2026年5月，南昌大學食品科學與資源全國重點實驗室謝建華、申明月等，聯合海南大學、空軍軍醫大學西京醫院、加拿大英屬哥倫比亞大學等，在Advanced Science（JCR Q1，Impact Factor=14.1）在線發表題為“Sulfated Cyclocarya Paliurus Polysaccharide Sorchestrates the Gut Microbiome to Mobilize a Host-Derived 12-HEPE Against Ulcerative Colitis”的研究論文。該文于2025年12月12日投稿，2026年4月20日修回，2026年5月7日接收。

潰瘍性結腸炎（UC）是一種反復發作的慢性炎癥性腸病，典型表現為腹痛、腹瀉、便血和腸道免疫過度激活。長期 UC 不僅嚴重影響患者生活質量，還會增加結直腸癌風險。雖然目前已有 5-氨基水楊酸、生物制劑、免疫抑制劑等治療手段，但仍有相當一部分患者療效有限或容易復發。因此，如何從疾病機制出發，尋找更安全、更精準的干預策略，是 UC 研究的重要方向。

本研究聚焦于一種來源于青錢柳的天然多糖。青錢柳在我國南方分布較廣，其葉片長期作為草本茶飲使用，具有調節血糖、抗炎、免疫調節等傳統應用基礎。青錢柳多糖（CP）是其中重要活性成分之一，但天然多糖在理化性質和藥物開發方面存在一定局限。為提高其生物活性，作者對青錢柳多糖進行結構修飾，并比較了多種修飾產物在 DSS 誘導潰瘍性結腸炎小鼠模型中的作用。結果顯示，硫酸化青錢柳多糖（SCP）表現出最強的抗結腸炎效果。

圖片來源：doi.org/10.3390/su151310690

研究首先從疾病表型層面證明了 SCP 的保護作用。DSS 誘導的小鼠出現明顯體重下降、稀便、結腸縮短、疾病活動指數升高以及結腸組織損傷；而 SCP 干預后，這些典型結腸炎表現均明顯緩解。組織學結果顯示，模型組小鼠結腸存在炎癥細胞浸潤、隱窩破壞和腸道結構紊亂，而 SCP 能顯著改善這些病理損傷。同時，SCP 還能降低 TNF-α、IL-1β 等炎癥因子水平，恢復 Occludin、Claudin-1、ZO-1、MUC-2 等腸道屏障相關蛋白表達，提示其不僅能減輕炎癥，還能修復受損的腸道屏障。

機制上，本文最核心的發現是：SCP 并不是簡單直接抑制炎癥，而是通過重塑腸道菌群，動員宿主自身產生抗炎脂質代謝物 12-HEPE，從而抑制 TLR4 介導的炎癥反應。研究發現，SCP 可顯著改善 DSS 造成的腸道菌群失衡，使菌群結構向正常狀態恢復，尤其表現為有益的擬桿菌門菌群增加，同時短鏈脂肪酸（SCFAs）水平升高。由于 SCFAs 對維持腸上皮能量代謝、緊密連接和免疫穩態具有重要作用，這說明 SCP 具有典型的“菌群導向型”調節特征。

為了驗證腸道菌群是否是 SCP 發揮作用的關鍵，作者進一步設計了抗生素清除菌群實驗和糞菌移植實驗。結果非常關鍵：當小鼠腸道菌群被抗生素清除后，SCP 的抗結腸炎作用基本消失；而將 SCP 處理小鼠的糞菌移植給結腸炎小鼠后，即使不直接給予 SCP，也能模擬 SCP 的保護效果。這說明 SCP 的治療作用高度依賴腸道菌群，SCP 更像是通過“調菌”來啟動宿主保護機制，而不是單純作為一個直接抗炎藥物發揮作用。

隨后，作者通過靶向代謝組學進一步發現，經 SCP 重塑后的腸道菌群能夠促進宿主來源的12-羥基二十碳五烯酸（12-HEPE）升高。12-HEPE 是一種脂質代謝物，在 SCP 處理小鼠和 SCP 糞菌移植小鼠的血清及肝臟中均明顯升高；而在抗生素處理組和結腸炎模型組中則顯著降低。相關性分析顯示，擬桿菌門與 12-HEPE 水平呈顯著正相關，提示擬桿菌門可能是促進宿主產生 12-HEPE 的關鍵菌群。

為了確認 12-HEPE 是否真正具有抗結腸炎作用，研究者直接給 DSS 誘導的結腸炎小鼠補充 12-HEPE。結果顯示，12-HEPE 能夠明顯緩解體重下降、結腸縮短、糞便異常和組織損傷，并降低炎癥因子表達，恢復腸道屏障功能。進一步的分子對接和分子動力學模擬顯示，12-HEPE 能夠與 TLR4 穩定結合；Western blot 結果也顯示，12-HEPE 主要抑制 TLR4 介導的 NF-κB/NLRP3 炎癥信號通路。也就是說，12-HEPE 是 SCP 通過腸道菌群誘導出的關鍵宿主抗炎分子。

更有說服力的是，作者使用 TLR4 激動劑進行反向驗證。當 TLR4 被激動劑重新激活后，12-HEPE 的保護作用被明顯削弱甚至消除，無法再有效改善小鼠結腸炎癥狀、炎癥因子表達和腸道屏障損傷。這一結果說明，TLR4 是 12-HEPE 發揮抗炎作用的關鍵靶點，也進一步閉合了本文的機制鏈條：SCP 調節菌群，菌群促進 12-HEPE 產生，12-HEPE 靶向抑制 TLR4，最終減輕結腸炎。

值得注意的是，研究還在人類 UC 隊列中檢測到活動性 UC 患者血清 12-HEPE 水平升高。作者認為，這并不一定說明 12-HEPE 具有致病作用，反而可能代表機體在持續炎癥狀態下啟動的一種代償性保護反應。換句話說，患者體內 12-HEPE 升高，可能是身體試圖“自我滅火”的一種表現，但這種內源性保護反應是否足夠、是否可被外源性干預放大，還需要進一步研究。

