文章标题：Bifidobacterium animalis BD400 protects from collagen-induced arthritis through histidine metabolism

发表期刊：Frontiers in Immunology

影响因子：5.9

客户单位：光明乳业股份有限公司

百趣提供服务：肠道菌群非靶标代谢组学、微生物16S扩增子测序

研究背景

类风湿关节炎(Rheumatoid Arthritis, RA)是一种慢性自身免疫病，以持续性滑膜炎症、软骨与骨损伤为主要特征，严重可致残疾，全球患病率0.5%–1.0%，中国为0.2%–0.3%，发病机制尚未完全阐明。临床研究证实，肠道菌群紊乱与 RA 发生发展密切相关，可能诱发全身免疫失调；常规抗风湿药物(Diseasemodifying anti-rheumatic drugs, DMARDs)或可通过间接调节肠道菌群发挥作用，提示早期靶向肠道菌群的益生菌干预有望预防或延缓RA。

益生菌可调节菌群、增强肠道屏障并调控免疫，既往混合益生菌研究已证实其可改善RA患者病情，但单一双歧杆菌菌株的作用与机制仍不明确。本研究拟通过早期口服动物双歧杆菌BD400恢复肠道菌群平衡，探究其对RA的保护作用，为RA的日常预防提供依据。

技术路线

图1.技术路线图

研究结果

01.双歧杆菌显著缓解实验性关节炎症状

本研究设置正常对照组（图2H）、胶原诱导性关节炎(Collagen-Induced Arthritis, CIA)模型组（图2G）、甲氨蝶呤(Methotrexate, MTX)阳性对照组（图2F）及5株双歧杆菌干预组（图2A–E），通过每周监测大鼠体重、足爪厚度与关节炎临床评分评价干预效果（图2I–K）。

结果显示，CIA模型组大鼠于第21天出现明显足爪红肿，体重先降后升，足肿胀在第42天达到峰值。MTX组因药物肝毒性与胃肠道反应，体重持续低于模型组，仅在后期减轻足肿胀，但无法完全控制疾病活动。5株双歧杆菌干预组大鼠体重波动更小、恢复更平稳，其中动物双歧杆菌BD400组（图2B）对足肿胀的缓解效果最为显著，可明显减轻足爪红肿，且关节炎临床评分降低最为明显。

图2.口服双歧杆菌对CIA大鼠爪关节炎症状的影响

02.双歧杆菌改善CIA大鼠关节组织病理学特征

对大鼠膝关节进行HE染色和番红O-固绿染色（图3）结果显示，CIA模型组（图3G）膝关节骨损伤严重、软骨基质染色减少提示胶原大量流失，同时伴随滑膜损伤与钙化软骨层增厚。动物双歧杆菌BD400组及其他双歧杆菌干预组（图3A–E）关节染色均匀，透明软骨层厚度显著恢复、钙化软骨层变薄，其中BD400组与长双歧杆菌BD3150组（图3A）效果最接近正常对照组（图3H），有效减轻关节炎症损伤、滑膜增生与胶原流失，恢复关节软骨结构完整性。

图3.CIA大鼠口服双歧杆菌治疗的组织病理学分析

03.双歧杆菌降低大鼠关节组织中炎症标志物的表达

免疫荧光染色定量分析膝关节组织中TNF-α和MMP-13蛋白表达水平（图4）发现，CIA模型组阳性荧光信号显著增强，而动物双歧杆菌BD400组荧光强度显著降低(p<0.05)，且与正常对照组无显著差异(p>0.05)，说明该菌株能有效抑制关节组织中两种关键炎症相关蛋白的表达，显著减轻局部炎症反应。

图4.大鼠关节组织中TNF-a和MMP13的表达

04.双歧杆菌降低CIA大鼠特异性抗体水平

ELISA检测血清抗CII IgG及其亚型水平（图5A–D）显示，CIA模型组上述抗体水平显著高于正常对照组(p<0.05)；动物双歧杆菌BD400组与长双歧杆菌BD3150组血清中总抗CII IgG及IgG1、IgG2a亚型水平均显著低于模型组(p<0.05)，可通过减少致病性自身抗体生成，减轻其介导的关节炎症损伤。

图5.双歧杆菌对大鼠炎症反应的影响

05.双歧杆菌调节CIA大鼠的免疫反应

对血清和关节滑液细胞因子进行检测（图5E–G）发现，CIA模型组血清IL-17A及滑液中TNF-α、IL-1β水平均显著升高(p<0.01)；动物双歧杆菌BD400与长双歧杆菌BD3150干预后，上述关键炎症因子水平均显著降低(p<0.05)，可有效抑制CIA大鼠全身及关节局部的炎症免疫反应。

06.双歧杆菌对CIA大鼠肠道屏障相关蛋白基因表达的影响

qPCR检测回肠组织肠道屏障相关蛋白基因表达水平（图6）显示，与正常对照组相比，CIA模型组Occludin-1、MUC-2表达显著降低，Claudin-1表达显著升高，ZO-1无明显变化；动物双歧杆菌BD400干预可显著上调Occludin-1、MUC-2、ZO-1表达并下调Claudin-1水平，有效修复肠道屏障完整性、降低异常肠道通透性，维持肠道内环境稳态。

图6.大鼠肠道屏障蛋白基因表达

07.双歧杆菌改变CIA大鼠肠道菌群的组成和多样性

16S rDNA测序分析（图7–9）显示，CIA模型组与正常对照组在菌群α多样性（Chao1、Shannon、Simpson指数，图7C–E）及β多样性物种分布（PCoA、NMDS，图7F–G）均存在显著差异(p<0.05)。动物双歧杆菌BD400干预可显著重塑CIA大鼠肠道菌群分布结构，降低致病菌相关的HT002属相对丰度（图8E、G）；同时菌群互作网络由模型组的负相关主导模式（图9D）转为正相关主导模式（图9C），有效恢复肠道菌群微生态稳态。

图7.双歧杆菌对肠道菌群相对丰度和多样性的影响

图8.双歧杆菌对肠道菌群物种组成的影响

图9.LEfSe分析和相关性分析

08.肠道菌群的非靶标代谢组学分析

非靶标代谢组学检测结果（图10）显示，CIA模型组与正常对照组间嘌呤核苷、脂肪酸等差异代谢物变化趋势显著（图10A、C）；动物双歧杆菌BD400组差异代谢物的变化趋势与模型组完全相反（图10B、D），并可显著下调组氨酸代谢通路中1-甲基-L-组氨酸和尿刊酸的水平，通过调控关键代谢通路改善CIA大鼠体内类风湿关节炎相关的代谢紊乱。

图10.通过非靶标代谢组学分析差异代谢物和代谢途径

研究总结

动物双歧杆菌BD400通过调控CIA大鼠肠道菌群中HT002属丰度与组氨酸代谢通路，修复肠道屏障功能、降低异常肠道通透性，并有效抑制全身炎症反应，最终延缓类风湿关节炎(RA)的发生与发展进程。本研究为RA的早期预防提供了全新思路与实验依据，表明动物双歧杆菌BD400有望成为RA日常预防的潜在益生菌制剂；但该菌株发挥保护作用的关键分子靶点仍需深入探索，以进一步推动其在RA预防领域的临床转化应用。

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