溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)是一类以肠道慢性非特异性炎症、黏膜损伤、菌群紊乱及代谢失衡为核心特征的炎症性肠病
[1],近年来发病率持续上升,显著影响患者生活质量
[2]。临床常规治疗药物疗效有限、不良反应较多,急需安全、高效的联合干预策略
[3]。中药复方可通过多成分、多靶点发挥抗炎、抗氧化及黏膜修复作用,益生菌则能调节肠道微生态平衡,二者联用有望实现协同增效
[4]。
YCNHFⅠ/Ⅱ为课题组前期基于古籍挖掘与网络药理学筛选获得的中药复方,前期研究证实其具有抗结肠炎活性
[5]。然而,单一复方对肠道微生态的调控作用有限,单独益生菌对炎症及黏膜损伤的修复效果也较弱
[6]。为此,本研究采用中药复方联合益生菌干预策略,通过超高效液相色谱—串联飞行时间质谱联用(UPLC-MS/MS)鉴定联合给药后的入血成分
[7],建立DSS诱导的UC大鼠模型,从疾病活动度、组织病理学改变、炎症因子、氧化应激及肠道代谢等层面评价YCNHFⅠ/Ⅱ联合益生菌的协同治疗效果,并结合16S rDNA高通量测序与非靶向代谢组学探讨其潜在机制
[8],同时设置丁酸钠(sodium butyrate,NaB)作为辅助干预对照,旨在为中医药联合微生态制剂治疗UC提供实验依据与新策略
[9]。
1 材料与方法
1.1 动物与试剂
(180±20)g雄性SD大鼠购自江苏华创信诺医药科技有限公司,许可证号为SCXK(苏)2020-0009;中药材购自金方千草药业有限公司,原产地位于安徽亳州,中药复方YCNHFI、YCNHFII自制;美沙拉嗪肠溶片购自葵花药业集团;植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、肠膜明串珠菌肠膜亚种、戊糖片球菌混合益生菌菌包(mixed probiotics,MP)购自江苏新申奥生物科技有限公司;DSS购自上海麦克林生化科技股份有限公司;本实验获得延安大学附属医院医学伦理委员会批准(批准号:IIT-G-2025064)。
1.2 入血成分 UPLC-MS/MS 检测
将SD大鼠随机分为YCNHFI高剂量+MP组(0.918 g/kg·d YCNHFI+0.5 g/kg·d MP)、YCNHFII高剂量+MP组(0.954 g/kg·d YCNHFII+0.5 g/kg·d MP)、NaB组(0.05 g/kg·d),每组5只,连续灌胃10 d后眼眶取血,分离含药血浆。采用UPLC-MS/MS技术,通过Waters ACQUITY UPLC HSS T3色谱柱(1.8 μm,2.1 mm×100 μm)进行梯度洗脱(流动相A为0.1%甲酸/水,B为0.1%甲酸/乙腈),结合QExactive HF-X质谱仪在ESI+/-模式下检测。血浆样本经70%甲醇超声提取后,通过XCMS程序进行峰提取,保留时间校正和代谢物鉴定。
1.3 动物分组
SD大鼠适应性喂养7 d后随机分为:Control组(正常对照组)、DSS组(模型组)、YCNHFI-H组(YCNHFI高剂量组,0.918 g/kg·d)、YCNHFI-H-MP组(YCNHFI高剂量组联合混合益生菌组,0.918 g/kg·d YCNHFI+0.5 g/kg·d MP)、YCNHFII-H组(YCNHFII高剂量组,0.954 g/kg·d)、YCNHFII-H-MP组(YCNHFII高剂量联合混合益生菌组,0.954 g/kg·d YCNHF II+0.5 g/kg·d MP)、MP组(混合益生菌组, g/kg·d)、5-ASA组(0.36 g/kg·d,美沙拉嗪肠溶片,为溃疡性结肠炎临床一线治疗药物,作为本研究阳性对照)、NaB组(0.05 g/kg·d,为肠道菌群关键代谢产物短链脂肪酸,作为菌群-代谢轴辅助干预对照),每组5只。对正常对照组以外的所有实验大鼠,给予含3% DSS的饮用水进行诱导造模,在第9天90%的动物出现便血或肛门处粘连血渍,判断模型构建成功。DSS诱导结束后,造模组更换为饮用去离子水,正常对照组每日灌胃等体积去离子水,阳性对照组及各治疗组均灌胃给药10 d。
