中药单体1区: 江中团队揭示黄芩素改善SEB诱导的急性呼吸窘迫综合征的作用机制研究|中药|介导|代谢物|免疫|急性呼吸窘迫症候群|急性呼吸窘迫综合征|炎症|细胞|肺组织|黄芩素

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导读

背景：急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的特点是突发性和广泛的肺部炎症，死亡率约为40%。目前还没有有效的治疗方法来预防或逆转其严重后果。黄芩素（BAI）是一种天然的邻三羟基黄酮，已被确定为黄芩的核心质量标志物，对肺部炎症有一定的疗效。然而其口服生物利用度有限，因此研究BAI体内机制的大多数研究都采用了注射技术。目前人们对生物利用率低的BAI发挥口服作用的机制还尚不明确。

目的：本研究旨在评估BAI在ARDS小鼠中的治疗效果及其潜在机制。

方法：通过行为学实验、组织学分析、免疫荧光染色、免疫细胞流式细胞术、qRT-PCR和ELISA分析来评估BAI对ARDS小鼠的疗效。对肺组织进行转录组分析，以检测差异表达基因和生物通路。对粪便样本进行微生物16S rRNA分析和非靶向代谢组学分析，以确定与BAI相关的特定菌群和代谢物。此外通过抗生素鸡尾酒疗法和粪便微生物群移植阐明肠道微生物群介导的对ARDS的影响。

结果：研究首次发现口服BAI可有效缓解葡萄球菌肠毒素B诱导的ARDS。BAI可缓解肠道菌群失调，并调节Toll样信号通路和氨基酸代谢。BAI对ARDS的保护作用取决于肠道微生物群。调节肠道微生物群可增加短链脂肪酸的产生，增强肺屏障功能，这与BAI的治疗干预效果一致。值得注意的是，BAI极大地丰富了普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）的数量，与TLR4/MyD88信号级联反应中的关键差异表达基因呈正相关。

结果：BAI是一种潜在的益生菌制剂，可减轻ARDS的症状，靶向特定的微生物物种可能会为研究生物利用度有限的其他类黄酮提供一种创新的治疗方法。

亮点：

1.口服黄芩苷（BAI）可缓解肠道菌群失调，调节Toll样信号通路和氨基酸代谢，从而有效减轻葡萄球菌肠毒素B引起的急性缺氧性呼吸衰竭（ARDS）。

2.BAI对ARDS的保护作用取决于肠道微生物群。

3.调节肠道微生物群可增加短链脂肪酸(SCFA)的产生，增强肺屏障功能，这与BAI的治疗干预措施是一致的。

论文ID

原名：Baicalein ameliorates SEB-induced acute respiratory distress syndrome in a microbiota-dependent manner

译名：黄芩素以微生物群依赖性方式改善SEB诱导的急性呼吸窘迫综合征

期刊：Phytomedicine

IF：6.7

发表时间：2024.09

通讯作者：王雅琪

通讯作者单位：江西中医药大学

实验设计

实验结果

1. BAI可抑制SEB诱导的肺细胞因子风暴的进展

为了证明BAI的疗效，对小鼠进行了双剂量SEB暴露攻击。组织病理学分析表明，BAI能显著改善肺组织结构，使肺泡壁变薄，减少炎症细胞的浸润。肺组织病理学病理变化的四级分级系统表明，无论是30或60 mg kg-1的BAI都能改善肺组织损伤的进展（图1A）。

肺部和胃肠道疾病常常同时存在，慢性阻塞性肺病（COPD）患者同时被诊断出患有炎症性肠病的可能性要高出2-3倍。因此我们还观察了结肠组织的病理切片。模型组小鼠也表现出严重的结肠炎症症状，如黏膜上皮细胞脱落和坏死、杯状细胞减少和炎性细胞浸润。值得注意的是，这些症状在BAI处理的小鼠中显著减轻（图1B）。