總體來看，本文建立了一條清晰而完整的作用軸：
SCP → 重塑腸道菌群 → 富集擬桿菌門并促進 SCFAs 生成 → 動員宿主產生 12-HEPE → 抑制 TLR4/NF-κB/NLRP3 炎癥信號 → 修復腸道屏障并緩解 UC。

這項研究的創新性主要體現在三個方面。第一，它從結構修飾角度證明，硫酸化修飾可以顯著增強青錢柳多糖的抗結腸炎活性。第二，它通過抗生素清除和糞菌移植實驗，證明 SCP 的保護作用依賴腸道菌群，而不是簡單的直接抗炎效應。第三，它發現了“菌群—宿主 12-HEPE—TLR4”這一新的免疫代謝調控軸，為 UC 治療提供了新的機制靶點和干預思路。

總體而言，該研究不僅揭示了 SCP 改善潰瘍性結腸炎的關鍵機制，也提出了一種新的治療理念：通過調節腸道菌群，激活宿主自身的抗炎脂質代謝物，從而抑制關鍵炎癥通路。SCP 因此有望成為一種以腸道菌群為導向的 UC 候選干預物，而 12-HEPE–TLR4 軸也可能成為未來炎癥性腸病治療和機制研究中的重要方向。

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【摘要】

盡管已有大量證據支持天然產物來源化合物在潰瘍性結腸炎（UC）治療中的潛力，但其精確作用機制仍未完全闡明。本研究在葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導的 UC 小鼠模型中，評價了結構修飾后的青錢柳多糖（CP）衍生物。在所測試的多種變體中，硫酸化青錢柳多糖（SCP）表現出最強的治療效果。SCP 給藥可顯著減輕結腸炎嚴重程度，具體表現為疾病癥狀緩解和腸道屏障功能增強。

機制上，SCP 通過富集有益的擬桿菌門菌群并增強短鏈脂肪酸（SCFAs）生成，恢復腸道菌群穩態。這一被重塑的微生物生態系統進一步促進宿主來源的 12-羥基二十碳五烯酸（12-HEPE）上調，而 12-HEPE 可通過直接抑制 Toll 樣受體 4（TLR4）信號通路發揮抗炎作用。糞菌移植和抗生素介導的菌群耗竭實驗進一步證實了腸道菌群在該過程中的功能重要性。值得注意的是，當聯合使用 TLR4 激動劑時，12-HEPE 的治療獲益被消除，證實其靶向特異性。在人類 UC 隊列中，研究還觀察到血清 12-HEPE 水平升高，提示其可能代表一種潛在的代償性免疫調節反應。

本研究揭示了一條新的“腸道菌群—宿主”互作軸：SCP 通過調節腸道菌群增強內源性 12-HEPE 生成，從而抑制 TLR4 介導的炎癥反應并緩解 UC。

01

研究背景及科學問題

潰瘍性結腸炎（UC）是一種反復發作的炎癥性疾病，全球約有近 1000 萬人受其影響，其典型特征包括嚴重腹痛和免疫過度反應。長期病程會使結直腸癌風險呈階梯式上升：病程 10 年、20 年和 30 年后的風險分別為 1.6%、8.3% 和 18.4%。目前治療方法僅能使部分患者達到緩解，這凸顯了開發基于機制的干預策略的必要性。如今，腸道—免疫軸已成為 UC 發病機制研究的核心。UC 中包括厚壁菌門在內的致病菌及其他有害菌豐度升高，腸道菌群也被認為是推動 UC 發生發展的重要因素。

青錢柳（Cyclocarya paliurus）主要分布于中國南方，并被廣泛用于傳統醫學。其葉片長期以來作為草本茶飲使用，用于緩解高血糖和炎癥。青錢柳多糖（CP）是其主要活性成分之一，具有抗氧化、抗炎和免疫調節作用。然而，其較差的理化性質限制了其藥物開發應用。化學修飾為改變天然多糖結構提供了一種新的有效策略，從而能夠根據需要調節其性質，并拓展其在食品和藥物領域的應用。硫酸化青錢柳多糖（SCP）相較于 CP，對免疫抑制小鼠具有更好的保護作用。SCP 還可通過抑制 TLR4/NF-κB 通路減輕腸道損傷，從而增強機體免疫功能。因此，本研究假設，SCP 可通過重構“腸道菌群—宿主代謝物—TLR4”網絡來改善 UC。

腸道菌群失調已被證實是潰瘍性結腸炎的重要驅動因素。促炎性厚壁菌門擴張，而具有保護作用的擬桿菌門和 Akkermansia 減少，表現為厚壁菌門/擬桿菌門比例升高，這與疾病活動度相關，并可通過脂多糖（LPS）及其他微生物相關分子模式促進基因毒性應激。由這些微生物誘導的腸上皮細胞 DNA 損傷，既可能來自 LPS 產生等直接機制，也可能來自微生物代謝物參與的間接機制。腸道微生物代謝物在菌群—宿主互作中具有關鍵作用，可對宿主生理產生廣泛影響。

在炎癥性腸病患者中，短鏈脂肪酸（SCFAs）、膽汁酸和吲哚衍生物等微生物代謝物普遍減少；這種減少會損害上皮細胞能量穩態、緊密連接完整性和花生酸類脂質介質平衡，從而推動慢性炎癥。與健康人相比，炎癥性腸病患者中產生 SCFAs 的微生物顯著減少，并在腸道內出現耗竭，提示其在 UC 發生和進展中具有重要作用。SCFAs 通常能夠限制花生酸類脂質介質級聯反應；當其減少時，會增強促脂質介質信號，促進中性粒細胞募集并激活 NF-κB。這些由代謝物驅動的效應最終匯聚于模式識別受體，其中 TLR4 是菌群失調推動結腸炎癥的主要感知受體。