1.4 疾病活动指数(DAI)评分
每日定时观察并记录大鼠一般状态与体重变化,依照DAI评分标准(
表1)记录大便硬度和便血程度,DAI=(大便硬度分数+便血分数+体重下降分数)/3。
1.5 样本采集与处理
给药结束后,所有SD大鼠禁食不禁水12 h,用1%戊巴比妥钠麻醉并解剖,收集脾及结肠组织,立即测量结肠全长(盲肠至直肠末端)。分离脾脏进行称重,小鼠脾脏系数的计算公式为:脾脏质量(g)/体重(g)×10。测量结束后,将大鼠的远端结肠段用无菌PBS清洗,再于4%多聚甲醛中过夜固定,其余结肠组织及样本置于-80 ℃冰箱中保存备用。
1.6 HE染色
取各大鼠相同部位结肠组织,用4%多聚甲醛固定后,常规石蜡包埋切片。切片处理后,HE染色,于光学显微镜下观察结肠组织病理学变化。
1.7 大鼠血清IL-6与IL-1β炎症因子的测定
大鼠血液室温静置自然凝固,待血清充分析出后,于4℃、3 000 g离心15 min,吸取上层淡黄色血清,避免触碰下层红细胞与纤维蛋白层。严格按照ELISA试剂盒说明书操作,测定血清中IL-6、IL-1β炎症因子水平。
1.8 大鼠结肠组织各指标含量的测定
取大鼠结肠组织精确称重,按1∶9(w/v)比例加入预冷PBS制备组织匀浆;4 ℃、5 000 g离心10 min,收集上清液。参照对应试剂盒说明书,采用ELISA法分别检测结肠组织中髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、还原型谷胱甘肽(glutathione,r-glutamyl cysteingl+glycine,GSH)、5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)、5-羟基吲哚乙酸(5-hydroxyindole-3-acetic acid,5-HIAA)、总胆汁酸(total bile acid,TBA)的含量,检测结果以每克结肠组织中各指标含量表示。
1.9 16S rDNA扩增子测序测定大鼠肠道微生物菌群
实验共纳入27例大鼠粪便样本,分为9组,每组设置3个生物学重复。委托上海中科新生命生物科技有限公司进行检测,采用Illumina NovaSeq 6000测序平台,针对细菌16S rDNA基因的V3-V4高变区进行扩增与测序:基于16S rDNA基因保守区设计通用引物完成PCR扩增,采用双末端测序(paired-end)策略构建小片段文库并完成测序
[11]。测序原始数据经序列拼接、质量过滤、降噪、物种注释与丰度统计分析,明确各组样本的肠道菌群物种组成特征;后续进一步通过组间差异分析,筛选与UC造模及药物治疗相关的差异菌群
[12]。
1.10 大鼠粪便非靶向代谢组学分析
采用高分辨非靶向代谢组学分析策略,委托上海中科新生命生物科技有限公司进行检测,通过UPLC-MS/MS对样本中的代谢物进行系统检测。代谢物结构鉴定通过将检测所得的保留时间、精确分子质量(质量偏差严格控制在10 ppm以内)、二级碎裂谱图、碰撞能等核心信息,与本地标准代谢物数据库进行精准匹配完成;所有初步鉴定结果均经人工二次核对确认,以保证准确性。
1.11 统计学方法
采用Graph Pad Prism 10进行数据分析,用(±s)表示。使用单因素方差分析(One-way ANOVA)分析多组间数据的差异性,以P<0.05表示组间差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 YCNHF联合益生菌入血成分分析