预防或抑制细胞因子风暴对挽救重症肺炎患者的生命具有重要作用。因此我们测量了肺细胞因子和趋化因子的丰度。与对照组相比，模型组SEB感染后血清和肺组织中促炎性细胞因子（IFN-γ、TNF-α）水平均升高，而抗炎因子（TGF-β）水平降低（图1）。BAI能显著降低促炎细胞因子的水平，同时提高抗炎因子的水平。趋化因子CCL2和CCL5也出现了类似的趋势（图1）。值得注意的是，BAI表现出与阳性药物DXMS相当的显著抑制作用，这表明它能有效抑制细胞因子风暴。

采用肺湿/干重量比来评估肺水肿，结果显示BAI治疗显著减轻了肺水肿（图1E）。脾脏和胸腺是协调免疫反应的关键，BAI对其具有保护作用（图1F）。此外流式细胞分析证实，与SEB组相比，BAI组CD8和CD4 T细胞的积累百分比有所下降（图1G）。此外给予BAI能有效降低了SEB引起的白细胞和Gran水平的升高，同时升高了红细胞和HGB水平（图1H）。这些综合结果强调了BAI在减轻SEB介导的肺部炎症和诱导肺部免疫止血方面的作用。

图1 BAI对ALI/ARDS相关症状和炎症的影响。(A)H&E染色测量肺组织的病理变化（比例尺=100 μm）和肺组织损伤评分（n=3）。(B)H&E染色测量结肠组织的病理变化（比例尺=100 μm）。(C-D)肺组织和血清中炎性细胞因子的含量（n=8）。（E）肺干湿比（n=6）。（F）脾脏和胸腺的器官指数（n=10）。（G）流式细胞术测量CD4+和CD8+ T细胞水平（n=6）。（H）通过全血细胞计数测量血细胞计数（n=6）。

2. BAI可恢复SEB对肺屏障功能的损害

气血屏障是宿主的主要内部屏障，主要由紧密连接蛋白组成，在抵御病原体入侵方面发挥着重要作用。如图2A所示在SEB暴露的小鼠体内，ZO-1、claudin和occludin-1的mRNA表达显著下调，而BAI处理组（30和60 mg\kg-1）则能够显著逆转了这种下调。

气道黏液作为一道保护屏障，在保护呼吸道上皮不受外界环境影响方面发挥着至关重要的作用。我们对SEB小鼠的研究表明，BAI导致MUC5b和 MUC2的表达显著增加，同时抑制了MUC5ac的表达（图2B-D）。

这些研究结果表明，BAI对紧密连接蛋白和黏蛋白的表达具有调节作用，从而对改善肺屏障功能产生有益影响。

图2 BAI对ALI/ARDS中紧密连接蛋白和黏蛋白的影响。(A)ZO-1、Claudin和Occludin-1的基因表达水平（n=8）。(B)MUC5b和MUC2的基因表达水平（n=8）。(C）MUC5b的蛋白表达水平（n=6）。(D）MUC5ac的蛋白表达水平（n=6）。

3. BAI缓解SEB诱导的肠道菌群失调

最近关于低生物利用率的化学物质与肠道微生物相互作用的发现，重塑了对其体内机制的认识。为了确定BAI是否能通过作用于肠道微生物来缓解肺部炎症，我们进行了16s rRNA高通量测序，以确定不同组别中肠道微生物物种组成的变化。

PCoA图结果表明不同组之间的β多样性显著分离，表明SEB和BAI处理后肠道微生物结构发生了重大变化（图3A）。如图3B所示，聚类结果进一步显示了四个组别在门和属水平上存在显著差异。

