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炎症性肠道疾病(Inflammatory bowel disease,IBD)是一种与粘膜免疫系统和肠道生态系统失调有关的慢性易复发和缓解疾病,其在中国的发病率急剧增加,显示出低龄化趋势。目前IBD的病因及发病机制尚不明确,近年研究发现肠道菌群失衡及代谢紊乱在IBD发生发展过程中起重要作用。母乳低聚糖(Human milk oligosaccharides,HMO)已被证实可通过促进有益菌定殖、抵御病原体感染、提高免疫发育等途径改善肠道健康。特别是,HMO中含量最丰富的成分2’-岩藻糖基乳糖(2’-fucosyllactose,2’-FL)已商业应用于一些婴儿食品和针对特殊医学用途的食品。然而,尚不清楚HMO和2’-FL是否有缓解较大儿童和成人IBD的作用。因此,我们利用DSS诱导的肠炎小鼠模型,评估补充HMO或2’-FL对炎症反应、肠道菌群组成和SCFAs含量的影响。研究结果将有助于明确HMO参与肠道抗炎及其稳态调控的生物学机制,为HMO的“饮食干预治疗”提供有力的理论支持。一、HMO对DSS诱导小鼠肠炎症状的影响本研究首先利用葡聚糖硫酸盐(DSS)诱导建立肠炎小鼠模型,分析HMO或2’-FL对DSS诱导小鼠肠炎症状的缓解作用。经过适应性喂养一周后,50只C57BL/6小鼠(6周龄、雌性)被随机分为5组(n=10):正常组、DSS肠炎组、HMO组(400mg/kg BW)、2’-FL低剂量组(200mg/kg BW)和2’-FL高剂量组(400mg/kg BW)。通过小鼠体重、DAI评分、免疫器官指数、结肠长度和结肠病理切片以及炎症标志物水平评估肠道炎症程度。结果表明,与正常组相比,DSS诱导小鼠出现严重的肠道炎性反应,具体表现为体重减轻、DAI评分增加、脾指数增加和胸腺指数减小、结肠缩短、组织损伤、MPO活性、IL-6和TNF-α分泌水平增加、IL-10下调。HMO和2’-FL干预后均改善了小鼠体重降低、DAI评分升高、结肠损伤等表型指标,以及炎性标志物水平,不同程度逆转了炎性反应,并且2’-FL组呈现剂量依赖性。二、HMO对DSS诱导肠炎小鼠肠道菌群的影响进一步利用Illumina Mi Seq平台对肠道细菌的16S r DNA基因(V3-V4区)进行测序分析,分析HMO或2’-FL对肠炎小鼠肠道菌群的影响。结果发现,与正常小鼠相比,DSS诱导小鼠菌群多样性和丰富度降低,经HMO干预后增加,但2’-FL组没有效果。PCo A分析显示正常组与HMO组细菌群落结构相似,表明HMO对DSS诱导的肠道群落紊乱具有良好的调节作用。门水平上,与正常组小鼠相比,DSS组小鼠肠道中拟杆菌门(Bacteroidetes)比例降低,而厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)相对丰度增加。经HMO干预后Bacteroidetes比例增加,Firmicutes和Proteobacteria丰度降低,2’-FL组增加了Bacteroidetes比例,减少了Proteobacteria的占比,但是显著地增加了Firmicutes的相对丰度。属水平上,与正常组相比,DSS组中链球菌(Streptococcus)、大肠杆菌志贺菌(EscherichiaShigella)和乳球菌(Lactococcus)相对丰度明显增加,乳酸杆菌(Lactobacillus)、未分类Muribaculaceae、毛螺菌科(Lachnospiraceae)和艾克曼菌(Akkermansia)比例降低。经HMO和2’-FL干预后,均逆转了Streptococcus、Escherichia-Shigella和Lactococcus的过度增加,并且HMO组增加了Muribaculaceae、Bacteroides、Ruminococcus torques group菌属的相对丰度,而2’-FL剂量依赖性的显著增加了Lactobacillus相对丰度。另外,关于优势菌属与炎症生物标志物相关性分析结果显示Lactobacillus和Muribaculaceae的相对丰度总体上与促炎因子呈负相关趋势,但是与IL-10呈正相关。相反的,Streptococcus,Escherichia-Shigella和Lactococcus的比例与与促炎生物标记物总体呈正相关,而与IL-10呈显著负相关(P<0.05)。更多的,PICRUSt分析结果发现与肠炎组相比,HMO组和2’-FL-H中分别与感染性疾病以及与癌症途径有关的微生物基因量减少,而与糖代谢相关基因增加,如糖胺聚糖降解、糖酵解/糖异生。三、HMO对DSS诱导肠炎小鼠短链脂肪酸(SCFAs)的影响同时,采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)定量测定各处理组肠道中的SCFAs水平。结果发现,与正常小鼠相比,DSS组的SCFAs含量显著减少,其中乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异丁酸、异戊酸和己酸含量均下调(P<0.05)。与DSS组相比,经过HMO干预后,乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异丁酸、异戊酸均显著增加(P<0.05),2’-FL增加了SCFAs总体水平,并且存在剂量依赖性,其中2’-FL-H组中乙酸、丙酸、戊酸、异丁酸和异戊酸含量显著增加(P<0.05)。并且相关性分析结果发现Lactobacillus与丙酸和异戊酸,以及未定义Muribaculaceae和丁酸分别呈显著正相关(P<0.05)。实验结果表明,HMO或2’-FL能够有效缓解DSS诱导肠炎,其作用途径可能归因于条件性致病菌丰度的降低以及潜在有益菌属比例的增加,以及对菌群代谢产物SCFAs的调节作用,进而改善了肠炎小鼠肠道微生态稳定以及代谢平衡。值得注意的是,2’-FL高剂量效果与HMO相似。本研究为HMO或单一成分2’-FL作为一种特殊食品的成分,用以缓解儿童或成人IBD提供有力的支持。