2区5.1分！宏基因组测序生信分析+菌群共现网络分析揭示：补充嗜酸乳杆菌单菌株修复肠道屏障？抑制炎症级联反应，改善便秘小鼠排便参数！- 大数跨境

2区5.1分！宏基因组测序生信分析+菌群共现网络分析揭示：补充嗜酸乳杆菌单菌株修复肠道屏障？抑制炎症级联反应，改善便秘小鼠排便参数！

CNS生信新靶点挖掘

2026-04-22

导读：慢传输型便秘患者肠道菌群中嗜酸乳杆菌丰度显著降低。本研究利用STC患者粪菌移植构建人源化便秘小鼠模型，证实单独补充嗜酸乳杆菌可显著提高粪便含水量、缩短肠道转运时间。该研究为嗜酸乳杆菌单菌株治疗STC提

慢传输型便秘患者肠道菌群中嗜酸乳杆菌丰度显著降低。本研究利用STC患者粪菌移植构建人源化便秘小鼠模型，证实单独补充嗜酸乳杆菌可显著提高粪便含水量、缩短肠道转运时间。宏基因组测序显示，L. acidophilus降低厚壁菌门中梭菌属和罗氏菌属丰度，提升拟杆菌门比例，并使菌群互作网络正向连接增加至69.37%。机制上，它通过下调TPH1与机械敏感通道Piezo1表达抑制5-HT过量合成，同时上调Occludin并抑制TNF-α/IL-1β，修复肠屏障。该研究为嗜酸乳杆菌单菌株治疗STC提供了有力的微生态与分子药理依据。

今天给大家解读一篇3月发表在《Frontiers in Nutrition》上的题目为“Lactobacillus acidophilus alleviates slow transit constipation by modulating 5-HT pathway and gut microbial composition.”的文章。该研究首先通过给小鼠服用抗生素清除其自身肠道菌群，随后将STC患者的粪便菌悬液通过灌胃移植给小鼠，成功建立了人源化STC模型。然后，对模型小鼠给予嗜酸乳杆菌治疗。通过检测粪便参数（含水量、胃肠道转运时间）、结肠组织病理学、炎症因子水平、5-HT信号通路关键分子（TPH1, Piezo1）的表达以及肠道菌群结构，系统评估了嗜酸乳杆菌的治疗效果并探讨了其作用机制。研究结果表明，嗜酸乳杆菌通过修复肠道屏障、抑制炎症、调节5-HT通路（下调TPH1和Piezo1，降低5-HT水平）以及重塑肠道微生物群（改变厚壁菌门/拟杆菌门比例，增强菌群间正相关互作），最终显著改善了STC小鼠的便秘症状。（请持续关注我们，每天为您解读最新见刊的文献!）想薅生信资料羊毛？直接在对话框回复 “资料”，免费领取干货大礼包！包括数据集、绘图代码、图表复现、思路总结、参考文献……0代码！鼠标点点点即可轻松完成5-10分生信SCI全文复现！

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题目：《嗜酸乳杆菌通过调节5-HT通路和肠道微生物组成缓解慢传输型便秘》Lactobacillus acidophilus alleviates slow transit constipation by modulating 5-HT pathway and gut microbial composition

发表期刊：Frontiers in Nutrition

影响因子：5.1

研究背景：

STC的临床挑战
慢传输型便秘是一种常见的慢性胃肠道疾病，以结肠蠕动减慢、排便次数减少、排便困难为特征。当前药物治疗（如泻药）存在副作用，且长期使用易导致肠道菌群失衡、神经肌肉功能损伤，停药后症状可能加重。因此，亟需安全有效的治疗策略。
益生菌与便秘
大量证据表明，益生菌（如乳酸杆菌和双歧杆菌）可通过调节肠道菌群、改善肠道环境、维持微生物平衡等多种方式缓解便秘。嗜酸乳杆菌是重要的肠道益生菌，具有免疫调节、营养、抗氧化等多种生物学功能。
5-HT与肠道动力
5-羟色胺（5-HT）是调节肠道运动的关键神经递质和旁分泌信号分子，约90%由肠嗜铬细胞（ECs）合成，TPH1是其合成关键酶。Piezo1是一种在ECs上表达的机械敏感离子通道，可感知机械刺激并参与5-HT的释放。STC患者中常出现5-HT信号通路异常。
研究空白
虽然已有研究提示含嗜酸乳杆菌的混合物能缓解便秘，但单一嗜酸乳杆菌菌株缓解STC的分子机制尚不清楚。