随后进行了线性判别分析（LDA）效应大小（LEfSe），以确定BAI处理后的优势微生物类群。如图3D所示，当LDA分数阈值设定为4.0时，SEB处理模型组与BAI（30mg\kg-1）组相比，只有两个类群受到影响。在SEB组中，脱硫弧菌属（Desulfovibrio）及其衍生物是主要的分类群，而在BAI（30mg\kg-1）组中，脱硫弧菌科（Desulfovibrionaceae）和普雷沃氏菌科（Prevotellaceae_NK3B31）在属水平上丰富。将模型组与BAI（60mg\kg-1）组进行比较，SEB组有14个类群发生了变化，BAI（60mg\kg-1）组有7个分类群发生了变化。BAI （60mg\kg-1）处理显著增加了拟杆菌目（Muribaculaceae）和普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）的相对丰度，而在属一级显著减少了毛螺菌科（Lachnospiraceae）、毛螺菌科（Lachnospiraceae_NK4A136）和脱硫弧菌属(Desulfovibrio)（图3D-F）。普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）是BAI（30和60mg\kg-1）组中的主要物种。这些结果共同证明了BAI在SEB诱导的肺部炎症过程中塑造肠道微生物的作用。

图3 BAI对ALI/ARDS肠道微生物的影响。(A) PcoA结果分析。(B) 在门和属水平上丰度排名前10的细菌。(C)肠道微生物在门和属水平的相对丰度。(D)线性判别分析和LEfSe。(E) BAI 30mg\kg-1组主要菌群的相对丰度。(F) BAI 60 mg\kg-1组主要菌群的相对丰度。

4. BAI增加SCFA的产生和FFAR2、FFAR3的表达

SCFA是菌群的主要代谢产物，通过宿主-微生物代谢轴对宿主产生重要影响，激活或抑制信号通路，调节肠道内甚至远距离的多种代谢途径。为了明确SCFA与肺部炎症之间的相关性，采用GC-MS法检测了粪便样本中的SCFA的含量。如图4A所示，发现丙酸是粪便样本中含量最高的SCFA。BAI处理可恢复SEB引起的SCFA水平下降。值得注意的是，与SEB组相比，BAI处理后粪便中乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的浓度均有显著增加（图4A）。SCFA通过与感应受体游离脂肪酸受体FFAR3和FFAR2相互作用，调节上皮细胞和中性粒细胞的免疫反应。BAI对FFAR3和FFAR2的影响从未报道过。因此采用qRT-PCR方法测定了肺组织中FFAR3和FFAR2的mRNA表达。引物列表如表1所示。如图4B所示，与NC组相比，SEB后FFAR3和FFAR2的表达显著降低。然而BAI治疗显著逆转了这种降低。总之BAI通过激活肺上皮细胞中的FFAR3和FFAR2受体来响应肠道微生物结构的改变和SCFA产量的增加，从而减轻肺部炎症。

图4 BAI对ALI/ARDS中短链脂肪酸和FFAR的影响。(A) 乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的浓度（n=4）。(B) FFAR3和FFAR2的水平（n=8）。

表1 目标基因的引物列表

5. BAI以肠道微生物群依赖的方式缓解ALI/ARDS

肺部和肠道都属于黏膜免疫系统，新的证据表明调节肠道微生物群有可能治疗肺部疾病。为了证实BAI对肺部炎症的保护作用是否取决于肠道微生物的存在，小鼠在服用BAI之前要接受为期4周的抗生素治疗（ABX），以建立假无菌模型（图5A）。如图S2所示肠道微生物被有效清除。重要的是在没有肠道微生物的情况下，BAI的治疗效果完全失效。在肺组织结构损伤、炎症因子（IL-6、IL-8和IL-1β）表达、肺干\湿重量比、脏器指数和SCFA水平方面，ABX+BAI组与SEB组之间未观察到明显差异（图5B-F）。这些结果表明，BAI以肠道微生物群依赖的方式减轻了SEB诱发的ALI/ARDS。此外肺组织中紧密连接蛋白（ZO-1、claudin和occludin-1）和黏蛋白（MUC5b和MUC2）的mRNA表达水平也显示，抗生素干预阻碍了BAI治疗的改善作用（图5G-J）。这些结果表明肠道微生物群在BAI的保护作用中起着不可或缺的作用，突出了它们作为治疗靶点的重要性。

