2024A1515012796）、省级科技创新战略城市及县区科技创新支持项目（编号STKJ2023008）以及大连市科技创新项目（编号2024YF18PT036、2024JJ212PT014）的支持。