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研究思路：

构建疾病模型
使用抗生素清除小鼠自身肠道菌群，再通过粪便菌群移植（FMT）将STC患者的粪便菌群移植给小鼠，构建更接近临床实际情况的“人源化”STC模型。
分组与干预
将小鼠分为三组：对照组（接受健康供体菌群 + MRS培养基）、模型组（接受STC患者菌群 + MRS培养基）、嗜酸乳杆菌组（接受STC患者菌群 + 嗜酸乳杆菌）。
体内效果评估
检测粪便含水量和总胃肠道转运时间（TGTT）以评估便秘症状改善情况；通过H&E染色观察结肠组织病理学变化；检测肠道屏障相关基因（Occludin）和炎症因子（TNF-α, IL-1β）表达。
机制探究（体内+体外）
在体内检测结肠组织中5-HT通路关键基因（TPH1, Piezo1）的表达和血清5-HT水平。在体外，使用QGP-1细胞（EC细胞模型），分别用STC患者菌群上清液和嗜酸乳杆菌上清液处理，检测TPH1, Piezo1的表达和5-HT分泌水平。
菌群分析
通过16S rRNA和宏基因组测序分析各组小鼠肠道菌群的结构变化、物种差异，并通过共现网络分析探究菌群间互作关系。

研究亮点：

模型创新性
采用“人源化”小鼠模型，即通过将STC患者的粪便菌群移植给经抗生素处理的小鼠来诱导便秘。这一方法比传统的洛哌丁胺诱导模型更贴近人类STC的复杂病因和肠道微生态失调特征，提高了研究的临床转化潜力。
机制探索深入
研究不仅在动物体内验证了嗜酸乳杆菌对5-HT信号通路关键基因（TPH1）和机械敏感离子通道（Piezo1）的调控作用，还通过体外细胞实验（QGP-1细胞）进行了验证，增强了结论的可靠性。
多维度分析
研究综合运用了组织病理学（H&E染色）、免疫组化（IHC）、RT-qPCR、ELISA、16S rRNA基因测序和宏基因组测序等多种技术手段，从肠道屏障、炎症、5-HT信号通路及肠道菌群结构等多个层面系统阐述了嗜酸乳杆菌的作用机制。
聚焦单一菌株
当前研究多集中于多菌株益生菌制剂，本研究明确探讨了单一嗜酸乳杆菌菌株的独立作用，为精准益生菌干预提供了理论依据。

研究结果：

改善便秘症状
与模型组（STC+MRS）相比，嗜酸乳杆菌治疗组（STC+La）小鼠的粪便含水量显著增加，胃肠道转运时间显著缩短，便秘症状得到有效缓解。
修复肠道屏障与抑制炎症

H&E染色显示，模型组结肠黏膜结构严重受损，炎性细胞浸润；嗜酸乳杆菌处理后，炎症浸润显著减少，杯状细胞排列更规则，数量显著增加。
RT-qPCR显示，模型组结肠中紧密连接蛋白Occludin的mRNA表达显著降低，而嗜酸乳杆菌治疗能显著上调其表达。
模型组结肠中促炎因子TNF-α和IL-1β的mRNA表达显著升高，而嗜酸乳杆菌治疗能将其水平降至与对照组无显著差异。

调节5-HT信号通路

体内实验
模型组小鼠结肠组织中TPH1和Piezo1的mRNA表达及血清中5-HT浓度均显著高于对照组；嗜酸乳杆菌治疗能显著降低这些指标。
体外实验
STC患者菌群上清液处理QGP-1细胞后，TPH1和Piezo1表达上调，5-HT分泌显著增加。而嗜酸乳杆菌上清液处理QGP-1细胞后，能显著降低Piezo1表达和5-HT分泌水平，但对TPH1表达影响不显著。

重塑肠道菌群结构

菌群组成变化
在门水平，模型组厚壁菌门丰度较高，嗜酸乳杆菌处理后，厚壁菌门丰度显著下降，拟杆菌门丰度显著上升。在属水平，嗜酸乳杆菌显著降低了梭菌属和罗氏菌属（厚壁菌门）的丰度，增加了Muribaculum（拟杆菌门）的丰度。
菌群互作网络
网络分析显示，与模型组相比，嗜酸乳杆菌治疗组的菌群互作网络最复杂，正相关性连接的比例最高，表明其促进了有益菌间的协同作用。
菌群多样性
各组间α多样性（Chao1, Observed species, Simpson指数）无显著差异，表明嗜酸乳杆菌并非通过增加菌群丰富度来起作用。