图5 BAI对抗生素鸡尾酒治疗的ALI/ARDS症状和炎症的影响。(A)抗生素鸡尾酒治疗小鼠ALI/ARDS模型建立示意图。(B)H&E染色测量肺组织的病理变化（比例尺=100 μm）。(C）肺干湿比（n=6）。(D）脾脏和胸腺的器官指数（n=10）。(E）肺组织中炎症细胞因子的含量（n=8）。(F）乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的浓度（n=4）。(G）FFAR3和FFAR2的水平（n=8）。(H）MUC5b和 MUC2的基因表达水平（n=6）。(I）ZO-1、claudin和occludin-1的基因表达水平（n=6）。(J）MUC5b和MUC5ac的蛋白表达水平（n=6）。

6. BAI粪便微生物群移植可改善SEB引起的ALI/ARDS

为了进一步证实经过BAI处理的肠道微生物群在调节肺部炎症中的关键作用，将BAI处理过的小鼠的粪便样本转移到经过抗生素处理的受体小鼠体内，进行了FMT实验。经过4周的微生物定植后，受体小鼠随后暴露于SEB。与之前的结果一致，来自BAI处理过的小鼠的粪便微生物群对肺部健康具有类似的保护作用。与单用SEB组相比，接受FMT的受体小鼠表现出与ALI/ARDS相关的症状显著缓解，包括肺组织结构增强，炎性细胞因子（如IL-6、IL-1β和IL-8）水平降低，炎性细胞浸润减少（H&E染色），胸腺和脾指数增加（图6A-C）。此外还观察到紧密连接蛋白（ZO-1、claudin和occludin-1）、黏蛋白（MUC5ac、MUC5b和MUC2）和SCFA感受器（FFAR3和FFAR2）的表达水平以及SCFA浓度的得以恢复（图6D-H）。这表明通过FMT恢复了免疫功能。这些结果证明了维持肠道微生物平衡在保护肺部健康中的关键作用。BAI通过重建微生物微环境，可有效缓解ALI/ARDS。

图6 FMT对抗生素鸡尾酒治疗ALI/ARDS的症状和炎症的影响。(A) H&E染色测量肺组织的病理变化（比例尺=100 μm）。(B)脾脏和胸腺的器官指数（n=10）。(C)肺组织中炎症细胞因子的含量（n=8）。(D）乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的浓度（n=4-6）。(E）FFAR3和FFAR2的水平（n=8）。(F）MUC5b和MUC2的基因表达水平（n=8）。(G）ZO-1、Claudin和 Occludin-1的基因表达水平（n=8）。(H）MUC5b和MUC5ac的蛋白表达水平（n=6）。

7. BAI调节SEB诱导的ALI/ARDS中的转录分析

对从不同组肺部提取的mRNA进行了转录组分析。与SEB组相比，BAI 3mg\kg-1组显示出152个差异表达基因，包括119个上调基因和33个下调基因。值得注意的是，BAI 60mg\kg-1组的影响更为明显，显示出818个差异表达基因，包括526个上调基因和292个下调基因（图7A）。BAI 30和60 mg\kg-1组和共有7个基因的表达发生了变化。

为揭示受BAI影响的基因功能和生物通路，进行了GO和KEGG富集分析。GO分析显示，在BAI 30和60 mg\kg-1组中，与免疫相关的功能明显集中（图7C）。特别是差异表达基因主要与免疫系统过程、免疫反应、B细胞受体信号通路、免疫球蛋白产生和先天性免疫反应等功能相关（图7C）。KEGG富集分析为BAI 30和60 mg\kg-1组选择了P值最小的前20个通路。值得注意的是这些通路中有相当大部分途径包含了代谢和免疫过程，表明BAI对ALI/ARDS的保护作用与原发性免疫缺陷、MAPK信号通路、NOD样受体信号通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用、Toll样受体信号通路和NF-κB信号通路密切相关（图7D）。