本研究旨在明確 SCP 的精細結構，并利用無菌動物、抗生素菌群耗竭和糞菌移植模型證明 SCP 主要通過腸道菌群逆轉 DSS 誘導的結腸炎。研究表明，SCP 可通過間接靶向 TLR4 減輕腸道炎癥。進一步地，本研究發現，經 SCP 重塑后的腸道菌群可促進宿主來源生物活性脂質 12-HEPE 上調；12-HEPE 是介導 SCP 保護作用的關鍵分子，主要通過抑制 TLR4 介導的 NF-κB/NLRP3 信號通路發揮作用。本研究闡明了一條新的菌群—宿主互作通路，并提示 SCP 是一種有前景的菌群靶向治療藥物。

02

重要發現及亮點

2.1 多糖結構鑒定

為獲得準確的多糖結構信息，研究使用 H?O? 和 DE-52 柱對 CP 進行純化，以去除雜質并消除干擾，最終獲得高純度多糖 CP1。CP1 的總糖含量為 82.14% ± 1.13%。CP1 主要由葡萄糖（Glc，53.57%）、半乳糖（Gal，26.70%）、阿拉伯糖（Ara，10.23%）和甘露糖（Man，9.50%）組成，其表面相對光滑，并呈蜂窩狀孔隙結構。GC-MS 結果顯示，CP1 由 T-Araf（7.36%）、T-Glcp（11.43%）、T-Manp（5.97%）、1,3-Galp（24.17%）、1,4-Manp（4.60%）、1,2,5-Araf（3.70%）、1,6-Glcp（34.72%）和 1,2,4,6-Glcp（5.07%）組成。這些比例與單糖組成結果相近。主要分支單元為 1,6-Glcp 和 1,3-Galp，它們連接于 1,6-Glcp 殘基的 O-2 和 O-4 位點。

進一步的核磁共振波譜分析驗證了上述結構信息，并揭示了多糖殘基之間的連接模式。結合一維 NMR 和二維 NMR 結果，研究識別出 8 個 H1-H2 偶合共振信號。CP1 殘基的異頭質子化學位移被歸屬為 δ 5.11、δ 5.31、δ 4.98、δ 5.26、δ 4.95、δ 5.15、δ 5.33 和 δ 4.58 ppm。此外，研究還通過 DQF-COSY 和 HSQC 譜圖對 A-H 殘基的其他化學位移進行了歸屬。

二維 NMR HMBC 譜可用于解析 CP1 的連接方式。根據各殘基比例及上述結果，確認 1,6-Glc 與 1,3-Gal 交替連接構成 CP1 的主鏈。進一步地，研究還歸屬了其他殘基之間的相關性。因此，CP1 的精細結構得以確認。結果表明，CP1 的骨架由 1,6-Glc 和 1,3-Gal 按 4:2 的比例組成，并且大約每兩個重復單元中，1,6-Glc 的 O-2 和 O-6 位點發生取代。其側鏈由 T-Araf、T-Glcp、1,4-Manp、1,3-Araf 和 1,2,6-Manp 組成。

圖 1. 多糖結構分析。
（A）CP1 的 1H NMR 譜圖；（B）CP1 的 1H-1H DQF-COSY 譜圖；（C）CP1 的 1H-13C HSQC 相關譜圖；（D）在 295 K 下記錄的 CP1 的 1H-13C HMBC 譜圖；（E）CP1 的主要重復單元；（F）多糖在 200× 和 500× 下的微觀結構圖像。

2.2 SCP 顯著緩解 DSS 誘導的小鼠結腸炎

體重下降、稀便、結腸縮短以及結腸病理改變是結腸炎最顯著的特征。DSS 誘導小鼠表現出嚴重病理癥狀，包括體重下降、肝臟重量下降、脾臟增大、結腸縮短、糞便變稀、糞便 pH 升高以及疾病活動指數（DAI）評分升高。然而，多糖預處理可以緩解這些變化。不同多糖的緩解程度不同，其中 SCP 在這些指標上表現最佳，尤其是在結腸長度指標方面。結腸病理改變也可通過組織圖像直接觀察到。模型組出現嚴重病理損傷，包括炎癥細胞浸潤、絨毛丟失和隱窩破壞。所有多糖組均能減輕這些癥狀，其中 SCP 組保護效果最佳。

為探索多糖緩解結腸炎的分子機制，研究進行了 RNA 測序。結果顯示，所有組均未出現明顯的測序偏倚。PCA 分析能夠清晰地區分各多糖組與模型組，說明兩者之間存在顯著差異；與其他多糖組相比，SCP 組與模型組的距離最遠。Venn 圖顯示了類似結果。與模型組相比，CP 組有 1762 個基因上調、1011 個基因下調；SCP 組有 3128 個基因上調、2060 個基因下調；ACCP 組有 391 個基因上調、184 個基因下調；CMCP 組有 1865 個基因上調、1264 個基因下調。差異表達基因的 GO 分析顯示，多糖預處理后主要變化條目包括“細胞黏附”“對刺激反應的調節”“免疫反應”和“炎癥反應”。這些結果表明，炎癥和免疫失調在結腸炎中發揮核心作用，而多糖可有效緩解這些反應。KEGG 分析發現，MAPK、NF-κB 和 ECM 通路顯著富集。