研究总结：

结论: 本研究首次系统阐明，单一菌株嗜酸乳杆菌（L. acidophilus）通过一个多靶点机制来缓解慢传输型便秘：

修复肠道屏障
上调Occludin表达，抑制TNF-α和IL-1β等炎症因子，减轻肠道炎症和黏膜损伤。
调节5-HT信号通路
通过下调TPH1和机械敏感离子通道Piezo1的表达，降低5-HT的合成与释放，从而改善异常的肠道运动。
重塑肠道微生态
改变肠道菌群组成（降低厚壁菌门/拟杆菌门比例，减少潜在有害菌），更重要的是，重塑了菌群间的互作网络，增强了有益菌间的正相关性协同作用。

讨论:

模型优势
研究采用的人源化FMT模型成功复制了STC患者的肠道菌群失调特征（非单纯多样性降低，而是有益/有害菌失衡），比传统的化学诱导模型更具临床相关性。
5-HT水平的矛盾
研究结果发现STC小鼠血清和结肠5-HT水平升高，这与一些洛哌丁胺诱导的便秘模型（5-HT降低）不同，但与部分IBS-C和FC患者的临床观察一致。作者推测这可能与5-HT受体脱敏及本研究采用的STC模型特性有关，提示5-HT在STC中的调控是复杂的。
机制总结
研究成功地将益生菌、肠道屏障、5-HT信号通路和肠道菌群这四个关键要素联系起来，证明了嗜酸乳杆菌通过“菌群-5-HT-屏障”轴发挥抗便秘作用。这为开发基于嗜酸乳杆菌的STC治疗策略提供了坚实的理论基础。

结果译文：

1.L. acidophilus对STC小鼠粪便排泄参数的影响

经过14天抗生素预处理后，通过移植STC患者粪菌诱导小鼠便秘。随后给予L. acidophilus，分别在第37天和第47天评估排便相关参数以评价其对STC相关症状的治疗效果（图1A）。抗生素给药后第二天，所有小鼠体重均显著下降（p < 0.01）。此后，小鼠体重逐渐回升，表明抗生素对体重的影响是短暂的并随时间减弱（图1B）。α多样性分析显示，与预处理前基线相比，抗生素处理小鼠肠道微生物丰富度显著降低（p < 0.05），提示抗生素干预清除了部分肠道微生物群（图1C,D）。

首次粪菌移植后，与对照组相比，接受STC患者来源微生物群的小鼠排便参数发生显著改变。这些小鼠粪便含水量显著降低（p < 0.01），总胃肠道转运时间显著延长（p < 0.01），表明STC患者粪菌成功诱导便秘表型（图2A,B）。随后进行第二次粪菌移植。结果显示，与STC+MRS组相比，L. acidophilus处理小鼠的粪便参数有显著差异。具体而言，粪便含水量显著增加（p < 0.01），TGTT显著缩短（p < 0.001）（图2C,D）。

2.L. acidophilus对小鼠结肠组织病理学的影响

为评估L. acidophilus对结肠病理的影响，采用H&E染色观察小鼠结肠组织结构。结果显示，对照组小鼠结肠组织结构完整清晰，杯状细胞排列有序，未见明显病理损伤。然而，STC+MRS组表现为广泛的肠黏膜层坏死，坏死肠腺被增生纤维组织取代，黏膜层结构消失，伴有弥漫性炎症细胞浸润。此外，肌层局部肌纤维间隙增大，纤维排列疏松。经L. acidophilus处理后，炎症浸润显著减少，杯状细胞排列更趋规整（图3A）。使用ImageJ软件计算结肠组织杯状细胞数量。结果显示，与对照组相比，STC+MRS组杯状细胞数量显著减少（p < 0.001）。相反，与STC+MRS组相比，STC+La组杯状细胞数量显著增加（p < 0.001）（图3B）。进一步采用RT-qPCR检测Occludin基因表达，如图3C所示。结果显示，与Donor+MRS组相比，STC+MRS组Occludin mRNA水平显著降低（p < 0.05），而补充L. acidophilus后，与STC+MRS组相比，Occludin表达显著增加（p < 0.05）。

3.L. acidophilus对小鼠炎症细胞因子水平的影响

IHC分析显示，与对照组相比，STC+MRS组结肠黏膜炎症细胞因子TNF-α表达显著升高，而STC+La组与对照组之间TNF-α表达无显著差异（图4A）。RT-qPCR分析进一步证实了上述观察，结果显示STC+MRS组TNF-α和IL-1β mRNA表达水平较对照组显著升高（p < 0.05；p < 0.01）。相反，STC+La组TNF-α和IL-1β表达水平与对照组相比无显著差异（图4B,C）。