图7 BAI对ALI/ARDS转录组学的影响。(A)不同基因上调和下调的散点图。(B)差异基因热图。(C) GO富集分析。(D) KEGG富集分析。

8. BAI调节SEB诱导的ALI/ARDS的粪便代谢组学变化

肠道微生物与其定植宿主之间错综复杂的相互作用形成了一个复杂的网络。为了探索BAI处理过的肠道微生物对ALI/ARDS小鼠代谢谱的影响，使用LC-MS分析来鉴定各组小鼠粪便中不同表达的代谢物。质量控制样本结果见表S1。正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）表明各组之间存在明显的差异，正离子模式下的R2X、R2Y和Q2值分别为0.573、0.913和0.388，负离子模式下的R2X、R2Y和Q2值分别为0.488、0.788和0.451，证实了OPLS-DA模型的可靠性和整体数据质量（图8A-B）。

在SEB组中共鉴定出100个差异表达的代谢物，其中57个上调，43个下调（图S3）。值得注意的是，给予BAI后，BAI 30 mg\kg-1组回调了SEB诱导的13个代谢物变化，所有这些代谢物都是上调的（图8C，表2）。BAI 60 mg\kg-1组回调了SEB诱导的12种代谢物变化，其中包括9种上调和3种下调的代谢物（图8D，表3）。

为了更深入地了解这些代谢物的影响，进行了代谢通路分析。如果一条通路符合P<0.05和影响值大于0.01的标准，则该通路被视为潜在靶点。KEGG通路富集分析显示，BAI治疗ALI/ARDS的机制与代谢通路密切相关，包括丁酸代谢、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、精氨酸和脯氨酸代谢（图8E-F）。

图8 BAI对ALI/ARDS粪便代谢物的影响。(A-B) 正负离子模式下的OPLS-DA图。(C) NC、SEB和 BAI 30 mg\kg-1组代谢物差异热图。(D) NC、SEB 和 BAI 60 mg\kg-1组间代谢物差异热图。(E) SEB组和 BAI 30 mg\kg-1组之间代谢途径富集度的变化。(F) SEB组和 BAI 60 mg\kg-1组之间代谢途径富集度的变化。

表2 SEB组和BAI 30组小鼠粪便中存在13种显著差异的代谢物

表3 SEB组和BAI 60组小鼠粪便中存在12种显著差异的代谢物

9. 富集基因、代谢物和肠道微生物的组合通路

为了探索BAI处理过的肠道微生物代谢物与肺部差异表达基因之间的潜在关系，通过基于KEGG的通路富集分析对代谢组和转录组数据进行了整合。表4详细列出了整合分析得出的前30个富集通路。如图9A所示，BAI治疗导致多个通路显著富集，包括NOD样受体信号通路、MAPK信号通路、Toll样受体信号通路、NF-κB信号通路、丁酸代谢通路和氨基酸代谢通路，如精氨酸和脯氨酸代谢，以及丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢。此外普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）的丰度与TLR4/MyD88信号级联中的关键差异表达基因呈显著正相关（图S4）。

为了验证转录组测序和代谢组学研究结果的可靠性，采用qRT-PCR方法检测了肺组织Cdkn1a、Dusp2、Hck、Pstpip1、Ccr2、Mep1a、NLRP3、IL-1β、TLR4、MyD88、Ikbke、p-p38和p-JNK等关键基因的mRNA表达量。此外还采用酶联免疫吸附法检测了粪便中的l-谷氨酸和琥珀酸水平。结果表明与SEB组相比，服用BAI会导致Dusp2和Pstpip1的mRNA表达增加，l-谷氨酸和琥珀酸的水平升高。相反Cdkn1a、Hck、IL-1β、Ccr2、Mep1a、NLRP3、TLR4、MyD88、Ikbke、p-p38和p-JNK下调（图9B）。