為驗證免疫調節作用及杯狀細胞變化，研究對 T 細胞和巨噬細胞進行了染色和計數。DSS 處理后，杯狀細胞顯著減少，而 CD4?、CD8? 細胞和巨噬細胞顯著增加。然而，所有多糖組均可逆轉杯狀細胞、CD4? 細胞、CD8? 細胞和巨噬細胞的變化趨勢。對于炎癥因子，模型組中 TNF-α 和 IL-1β 水平升高，而多糖給藥組降低了這些水平。尤其是 SCP 顯著降低了 TNF-α 和 IL-1β 水平。此外，MPO、SIgA 和 TGF-β3 也呈現類似趨勢。對于抗炎細胞因子 IL-4、IL-13、IL-17 和 IL-22，模型組中這些因子水平降低，而 SCP 給藥組能夠調節這些指標。DAO 水平也顯示出類似變化。結腸炎小鼠中 LBP 和 LPS 水平升高，而多糖處理降低了這種升高趨勢。與正常組相比，模型組緊密連接蛋白 zonulin、ZO-1、Occludin 和 Claudin-1 顯著減少；而多糖處理組，尤其是 SCP 組，減弱了這種下降。MUC-2 蛋白的免疫組化結果進一步驗證了上述腸道屏障功能結果。腸道屏障功能受損會導致有害物質進入血液，從而引起全身炎癥。與正常組相比，結腸炎小鼠肝臟中 T-AOC、CAT 和 SOD 表達顯著降低，而 MDA 生成顯著增加；SCP 組能夠逆轉這些趨勢。

為進一步探究青錢柳多糖作用于結腸炎小鼠的機制，并驗證 KEGG 結果，研究采用 Western blot 檢測 MAPK、NF-κB 和 ECM 通路相關蛋白水平。DSS 增加了 Jnk、Erk、P38、SMAD2、SMAD3 和 NF-κB 的磷酸化水平。同時，在 DSS 影響下，TGF-β、SMAD4 和 MyD88 表達升高。然而，CP、SCP、ACCP 和 CMCP 給藥均可逆轉這一趨勢。這些結果表明，CP、SCP、ACCP 和 CMCP 可能通過類似通路緩解小鼠結腸炎。這種共同性可能歸因于它們來源相同且化學結構相似。

短鏈脂肪酸，包括乙酸、丙酸、異丁酸、丁酸、異戊酸和戊酸，是多糖經腸道菌群發酵產生的。與正常組相比，結腸炎小鼠盲腸中的 SCFAs 顯著降低。然而，所有多糖組中 SCFAs 水平均明顯升高。

研究還評估了多糖預處理結腸炎小鼠的腸道菌群。Rank-abundance 曲線趨于平坦，說明樣本在物種組成上具有均一性和豐富性。基于 Bray–Curtis 距離的主坐標分析（PCoA）顯示，正常組與模型組之間存在一定距離，說明 DSS 處理改變了腸道菌群。喂食多糖后，所有組均向正常組靠近，其中 SCP 組最接近正常組。Venn 圖展示了各組之間共有和特有的 OTU。結果顯示，厚壁菌門和擬桿菌門的相對豐度占總微生物的 80% 以上，是結腸炎模型中最常見的菌群。DSS 飲水后，與正常組相比，厚壁菌門豐度顯著增加，而擬桿菌門顯著下降。SCP 預處理可顯著逆轉這些趨勢。在門水平上，SCP 組與正常組最為相似。

在屬和科水平上，DSS 處理后腸道菌群組成發生改變；而多糖預處理可緩解這一變化。其中，SCP 組在菌群組成或比例方面與正常組最為接近。研究進一步通過線性判別分析效應量（LEfSe）分析識別各組腸道菌群組成差異。Prevotella 屬和 Eubacteriaceae 科在正常組中占優勢；厚壁菌門和 Clostridiales 綱在模型組中占優勢；Eubacterium 屬在 SCP 組中占優勢。總體而言，這些結果表明，SCP 對結腸炎小鼠具有最佳緩解作用，且腸道菌群可能在該過程中發揮關鍵作用。

圖 2. CP、SCP、ACCP 和 CMCP 對 DSS 誘導小鼠生理活動及細胞因子的影響。
（A）多糖干預 DSS 處理小鼠的實驗流程示意圖。飼養 7 天后，所有小鼠被分為正常組（N）、模型組（M）、5-氨基水楊酸組（5-ASA，PC 組）、CP 組、SCP 組、ACCP 組和 CMCP 組。第 8 天至第 21 天，N 組和 M 組灌胃生理鹽水；CP、SCP、ACCP 和 CMCP 分別以 50 mg/kg 體重的劑量灌胃至相應組；同時，PC 組給予 5-ASA，劑量為 100 mg/kg 體重。除 N 組外，其余組在最后 7 天飲水中加入 3% DSS。（B）體重；（C）第 14 天至第 7 天的體重變化率；（D）脾臟指數；（E）肝臟指數；（F）小鼠結腸代表圖；（G）結腸長度；（H、I）多糖對糞便含水量和糞便 pH 的影響；（J）DAI；DAI =（體重指數 + 糞便性狀評分 + 肛門出血評分）/3；（K）結腸 H&E 染色。

圖 3. CP、SCP、ACCP 和 CMCP 對腸道菌群多樣性及組成的影響。
（A）Rank-abundance 曲線；（B）基于 Bray–Curtis 距離的 PCoA 分析，置信區間為 95%；（C）Venn 圖，每個區塊代表一組，區塊重疊區域表示相應組之間共有的 ASV/OTU，每個區塊中的數字表示該區塊包含的 ASV/OTU 數量；（D）門水平腸道菌群相對豐度，各組門水平腸道菌群相對豐度變化，數據為均值 ± 標準誤，每種顏色代表一個菌門；（E）門水平代表性腸道菌群變化；（F）科水平腸道菌群相對豐度，各組科水平腸道菌群相對豐度變化，數據為均值 ± 標準誤，每種顏色代表一個菌科；（G）屬水平腸道菌群相對豐度，各組屬水平腸道菌群相對豐度變化，數據為均值 ± 標準誤，每種顏色代表一個菌屬；（H）腸道菌群分類樹狀圖；（I）基于宏基因組分析數據通過 LEfSe 生成的分類進化樹圖，每個圓圈大小與該分類單元豐度成正比。