采用UPLC-MS/MS对YCNHFⅠ/Ⅱ联合益生菌灌胃后大鼠血清进行定性分析。结果显示,YCNHFⅠ-MP组共检出65个入血成分,其中原型成分11个、代谢产物54个;YCNHFⅡ-MP组共检出64个入血成分,其中原型成分9个、代谢产物55个。两组均稳定保留甘草次酸等核心抗炎活性物质,YCNHFⅡ-MP组可检出黄芩苷;与单方给药相比,联合MP后可优化入血成分组成,补充黄酮类、有机酸类等关键活性成分,为协同增效提供物质基础。主要原型入血成分见
表2。
2.2 中药复方YCNHFI/II联合混合益生菌对UC大鼠的体内作用研究
2.2.1 DSS诱导的UC大鼠DAI评分分析
造模期间,与Control组比较,DSS模型组及各给药组大鼠体重均显著降低,DAI评分均显著升高(
P<0.05),表现出典型溃疡性结肠炎症状,提示模型构建成功(图
1A、
1B)。给药后,与DSS模型组比较,各给药组体重下降趋势显著缓解,DAI评分均显著降低(
P<0.05),治疗效果显著(图
1C、
1D)。
与高剂量YCNHFⅠ组对比,高剂量YCNHFⅠ联合MP组体重回升及DAI降低均更显著,疗效优于YCNHF单方组。高剂量YCNHFⅡ组对体重及DAI的改善效果优于高剂量YCNHFⅠ组;高剂量YCNHFⅡ联合MP组效果最优,体重与DAI恢复程度接近正常对照组及5-ASA组。此外,NaB组可部分缓解相关症状。
2.2.2 结肠长度与脾脏指数检测
与模型组相比,高剂量YCNHFⅠ组结肠长度略有回升,但恢复程度有限;联合益生菌干预后,结肠长度显著增加,保护作用增强。高剂量YCNHFⅡ组结肠长度恢复效果优于高剂量YCNHFⅠ组,联合MP后恢复最为显著,与5-ASA组效果相当,接近正常组水平;提示联合干预可进一步减轻全身炎症反应与脾脏肿大(图
2A、
2B)。与高剂量YCNHF组相比,高剂量YCNHF联合MP组脾脏指数降低更为明显(
图2C),提示联合干预可进一步减轻全身炎症反应与脾脏肿大。
与DSS模型组相比,高剂量YCNHFⅠ组结肠黏膜水肿及炎症浸润程度降低,联合MP组结肠黏膜结构相对完整;高剂量YCNHFⅡ组结肠黏膜炎症浸润减少,联合MP后结肠结构基本恢复正常,炎症浸润显著减轻,疗效与5-ASA组相当;NaB组可减轻黏膜损伤,但整体效果弱于高剂量YCNHFⅡ及联合用药组,仅表现出有限的辅助作用(
图2D)。
2.2.3 YCNHF 联合益生菌改善DSS诱导的UC大鼠肝、肾组织病理性损伤
DSS模型组中,肝组织中央静脉边界模糊,肝索排列紊乱,失去放射状结构。肾组织囊腔扩大,毛细血管袢受压、形态不规则。与DSS组相比,YCNHFI/Ⅱ组及MP组可明显改善肝、肾病理性损伤,即中央静脉结构较清晰,肝索排列明显改善,肝细胞肿胀减轻,炎性浸润减少;肾小球形态更接近正常,肾小管结构恢复更明显,间质充血和炎症浸润进一步减轻(
图3)。
2.2.4 YCNHF联合益生菌降低DSS诱导的UC大鼠相关指标
在抗炎作用方面,高剂量YCNHFⅠ可显著降低血清IL-6、IL-1β、组织MPO水平(
P<0.000 1),联合MP后其下调作用进一步增强;高剂量YCNHFⅡ的抗炎效果优于高剂量YCNHFⅠ,联合MP后可使炎症因子水平接近正常。NaB组虽能降低炎症因子,但效果弱于YCNHFⅡ组及各联合用药组(图
4A-
4C)。
在肠道代谢调控方面,高剂量YCNHFⅠ可显著下调组织5-HT、5-HIAA、TBA水平(
P<0.000 1),联合益生菌后调控作用进一步增强;高剂量YCNHFⅡ对肠道代谢的改善效果优于高剂量YCNHFⅠ,联合益生菌后可使上述指标接近正常水平。NaB组可调节肠道代谢,但效果弱于各给药组。上述结果提示YCNHF联合MP可协同纠正UC肠道代谢紊乱,其中YCNHFⅡ联合MP的效果最为明显(