4.L. acidophilus对5-HT信号转导通路的影响

先前研究表明STC可影响5-HT信号通路。因此，我们通过体内和体外实验探究L. acidophilus对5-HT信号转导的调控作用。

为在体内评估L. acidophilus对5-HT信号通路的影响，采用RT-qPCR定量结肠组织中色氨酸羟化酶1（TPH1）和Piezo1的表达，并使用ELISA检测血清5-HT浓度。与对照组相比，STC+MRS组小鼠TPH1和Piezo1表达显著升高（p < 0.05；p < 0.01）；相反，补充L. acidophilus后，与STC+MRS组相比，TPH1和Piezo1表达显著降低（p < 0.05）（图5A,B）。与此一致，STC+MRS组小鼠血清5-HT浓度显著高于对照组（p < 0.05），而添加L. acidophilus后，5-HT浓度较STC+MRS组显著降低（图5C）。

为进一步在体外评估L. acidophilus对5-HT信号通路的调控作用，用不同浓度的STC患者菌液上清和L. acidophilus上清分别处理QGP-1细胞。培养24小时后，通过RT-qPCR定量TPH1和Piezo1转录水平，并通过ELISA检测细胞上清中分泌的5-HT水平。与对照组相比，QGP-1细胞经1:20浓度的STC患者培养上清孵育后，TPH1和Piezo1表达水平呈上升趋势（p = 0.075；p = 0.071）（图6A,B）。ELISA结果亦表明，细胞经1:20浓度STC患者培养上清处理后，细胞培养基中5-HT含量显著增加（p < 0.01）（图6C）。相反，L. acidophilus溶液与QGP-1细胞孵育后，尽管与对照组相比TPH1表达无显著变化（图6D），但在1:10浓度时Piezo1表达显著下调（p < 0.01）（图6E），且在所有受试L. acidophilus浓度下，培养上清中5-HT浓度均显著降低（p < 0.05，p < 0.01）（图6F）。

5.Lactobacillus acidophilus改善STC模型小鼠肠道菌群失调

越来越多的证据表明，肠道微生物群在维持肠道健康中起关键作用，肠道微生物群落失调与一系列胃肠功能障碍密切相关。为进一步探究L. acidophilus对胃肠运动的影响，从小鼠粪便样本中提取DNA并进行宏基因组测序分析。物种水平维恩图分析显示，Donor+MRS、STC+MRS和STC+La组肠道细菌数分别为952、963和923（图7A）。为评估肠道微生物群多样性差异，进行了α多样性分析。分析显示Chao1、Observed species和Simpson指数均无统计学显著差异（图7B），表明各组间整体微生物丰富度和多样性无显著差异。

为进一步表征微生物群落组成，在多个水平上分析了分类学差异。在门水平上，Bacillota和Bacteroidota是所有组中的优势菌门，合计占总微生物丰度的90%以上（图7C）。与STC+MRS组相比，STC+La组Bacillota相对丰度显著降低（STC+MRS组：0.558 vs. STC+La组：0.480，p = 0.043），Bacteroidota丰度显著增加（STC+MRS组：0.360 vs. STC+La组：0.450，p = 0.038）。在属水平上（图7D），L. acidophilus干预显著降低了Clostridium（STC+MRS组：0.053 vs. STC+La组：0.044，p = 0.016）和Roseburia（STC+MRS组：0.040 vs. STC+La组：0.033，p = 0.026）的相对丰度，两者均属Bacillota门；同时增加了属Muribaculum（STC+MRS组：0.037 vs. STC+La组：0.042，p = 0.028）的相对丰度，该属属Bacteroidota门。这些发现提示L. acidophilus主要通过调节肠道中Bacillota和Bacteroidota来缓解小鼠便秘。此外，采用线性判别分析效应大小分析鉴定组间肠道微生物群组成差异。结果显示，Donor+MRS组和STC+La组优势微生物群包括o_Bacteroidales、f_Muribaculaceae和g_Heminiphilus，而STC+MRS组主要以g_Roseburia、g_Clostridium和f_Desulfovibrionaceae为特征（图7E,F）。

在三个实验组中进行网络相关性分析，以评估小鼠肠道微生物群在物种水平上的竞争性关联。选取相对丰度最高的前38个细菌物种进行分析，每个节点代表一种细菌，节点大小对应其相对丰度。每条连线代表细菌间的相互作用，粉色线表示正相关，绿色线表示负相关。在Donor+MRS组中，38个节点共识别出110条连接，其中69.44%为正相关；STC+MRS组有172条连接，61.62%为正相关。值得注意的是，STC+La组交互作用最多，有222条连接，其中69.37%为正相关（图8）。总体而言，STC+La组微生物共现网络最为复杂。此外，网络拓扑结构的比较分析显示，三组在平均度、平均路径长度和网络密度等关键参数上存在显著差异（表2）。

更多结果和补充图表：doi： 10.3389/fnut.2026.1775405

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