来自羽衣甘蓝（Undaria pinnatifida）的岩藻多糖（Fucoidan）通过调节肠道-肺部轴（gut-lung axis），抑制由粪肠球菌（Enterococcus faecium）诱导的促炎性巨噬细胞极化反应及小鼠肺部损伤

《International Journal of Biological Macromolecules》：Fucoidan from Undaria pinnatifida suppresses Enterococcus faecium-induced pro-inflammatory macrophage polarization and lung injury in mice via modulation of the gut-lung axis

海带硫酸多糖通过激活Nrf2通路和调节色氨酸代谢减轻鼠源肠-肺轴介导的肺炎症，改善肠道屏障并修复菌群失调。

　　

李书刚|郑伟云|任晓萌|宋双|艾春青

大连工业大学海洋食品工程技术学院，国家海洋食品工程技术研究中心，中国大连，116034

摘要

细菌性肺炎仍然是全球主要的健康挑战之一，新兴证据表明肠道-肺部轴是调节肺部炎症的重要因素。本研究探讨了从Undaria pinnatifida中提取的岩藻多糖（UPF-10）在Enterococcus faecium E745诱导的小鼠肺炎症模型中的保护作用。UPF-10治疗显著减轻了肺损伤和纤维化，并降低了肺部和胸腺的指标。这些保护作用与中性粒细胞浸润减少、炎症反应抑制以及全身脂多糖水平下降密切相关。机制上，UPF-10通过激活Nrf2通路减轻氧化应激，并使巨噬细胞极化从促炎型M1表型转向抗炎型。UPF-10通过恢复紧密连接蛋白并减轻肠道炎症来保持肠道屏障的完整性。肠道微生物群分析显示，UPF-10通过富集某些有益菌群和增加短链脂肪酸的产生，使E. faecium诱导的微生物群失调恢复正常。靶向血清代谢组学进一步表明，UPF-10部分逆转了与炎症相关的代谢紊乱，特别是色氨酸代谢，导致循环中的犬尿氨酸水平升高。体外实验确认，犬尿氨酸通过激活芳烃受体促进了抗炎巨噬细胞表型的形成。这些发现表明，UPF-10可以通过调节肠道-肺部轴来缓解肺部炎症，支持其作为治疗炎症性肺疾病的潜在功能性食品成分的潜力。

引言

肺部炎症是全球发病率和死亡率的主要原因之一，对全球卫生系统和经济构成了严重挑战[1]。其特征通常是肺泡内积聚液体或脓液，导致咳嗽和呼吸困难等临床症状[2]。目前的治疗方法，包括抗生素和糖皮质激素，受到副作用、长期疗效下降以及药物耐药性增加的限制，这阻碍了慢性及复发性呼吸道疾病的管理[3]。这些局限性凸显了需要新的治疗策略来补充当前的临床管理并改善治疗效果。

“肠道-肺部轴”描述了肠道与呼吸系统之间的双向相互作用，肠道微生物群通过这种相互作用显著影响肺部免疫反应[4]。肠道微生物群通过多种机制调节全身免疫，包括产生微生物代谢物（如短链脂肪酸SCFA）、将微生物成分（如脂多糖）转运到循环系统中以及调节免疫细胞的迁移[5]。肠道微生物群稳态的破坏（失调）会损害肠道屏障的完整性，促进全身炎症，并增加呼吸道感染的易感性[6]。与此概念一致，Streptococcus pneumoniae和Haemophilus influenzae等病原体已被证实通过肠道-肺部轴介导的机制参与肺部炎症[2]。值得注意的是，先前的研究显示，用从肺炎患儿中分离出的E. faecium E745进行口服灌胃可在小鼠中诱导肺部炎症，为肠道-肺部相互作用的功能相关性提供了直接实验证据[7]。