2.3 硫酸基取代位點確認

進一步地，研究對 CP1 進行硫酸化修飾，獲得 SCP1。與 CP1 相比，SCP1 在 1249 cm?1 處出現 S─O 非對稱伸縮振動峰，在 819 cm?1 處出現 C─O─S 對稱伸縮振動峰，而這兩個峰在 CP1 中不存在，說明多糖硫酸化修飾成功。SCP1 的總糖含量為 80.38% ± 1.11%。CP1 和 SCP1 具有相似組成。SCP1 主要由 Glc（53.99%）、Gal（28.14%）、Ara（10.22%）和 Man（8.12%）組成。此外，SCP1 表面相對光滑，與 CP1 相似。這表明修飾過程中 CP1 主要發生基團變化，其整體結構未發生改變。

二維 NMR HSQC 譜顯示，在 84.71、83.82 和 80.11 ppm 處的峰明顯減弱，提示殘基 A 的 C4、殘基 A 的 C2 以及殘基 C 的 C2 位點主要被硫酸基取代。此外，SCP 的外觀形態與 CP 相似，說明修飾過程對 CP 的表觀結構影響較小。

2.4 SCP 的緩解作用與腸道菌群相關

腸道菌群對抗生素較為敏感。因此，研究采用抗生素混合物處理以清除腸道菌群。為確認腸道菌群是否是 SCP 治療結腸炎的關鍵因素，研究對 DSS 誘導結腸炎小鼠灌胃抗生素混合物。隨著結腸炎進展，模型組、抗生素組和抗生素+SCP 組小鼠體重均迅速下降。然而，當結腸炎小鼠接受抗生素混合物處理時，體重下降速度更快。抗生素處理結腸炎小鼠與普通結腸炎小鼠之間，結腸長度未出現明顯變化。然而，研究發現，無論是否灌胃多糖，抗生素處理小鼠盲腸中均出現大量血液積聚。與結腸炎小鼠相比，抗生素處理小鼠的糞便含水量和糞便 pH 變化均增加。DAI 結果也與上述結果一致。H&E 染色分析顯示，結腸炎小鼠存在炎癥浸潤和腸道結構破壞，抗生素處理進一步加重了這些現象。然而，SCP 并不能緩解抗生素處理結腸炎小鼠中的這些癥狀。

為驗證清除腸道菌群是否影響免疫調節作用，研究對杯狀細胞和 T 細胞變化進行了染色和計算。DSS 飲水后，杯狀細胞顯著減少，CD4? 和 CD8? 細胞增加。然而，在抗生素混合物處理的結腸炎小鼠中，杯狀細胞減少以及 CD4?、CD8? 細胞增加的程度更加嚴重，且 SCP 對這些參數沒有緩解作用。對于炎癥因子 TNF-α、IL-1β 和 IFN-γ，模型組中這些因子水平顯著升高。而在結腸炎小鼠中加入抗生素混合物后，這些炎癥因子進一步升高，尤其是 IFN-γ 和 TNF-α。此外，SCP 并不能減緩這種升高趨勢。MPO、SIgA、LPS、LBP 和 CCL2 水平也表現出類似趨勢，尤其是 MPO、LPS、LBP 和 CCL2。對于抗炎細胞因子 IL-2、IL-4、IL-6、IL-13 和 IL-22，模型組中這些因子水平降低，而抗生素處理進一步加重這種降低。DAO 也顯示出類似趨勢。當小鼠腸道菌群被清除后，SCP 處理無法發揮任何作用。

腸道屏障功能分析發現，與正常組相比，結腸炎小鼠中緊密連接蛋白 Occludin 和 Claudin-1 顯著減少。然而，抗生素組和抗生素+SCP 組的腸道屏障功能受到更嚴重破壞。MUC-2 蛋白免疫組化檢測結果進一步驗證了上述腸道屏障功能結果。

Western blot 結果顯示，抗生素混合物進一步激活了結腸炎小鼠中的 NF-κB 和 ECM 通路。SCFAs 是多糖經腸道菌群發酵產生的。因此，SCFAs 測定可間接證明腸道菌群是否被清除，從而驗證上述結果的準確性。結果顯示，與正常組相比，模型組盲腸中的乙酸、丙酸、異丁酸、丁酸、異戊酸和戊酸顯著降低。在加入抗生素混合物后，SCFAs 繼續下降至模型組的一半水平。

圖 4. 抗生素混合物實驗中，SCP 的緩解作用與腸道菌群相關。
（A）多糖干預 DSS 處理小鼠的實驗流程示意圖。小鼠隨機分為四組：正常組（N）、模型組（M）、抗生素組（A）和抗生素+SCP 組（AS）。第 8 天至第 21 天，N 組和 M 組灌胃生理鹽水。A 組給予 0.2 mL 抗生素，AS 組給予 0.1 mL 抗生素 + 0.1 mL 50 mg/kg SCP 溶液。除 N 組外，其余組在最后 7 天飲水中加入 3% DSS。（B）體重；（C）第 21 天至第 14 天體重變化率；（D）小鼠結腸代表圖；（E）結腸長度；（F-G）SCP 對糞便含水量和糞便 pH 的影響；（H）DAI；DAI =（體重指數 + 糞便性狀評分 + 肛門出血評分）/3；（I）結腸 H&E 染色。

2.5 糞菌移植模擬了 SCP 治療的緩解作用

為驗證腸道菌群介導 SCP 的緩解作用，并確認 SCP 在這一過程中作為益生元發揮作用，研究使用來自 SCP 處理小鼠的糞菌對 DSS 誘導結腸炎小鼠進行預處理。研究采用 16S rRNA 測序判斷糞菌移植是否成功。Rank-abundance 曲線趨于平坦，說明樣本在物種組成上具有均一性。正如預期，在屬水平上，SCP 組和糞菌移植組的微生物組成相似，尤其是在糞菌移植小鼠中，厚壁菌門和擬桿菌門作為兩類最豐富的菌群，其變化趨勢與 SCP 組一致。這些結果表明，糞菌移植成功。此外，SCFAs 結果也驗證了糞菌移植成功。與模型組相比，糞菌移植組和糞菌移植+SCP 組盲腸中的 SCFAs 顯著恢復。