图9 转录组和代谢组的综合分析。(A)显著差异表达基因和显著差异表达代谢物的KEGG合成通路富集分析。(B）转录组学和代谢组学中关键差异基因和关键差异代谢物的水平（n=6-8）。

表4 转录组学和代谢组学综合分析的前30条富集途径

ARDS是一种历史悠久的疾病，距今已有50多年的历史，由于缺乏有效的治疗方法，它在临床上仍然是一个普遍存在的难题。目前的研究强调肠道微生物组的多方面作用，它不仅影响人体的营养和免疫，还通过肺-肠轴影响各种肺部疾病的肺功能。研究表明，白藜芦醇等天然产品的益生元拥有巨大潜力，可通过调节肠道微生物群来预防ALI/ARDS，因此肠道微生物可能成为肺部疾病的潜在靶标。

BAI是一种众所周知的生物活性膳食类黄酮，大量存在于茶叶和保健品中，具有强大的抗炎特性。其作用机制包括与髓细胞分化因子2结合，有效抑制TLR4-MD2激活以及随后的MAPK和NF-κB信号传导。然而由于水溶性和渗透性较差，其生物利用度较低，被归类为生物制药分类系统IV类化合物（溶解度：0.052 mg/ml；亲脂性：Papp=0.037×10-6 cm/s）。因此对BAI体内机制的研究通常依赖于注射途径，如静脉注射和腹膜内注射，而胃内给药较为少见。为了提高溶解度和生物利用度，开发了各种策略，包括脂质体、胶束、纳米晶体和聚合物纳米颗粒等传统纳米载体，以确保有效的口服给药。

然而，口服是膳食类黄酮的传统方法。我们口服未经改良的BAI的结果显示，肺部疾病状况有所改善，炎症细胞因子风暴有所减少--这与经验知识相符。然而，生物利用度较低的口服BAI的有效性机制仍然难以捉摸。以往的研究表明，葡萄糖醛酸化/硫酸化在BAI的代谢和吸收中起着核心作用。口服BAI后，其葡萄糖醛酸化代谢产物，如黄芩苷、黄芩素6-O-葡萄糖醛酸苷，几乎全部在血液中循环，而BAI母体本身的吸收几乎可以忽略不计。有趣的是超过87%的口服BAI富集在肠道中。此外肠道组织表现出高丰度的硫酸化代谢物，如硫酸黄芩素和千层纸素A。因此肠道是BAI代谢的关键部位。

肠道寄生着大量微生物（1011-1012个/克），产生β-葡糖醛酸酶和硫酸酯酶，将BAI转化为苷元释放出来。我们注意到，产生β-葡糖醛酸酶的细菌--类杆菌属的数量显著增加，而硫酸盐还原细菌--脱硫弧菌的数量显著减少。虽然肠道微生物为BAI代谢提供了关键酶，但BAI的生物转化是否依赖于肠道微生物仍不清楚。为了解决这个问题，我们在服用BAI之前通过抗生素治疗进行了无菌模型试验。值得注意的是在没有肠道微生物的情况下，BAI的治疗效果完全失效。在肺组织结构损伤、炎症因子表达、肺干\湿重量比和其他评估方面，ABX+BAI组与SEB组之间没有观察到显著差异。这些结果首次表明，BAI以肠道微生物群依赖的方式缓解了SEB诱发的ALI/ARDS。

在结肠内，BAI及其未消化的糖苷为特定的常驻细菌提供能量来源，导致各种SCFAs分子的产生。然而这些SCFA是肠道微生物的主要代谢产物，在宿主-微生物互作中发挥着至关重要的作用，不仅影响肠道内的代谢途径，还影响肝脏、肺部和大脑的系统代谢途径。肠道衍生的SCFAs沿肠-肺轴转运到肺，并联合改变肺泡巨噬细胞的代谢编程。肠道衍生的SCFA沿肠道-肺轴进入肺部，并结合改变肺泡巨噬细胞的代谢编程。BAI治疗可恢复因SEB而减少的SCFA水平。反过来，SCFA通过与感应受体FFAR3（GPR41）和FFAR2（GPR43）相互作用，调节上皮细胞和中性粒细胞的免疫反应。之前对GPR41-/和 GPR43-/-小鼠的研究表明，接触SCFA后肠道肽分泌减弱。BAI对FFAR3和FFAR2的影响尚未见报道。研究结果表明，SEB诱导的FFAR3和FFAR2的下调在BAI处理后被显著逆转。这表明BAI对SEB诱导的ALI/ARDS的抑制作用可能与激活肺上皮细胞中的FFAR3和FFAR2有关。