鉴于肠道微生物群在调节全身免疫中的关键作用，通过调整微生物组成的饮食干预已成为缓解肺部炎症的有希望的策略[8]。在膳食生物活性物质中，多糖因其益生元特性和抗炎潜力而受到广泛关注[9]。例如，Anemarrhena asphodeloides多糖已被证明可以通过调节肠道微生物群来缓解小鼠的肺部炎症[10]。岩藻多糖是一种丰富的褐藻硫酸化多糖，具有广泛的生物活性[11]。值得注意的是，岩藻多糖已被证明可以通过依赖肠道微生物群的机制调节远端器官（包括大脑、肝脏和心脏）的炎症反应[12]，[13]。新兴证据进一步表明，岩藻多糖在肺损伤和炎症的实验模型中具有保护作用[14]，但其潜在机制仍有待阐明。

Undaria pinnatifida是一种因其营养价值和生物活性化合物而被广泛食用的褐藻，具有悠久的药用历史[15]。传统中医文献，包括《本草纲目》和《药食本草》，记录了其用于治疗甲状腺肿、泌尿系统疾病、瘰疬和胃部不适等病症[16]。在其活性成分中，U. pinnatifida岩藻多糖（UPF）因促进健康的功效而受到越来越多的关注，这些功效通常与调节肠道微生物群和代谢物有关[17]。然而，其在呼吸系统疾病中的潜在益处及其潜在机制仍不明确。在本研究中，我们纯化了UPF以获得一个明确的分馏物UPF-10。然后，我们评估了UPF-10对E. faecium E745诱导的小鼠肺炎症的影响，重点关注肠道屏障的完整性、肠道微生物群的组成以及血清代谢物谱型。此外，还在体外评估了UPF-10对屏障功能的保护作用以及与UPF-10干预相关的关键血清代谢物犬尿氨酸（KYN）的抗炎作用。本研究旨在阐明UPF-10是否以及如何通过协调调节微生物群-肠道-肺部轴来缓解E. faecium诱导的肺炎。

材料与化学品

Undaria pinnatifida购自当地海鲜市场。丙二醛（MDA）、过氧化氢酶（CAT）、还原型谷胱甘肽（GSH）、总抗氧化能力（T-AOC）和髓过氧化物酶（MPO）检测试剂盒购自建城生物工程有限公司（南京，中国）。犬尿氨酸（KYN）、白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6）的酶联免疫吸附测定（ELISA）试剂盒购自酶联生物技术有限公司（上海，中国）。

UPF-10的结构表征

HPGPC分析显示，UPF-10呈现一个单一的对称峰，估计分子量为424 kDa（图S1A，B），表明其具有高纯度。UPF-10含有76.0 ± 2.3%的中性糖、5.3 ± 0.3%的 uronic酸、7.3 ± 0.2%的硫酸基团和1.2 ± 0.05%的蛋白质（表S5）。单糖组成分析确定半乳糖（Gal）和岩藻糖（Fuc）为主要单糖，摩尔比为1.87:1（图S1C）。FT-IR光谱（图S1D）显示出一个宽峰。

讨论

呼吸系统疾病仍然是全球主要的健康负担，这凸显了需要替代或补充现有抗感染和抗炎方法的治疗策略。越来越多的证据支持肠道-肺部轴的概念，即肠道微生物群失调与肺部炎症的发展和加重密切相关[9]。在此背景下，本研究探讨了UPF-10在E. faecium

结论

本研究表明，UPF-10可以缓解小鼠中E. faecium诱导的肺部炎症，这些保护作用与肠道-肺部轴的协调调节有关。UPF-10的给药与肠道屏障完整性的改善、微生物群组成的重塑、促炎型M1巨噬细胞极化的减弱以及全身代谢的重编程有关。在观察到的代谢变化中，血清KYN水平的升高和肺部AhR信号的增强尤为显著。

作者贡献声明

李书刚：撰写初稿、验证、正式分析、数据管理、概念构建。郑伟云：正式分析、数据管理。任晓萌：验证、软件操作。宋双：方法学设计、数据管理。艾春青：撰写、审稿与编辑、监督、实验设计。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：32072226）的支持。