此外，與 SCP 組相比，糞菌移植在體重、結腸長度、糞便含水量、糞便 pH 和 DAI 指數方面表現出相似的緩解作用。雖然糞菌移植+SCP 組相較模型組也顯著改善這些指標，但其與糞菌移植組之間無明顯差異。這可能說明 SCP 在該過程中主要作為益生元發揮作用，而不是通過其他方式直接緩解結腸炎。腺體排列紊亂、炎癥浸潤和腸道結構破壞得到恢復，證明糞菌移植可以模擬類似 SCP 治療的緩解效果。通過觀察杯狀細胞和 T 細胞變化評估免疫調節作用，結果也證實糞菌移植可增加杯狀細胞數量，并減少 CD4? 和 CD8? 細胞。

與模型組相比，SCP 糞菌移植小鼠中 TNF-α、IL-1β、IFN-γ、MPO、SIgA、LPS、LBP 和 CCL2 表達顯著降低。與 DSS 誘導結腸炎小鼠相比，糞菌移植組和糞菌移植+SCP 組中 IL-2、IL-4、IL-6、IL-13、IL-22 和 DAO 水平改善，并接近 SCP 組水平。這些結果表明，糞菌移植可抑制炎癥小體激活。對于腸道屏障功能，與 DSS 誘導結腸炎小鼠相比，糞菌移植小鼠中 Occludin 和 Claudin-1 表達顯著恢復。MUC-2 蛋白免疫組化結果進一步驗證了上述腸道屏障功能結果。為判斷糞菌移植緩解結腸炎的機制是否與 SCP 治療相同，研究采用 Western blot 檢測 NF-κB 和 ECM 通路相關蛋白。與模型組相比，糞菌移植與 SCP 治療類似，可抑制結腸炎小鼠中 NF-κB、IκBα、SMAD2 和 SMAD3 的磷酸化，以及 TLR4、Myd88、TGF-β3 和 SMAD4 的表達。

圖 5. 糞菌移植對腸道菌群多樣性及組成的影響。
（A）Rank-abundance 曲線；（B）Venn 圖，每個區塊代表一組，區塊重疊區域表示相應組之間共有的 ASV/OTU，每個區塊中的數字表示該區塊包含的 ASV/OTU 數量；（C）基于 Bray–Curtis 距離的 PCoA 分析，置信區間為 95%；（D）層次聚類分析；（E）門水平腸道菌群相對豐度，各組門水平腸道菌群相對豐度變化，數據為均值 ± 標準誤，每種顏色代表一個菌門；（F–H）門水平代表性腸道菌群變化；（I）基于 KEGG 分析的 PICRUSt 微生物功能預測。Castor 隱狀態預測算法根據進化樹中參考序列對應基因家族的拷貝數，預測特征序列最接近的序列物種，并獲得其基因家族拷貝數。隨后將基因家族“映射”到多個數據庫，并使用 MinPath 推斷代謝通路是否存在；（J）基于宏基因組分析數據通過 LEfSe 生成的分類進化樹圖，每個圓圈大小與該分類單元豐度成正比。

圖 6. 糞菌移植實驗顯示，SCP 的緩解作用與腸道菌群相關。
（A）多糖干預 DSS 處理小鼠的實驗流程示意圖。在糞菌移植實驗中，小鼠隨機分為五組：正常組（N）、模型組（M）、SCP 組、FMT 組（DSS 處理前移植 SCP 小鼠糞菌）和 FMT+SMP 組。第 8 天至第 21 天，N 組和 M 組灌胃生理鹽水。FMT 組給予 0.2 mL 糞菌液，FMT+SMP 組給予 0.1 mL 糞菌液 + 0.1 mL 50 mg/kg SCP 溶液。除 N 組外，其余組在最后 7 天飲水中加入 3% DSS。（B）體重；（C）DSS 處理后第 7 天至第 1 天體重變化率；（D）小鼠結腸代表圖；（E）結腸長度；（F-G）SCP 及 SCP 糞菌移植對糞便含水量和糞便 pH 的影響；（H）DAI；DAI =（體重指數 + 糞便性狀評分 + 肛門出血評分）/3；（I）結腸 H&E 染色。

2.6 SCP 重塑腸道菌群促進宿主產生 12-HEPE

既往非靶向代謝組學研究發現，花生酸類相關代謝物在結腸炎發展中占據重要地位。為評估腸道菌群在結腸炎進展中的影響，研究使用小鼠血清和肝臟樣本進行靶向 UPLC-MS 代謝組學分析。有趣的是，重要代謝物 12-HEPE 在 SCP 處理小鼠的肝臟和血清中均出現富集。此外，在糞菌移植小鼠中，12-HEPE 信號強度也升高。令人注意的是，12-HEPE 在抗生素組和結腸炎小鼠的肝臟及血清中均顯著降低。綜合來看，12-HEPE 可能是一種由腸道菌群介導的重要宿主來源代謝物，并負責 SCP 在結腸炎中的保護作用。

此外，研究使用 Spearman 相關性分析評估腸道菌群與 12-HEPE 的關系。擬桿菌門和放線菌門與 12-HEPE 呈正相關，其中只有擬桿菌門在肝臟和血清中均與 12-HEPE 呈顯著正相關。這些結果提示，擬桿菌門可能是促進宿主產生 12-HEPE 的關鍵菌群。

2.7 補充 12-HEPE 可緩解 DSS 誘導的結腸炎

如上所述，SCP 處理和 SCP 小鼠糞菌移植均可提高 12-HEPE 濃度。因此，研究通過注射 12-HEPE 來驗證其作用。正如預期，接受 12-HEPE 處理的小鼠，其結腸炎癥狀得到緩解，效果類似于 SCP 處理和 SCP 小鼠糞菌移植處理，具體表現為體重、結腸長度、糞便含水量、糞便 pH 和 DAI 指數改善。此外，12-HEPE 可減輕結腸中的炎癥浸潤和腸道結構破壞。