维持黏液屏障对保护气道上皮至关重要，气道上皮是先天性免疫防御的第一道防线。在我们的研究中，未经BAI治疗的模型小鼠肺部黏蛋白（MUC5b、MUC2 和MUC5ac）和紧密连接蛋白（claudin、ZO-1和occludin-1）的表达量显著降低，表明上皮屏障结构异常，BAI治疗可有效恢复屏障结构的完整性。黏液覆盖在呼吸道黏膜表面，在抵御细菌性肺炎、保持肺组织完整性和防止血管渗漏方面发挥着重要作用。主要分泌的黏液蛋白MUC5ac、MUC5b和MUC2有助于黏液凝胶的形成。这些大型O链糖蛋白在维持健康的肺稳态方面发挥着直接作用。MUC5b是健康气道中的主要黏蛋白，研究表明MUC5b对感染后的黏液纤毛清除和炎症缓解至关重要。健康气道中的MUC5ac产量要低得多，但在炎症挑战下会上调。此外低水平的MUC2与严重COPD 患者的微生物定植和气道炎症加剧有关。

随后该研究对转录组和代谢组进行了分析以揭示其潜在的通路。与之前的研究一致，BAI治疗可作用于Toll样信号通路，尤其是TLR4，从而抑制下游的MAPK和NF-κB信号通路。肠道微生物群的菌群失调会损害屏障结构的完整性，最终导致内毒素血症和全身慢性炎症。调节微生物结构可有效缓解内毒素LPS的产生，改善肺屏障功能。TLR4识别内毒素LPS后会通过MyD88激活NF-κB，从而调节TNF-α和IL-1β等促炎细胞因子的产生。此外NF-κB激活是启动NLRP3激活的关键步骤。TLR4、MyD88和NF-κB及其下游级联在介导细胞炎症中发挥着关键作用，并导致ALI/ARDS的发生和发展。氨基酸代谢也与BAI的机制有关。研究表明，SCFA（主要是乙酸和丙酸）与富含氨基酸代谢的途径之间存在联系。值得注意的是，丁酸盐代谢中富含各种代谢物，是与丁酸盐产生有关的途径。丁酸盐能刺激杯状细胞，促使黏蛋白的黏液产生，增强紧密连接蛋白的表达。这种保护作用可以保护上皮细胞，降低肠道渗透性，减轻内毒素引起的炎症。被鉴定为丁酸生产菌的普雷沃氏菌科细菌数量显著增加，是BAI处理组中的主要菌种。研究结果揭示了一个多层面的机制，BAI通过该机调节toll样信号通路、氨基酸代谢和微生物组成，最终缓解了ALI/ARDS症状（图10）。

图10 BAI如何调节SEB诱导的ALI/ARDS的示意图

结论

本研究首次探索了BAI以肠道微生物群依赖的方式减轻ALI/ARDS的潜力。BAI的抗炎功效与其调节肠道微生物菌群失调、恢复肺上皮完整性、增强上皮细胞功能、提高SCFAs产量以及上调FFAR2和FFAR3表达的能力密切相关。此外BAI还能通过调节TLR4/MyD88信号级联和影响氨基酸代谢途径来改善代谢功能障碍。基于本研究的发现，微生物组靶向干预可能是探索生物利用度有限的类黄酮的一种有前途的策略。

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39326141/

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