图4D-F)。
在抗氧化作用方面,高剂量YCNHFⅡ上调组织SOD、GSH的作用显著优于高剂量YCNHFⅠ(
P<0.000 1),联合MP后效果进一步提升,可恢复至接近正常水平;NaB组可上调组织SOD、GSH,但效果弱于YCNHFⅡ组及各联合用药组。结果表明YCNHF联合益生菌可协同改善氧化应激失衡,其中以YCNHFⅡ联合MP的抗氧化作用最佳(图
4G-
4H)。
2.3 中药复方YCNHFI/II联合混合益生菌对UC大鼠的肠道菌群影响
2.3.1 高剂量YCNHF组单药及联合益生菌给药后各组大鼠间特有菌群(ASV)分析和肠道菌群多样性分析
基于ASV聚类花瓣图(图
5A),9组样本共有核心ASV 84个。NaB组、YCNHFⅡ-H-MP组及MP组特有ASVs数量较高,提示其可显著重塑肠道微环境与宿主代谢。YCNHFI/Ⅱ-H-MP联合给药组特有ASV数量分别多于YCNHFI/Ⅱ各单方组,提示益生菌与YCNHF存在协同代谢调控作用。Rank-Abundance 曲线(
图5B)显示,DSS模型组优势菌结构破坏、菌群失衡;与模型组相比,YCNHFⅡ-H-MP组曲线更接近正常,提示其可有效提升UC大鼠肠道菌群的物种丰富度与均匀度,修复紊乱的肠道微生态。Alpha多样性分析(图
5C-
5F)显示,与正常对照组相比,DSS模型组的Shannon指数、ACE指数及Chao1指数均显著升高(
P<0.05),提示造模引起了肠道菌群多样性与丰富度的显著改变。药物干预后,YCNHFI联合MP组的多样性指数相较于DSS模型组显著回升,提示联合给药可更有效地改善UC大鼠肠道菌群的多样性与丰富度,促进菌群微生态稳态的恢复。
2.3.2 YCNHF高剂量组单药及联合益生菌给药后对各组大鼠肠道菌群功能的影响
基于16S rDNA测序结果,采用PICRUSt2软件对大鼠肠道菌群进行功能预测,结合KEGG数据库完成功能注释,分析DSS造模与YCNHF复方给药对大鼠肠道菌群功能的影响(
图6A),DSS造模扰乱肠道菌群功能通路:模型组辅酶与维生素代谢、氨基酸代谢异常升高,膜转运功能显著降低。KEGG L3水平核心通路的量化分析显示(
图6B),模型组中ABC转运、淀粉蔗糖代谢等核心有益通路明显下调,同时模型组丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢通路出现代偿性上调,是菌群应对结肠炎症的应激性响应。给药后,YCNHFⅡ-H-MP组仍表现出最优的靶向修复效果,可显著提升有益通路丰度,并将异常的氨基酸代谢通路回调至正常水平。
2.3.3 非靶向代谢组学差异代谢物分析
火山图结果(图
7A-
7H)表明,DSS模型组较对照组存在明显代谢紊乱,差异代谢物以显著下调为主。药物干预后,尤其在YCNHF II-H-MP高剂量组与NaB组中,代谢谱发生显著改变,差异代谢物以上调为主,提示药物可能通过逆转DSS对代谢通路的抑制发挥治疗效应。
为进一步解析各组代谢谱的整体相似性,绘制差异代谢物的层次聚类热图(
图7I)。与Control相比,DSS组显著下调了嘌呤类代谢物(guanine,2'-deoxyguanosine)、色胺(tryptamine)等代谢物,反映炎症状态下肠道有益代谢功能受损。YCNHFII-H-MP组表现出最强的补偿性上调能力,表明联合处理通过补充DSS模型中缺失的关键代谢物,重塑代谢谱,进而发挥治疗效应。
3 讨论
本研究基于DSS诱导的溃疡性结肠炎大鼠模型,系统评价中药复方YCNHFⅠ/Ⅱ联合MP的协同治疗效果并探讨其潜在机制。UC作为慢性非特异性炎症性肠病,其发病与肠道菌群紊乱、代谢失衡、炎症-氧化应激环路异常激活密切相关