研究還通過觀察杯狀細胞、T 細胞和巨噬細胞變化來評估免疫調節作用。結果證明，12-HEPE 可顯著增加杯狀細胞數量，并減少 CD4?、CD8? 和 F4/80 細胞數量。與模型組相比，12-HEPE 處理小鼠中 TNF-α、IL-1β、IFN-γ、MPO、SIgA、LBP 和 CCL2 表達顯著降低。與 DSS 誘導結腸炎小鼠相比，12-HEPE 處理組中 IL-2、IL-4、IL-13、IL-17、IL-22 和 DAO 水平改善，其趨勢類似于 SCP 組或 SCP 糞菌移植組，并與抗生素處理小鼠相反。對于腸道屏障功能，與 DSS 誘導結腸炎小鼠相比，12-HEPE 處理小鼠中 Claudin-1 和 ZO-1 表達顯著恢復。MUC-2 蛋白免疫組化結果進一步驗證了上述腸道屏障功能結果。

在信號通路方面，與模型組相比，12-HEPE 抑制了結腸炎小鼠中 NF-κB、IκBα、Jnk、Erk、P38、SMAD2 和 SMAD3 的磷酸化，并抑制了 TLR4、Myd88、TGF-β3 和 SMAD4 的表達。然而，只有 TLR4 介導的 NF-κB 信號通路相關蛋白，包括 TLR4、Myd88、NF-κB 和 IκBα，受到顯著抑制。因此，SCP 對 DSS 誘導結腸炎的保護作用依賴于菌群介導的 12-HEPE 富集。

圖 7. 12-HEPE 對結腸炎的緩解作用。
（A）多糖干預 DSS 處理小鼠的實驗流程示意圖。在代謝物注射實驗中，小鼠隨機分為三組：正常組（N）、模型組（M）和 12-HEPE 代謝物注射組（D）。第 8 天至第 21 天，N 組和 M 組每隔一天注射生理鹽水。D 組注射 0.2 mL 濃度為 100 ng/mL 的 12-HEPE。除 N 組外，其余組在最后 7 天飲水中加入 3% DSS。（B）體重；（C）第 14 天至第 7 天體重變化率；（D）小鼠結腸代表圖；（E）結腸長度；（F-G）12-HEPE 對糞便含水量和糞便 pH 的影響；（H）DAI；DAI =（體重指數 + 糞便性狀評分 + 肛門出血評分）/3；（I）結腸 H&E 染色。

2.8 12-HEPE 與關鍵受體 TLR4 結合的計算機對接模擬和分子動力學分析

為進一步驗證 12-HEPE 是否能夠與 TLR4 受體相互作用，研究使用 Discovery Studio 分子對接模擬 12-HEPE 與 TLR4 受體之間的相互作用。結果顯示，12-HEPE 可與 TLR4 穩定結合，結合自由能為 ?6.1 kcal/mol，說明二者具有良好的結合活性。其中，TLR4 受體上的 HIS158 和 TYR183 殘基與 12-HEPE 形成疏水相互作用；ASP264 和 ARG233 殘基與 12-HEPE 形成不利供體—供體作用力；SER182、GLU265、PHE262 和 ALA157 殘基與 12-HEPE 形成范德華力。

均方根偏差（RMSD）通過計算原子相對于參考結構的平均位移，量化蛋白和配體的構象穩定性。偏差越小，構象穩定性越好。因此，研究采用 RMSD 評估模擬體系的平衡狀態。復合物體系在 80 ns 后達到平衡，最終在約 5.2 ? 附近波動，說明小分子與靶蛋白結合過程中具有較高穩定性。進一步分析顯示，在運動過程中，復合物體系的回轉半徑（Rg）和溶劑可及表面積（SASA）值僅有輕微波動，提示小分子—靶蛋白復合物在動態運動過程中發生了一定構象變化。氫鍵是決定配體—蛋白相互作用結合親和力和特異性的關鍵因素。在動態模擬過程中，靶蛋白與小分子之間形成了多個氫鍵，數量范圍為 0 至 4。值得注意的是，在大部分模擬時間中，復合物維持約 2 個氫鍵，表明靶蛋白與配體之間存在穩定的氫鍵相互作用。

蛋白質中氨基酸殘基的柔性通過均方根波動（RMSF）反映。復合物體系的 RMSF 值相對較低，大多數低于 4 ?，說明柔性降低、結構穩定性增強。綜上，12-HEPE–TLR4 體系結合穩定，且復合物具有良好的氫鍵作用。因此，12-HEPE 對靶蛋白 TLR4 具有良好的結合效果。

圖 8. TLR4 是 12-HEPE 發揮結腸炎緩解作用的關鍵受體。
（A）NF-κB、p-NF-κB、IκBα、p-IκBα、MyD88、TLR4 和 NLRP3 的蛋白水平；（B-F）TLR4/β-actin（B）、MyD88/β-actin（C）、p-NF-κB/NF-κB（D）、p-IκBα/IκBα（E）和 NLRP3/β-actin（F）的相對強度；（G）TGF-β、SMAD2、p-SMAD2、SMAD3、p-SMAD3 和 SMAD4 的蛋白水平；（H-K）TGF-β/β-actin（H）、p-SMAD2/SMAD2（I）、p-SMAD3/SMAD3（J）和 SMAD4/β-actin（K）的相對強度；（L）Jnk、p-Jnk、Erk、p-Erk、P38 和 p-P38 的蛋白水平；（M-O）p-Jnk/Jnk（M）、p-Erk/Erk（N）和 p-P38/P38（O）的相對強度。（P-Q）12-HEPE 與 TLR4 的分子對接。（R）吉布斯能量景觀（三維）。（S）RMSD、（T）Rg、（U）SASA、（V）氫鍵數量和（W）RMSF 分析，用于評估 12-HEPE 與 TLR4 的結合。

2.9 12-HEPE 通過阻斷 TLR4 激活發揮結腸炎保護作用

TLR4 受體是結腸炎進展的重要觸發因素。結腸炎小鼠中 TLR4 相關蛋白表達升高。抑制 TLR4 受體激活可抑制結腸炎癥狀。因此，在結腸炎小鼠中抑制 TLR4 受體是一種潛在治療靶點。鑒于 12-HEPE 能夠緩解結腸炎癥狀，研究進一步探討 12-HEPE 是否通過抑制 TLR4 激活發揮抗炎作用。研究將 TLR4 激動劑與 12-HEPE 聯合腹腔注射，以觀察 12-HEPE 是否仍能對結腸炎小鼠發揮緩解作用。

正如預期，與 TLR4 激動劑組相比，12-HEPE 不能抑制結腸炎小鼠中 NF-κB、IκBα 的磷酸化，也不能抑制 Myd88 和 NLRP3 表達。這表明 TLR4 受體在 12-HEPE 緩解結腸炎過程中發揮關鍵作用。此外，在小鼠結腸炎癥狀指標方面，包括體重、結腸長度、糞便含水量、糞便 pH 和 DAI 指數，12-HEPE 也不能表現出緩解作用。在免疫細胞數量、細胞因子表達和腸道屏障完整性方面也觀察到類似結果，即在 KS09 存在時，12-HEPE 無法抑制 TLR4。因此，這些結果表明，12-HEPE 通過阻斷 TLR4 受體在結腸炎小鼠中發揮抗炎作用。

圖 9. 12-HEPE 通過阻斷 TLR4 激活發揮結腸炎保護作用。
（A）多糖干預 DSS 處理小鼠的實驗流程示意圖。在激動劑實驗中，小鼠隨機分為兩組：KS09 組（Y）和 KS09+12-HEPE 組（DY）。TLR4 激動劑 KS09 以及 KS09+12-HEPE 每隔一天注射至相應組小鼠。除 N 組外，其余組在最后 7 天飲水中加入 3% DSS。（B）NF-κB、p-NF-κB、IκBα、p-IκBα、MyD88、TLR4 和 NLRP3 的蛋白水平；（C-G）TLR4/β-actin（C）、MyD88/β-actin（D）、p-NF-κB/NF-κB（E）、p-IκBα/IκBα（F）和 NLRP3/β-actin（G）的相對強度；（H）體重；（I）第 14 天至第 7 天體重變化率；（J）小鼠結腸代表圖；（K）結腸長度；（L-M）TLR4 激動劑 KS09 和 KS09+12-HEPE 對糞便含水量和糞便 pH 的影響；（N）DAI；DAI =（體重指數 + 糞便性狀評分 + 肛門出血評分）/3。

2.10 UC 患者血清 12-HEPE 升高提示一種代償性反應

為探索人類中 12-HEPE 與結腸炎嚴重程度之間的關系，研究納入了獨立驗證隊列。有趣的是，研究觀察到，活動性結腸炎患者的血清 12-HEPE 水平并未降低，反而顯著高于健康對照。這一發現與小鼠中外源性補充 12-HEPE 的治療效果形成了有趣對比。研究者推測，這種升高并不代表 12-HEPE 具有致病作用，而是可能代表一種宿主來源的代償性保護反應，用于抵抗持續炎癥。患者之間存在顯著異質性，其中一個明顯亞群表現出非常高的 12-HEPE 水平，這可能反映了不同患者啟動這種保護性反應的能力存在差異。

圖 10. 12-HEPE 發揮結腸炎保護作用的機制。
（A）CD4?、CD8?、F4/80 和杯狀細胞的免疫組化染色。ABPAS（B）、CD4?（C）、CD8?（D）和 F4/80（E）的組裝圖定量分析；（F）TNF-α 濃度；（G）IL-1β 濃度；（H）IFN-γ 濃度；（I）IL-2 濃度；（J）IL-4 濃度；（K）IL-6 濃度；（L）IL-13 濃度；（M）IL-17 濃度；（N）IL-22 濃度；（O）MPO 濃度；（P）SIgA 濃度；（Q）DAO 濃度；（R）LBP 濃度；（S）CCL2 濃度；（T）MUC-2 的免疫組化染色及定量分析。（U）在醫院建立發現隊列和獨立驗證人類 UC 隊列；（V）健康對照組（HC，n = 52）和 UC 組（n = 78）中 12-HEPE 的濃度。

【Citation】:Chen, X., Shen, M., Zhang, R., Huang, Z., Niu, H., Yu, Q., Chen, Y., Pan, X., Rong, L., Wen, H., Yang, J., & Xie, J. (2026). Sulfated Cyclocarya Paliurus Polysaccharide Sorchestrates the Gut Microbiome to Mobilize a Host-Derived 12-HEPE Against Ulcerative Colitis.Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany), e75681. Advance online publication.

【貢獻】★★★★★

綜上，本研究全面闡明了 SCP 抗結腸炎作用的機制，建立了多糖結構、腸道菌群生態和宿主免疫代謝之間的因果聯系。多組學整合分析顯示，SCP 可富集產生 SCFAs 的擬桿菌門菌群，從而推動結腸上皮產生專門促炎癥消退介質 12-HEPE。12-HEPE 以納摩爾親和力結合 TLR4，阻斷 NF-κB/NLRP3 信號通路，并模擬 SCP 介導的保護作用。遺傳或藥理學方式重新激活 TLR4 會消除 12-HEPE 和 SCP 的療效。

總體而言，本研究確立了一條具有藥物開發潛力的“腸道菌群—脂質代謝物—TLR4”軸，并將 SCP 定位為一種首創的、以腸道菌群為導向的 UC 治療候選物。SCP—腸道菌群—12-HEPE—TLR4 軸的發現，不僅推進了我們對宿主—微生物互作的認識，也為通過調節腸道菌群、動員機體內源性保護機制治療 UC 開辟了新的方向。

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