[13],临床仍缺乏安全高效的长期干预方案
[14]。
研究
[5]结果显示,中药复方YCNHFⅠ/Ⅱ与MP联用可产生显著协同效应,疗效明显优于单方给药,其中YCNHFⅡ联合益生菌作用最为突出,为中医药联合微生态制剂治疗UC提供了实验依据与新策略。UPLC-MS/MS结果表明,联合给药可优化入血成分组成,稳定保留甘草次酸、黄芩苷等核心抗炎活性物质,其中黄芩苷可通过抑制NF-κB、调控JAK2/STAT3通路发挥抗炎、抗氧化及肠屏障保护作用
[15],甘草次酸则可减轻黏膜炎症、降低MPO活性并缓解组织损伤
[16]。益生菌通过改善肠道微环境提升中药有效成分的溶出与生物利用度,中药则为益生菌定植提供更适宜的肠道环境,二者形成成分优化、吸收增强与药效放大的正向循环
[17],构成协同增效的物质基础
[18]。在整体动物水平,联合干预可显著改善UC大鼠体重下降、疾病活动指数升高、结肠缩短及脾肿大等表型,修复结肠黏膜损伤并减轻肝肾功能异常,其机制与抑制IL-6、IL-1β、MPO等促炎因子释放、增强SOD、GSH等抗氧化能力密切相关。已有研究
[19]证实,UC的核心病理学特征为炎症因子风暴与氧化应激相互放大,进而破坏肠屏障并诱发全身炎症反应,中药复方YCNHF可发挥多靶点抗炎与抗氧化作用,益生菌则可减少内毒素易位、降低系统性炎症水平,二者联用可实现抗炎、抗氧化与肠黏膜修复的三重作用,从源头阻断炎症级联反应。肠道菌群紊乱与代谢失衡是UC发生发展的核心环节
[20]。大量研究
[21-24]表明,菌群失调可导致短链脂肪酸合成不足、色氨酸及嘌呤代谢紊乱、ABC转运与淀粉蔗糖代谢通路异常,进而加剧肠黏膜损伤与炎症持续。本研究16S rDNA测序与非靶向代谢组学联合分析证实,DSS造模可导致大鼠肠道菌群结构破坏、多样性异常,ABC转运、淀粉蔗糖代谢等关键通路显著下调,并伴随色胺、嘌呤代谢紊乱。经YCNHF联合MP干预后,肠道菌群多样性与结构得到重塑,有益菌丰度回升、促炎菌被抑制,菌群功能向正常水平回调,同时可逆转UC相关特征代谢物异常,形成菌群稳态恢复、代谢平衡重建、炎症消退与黏膜修复的完整调控轴,提示调控“肠道菌群-代谢轴”是YCNHF联合MP发挥协同抗UC作用的核心机制,这与当前中医药联合微生态干预UC的主流研究
[25-26]结论高度一致。本研究中NaB仅表现出一定的辅助治疗作用,整体疗效弱于联合用药组,原因在于NaB仅单一补充肠道代谢产物,而YCNHF联合MP可同时实现中药多靶点调控、益生菌微生态调节与内源性代谢重塑,作用更全面、更持久,更契合临床复杂疾病的干预需求。
本研究存在一定局限性,如仅设置高剂量与固定疗程,未明确量效关系与最佳给药方案;采用DSS急性UC模型,与人类慢性复发性UC存在差异;机制研究以多组学关联分析为主,未对核心菌群、关键代谢物及药效成分开展因果验证。未来可通过设置多剂量与多疗程优化给药方案,结合菌群移植、代谢物回补与分子通路验证深入阐明机制,并筛选核心起效成分、开发结肠靶向制剂以提升临床转化价值。
综上,中药复方YCNHFⅠ/Ⅱ联合MP通过优化入血成分、抑制炎症-氧化应激恶性循环、修复肠黏膜及肝肾损伤、调控肠道菌群-代谢轴发挥协同抗UC作用,其中YCNHFⅡ联合MP效果最显著,为中西医结合联合微生态制剂治疗炎症性肠病提供了可靠实验证据,也为后续机制研究与临床应用奠定基础。
延安市科技计划(2025-SFGG-080)
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延安大学科技计划(2023KXJ-012)
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