本周分享的文献是2025年9月发表在Redox Biology期刊上一篇题为“Anemoside B4 alleviates ulcerative colitis by attenuating intestinal oxidative stress and NLRP3 inflammasome via activating aryl hydrocarbon receptor through remodeling the gut microbiome and metabolites”的文章

【背景介绍】

溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis, UC）是一种慢性非特异性肠道炎症性疾病，其发病机制与肠道氧化应激、免疫失衡、肠道屏障破坏以及肠道菌群紊乱密切相关。近年来研究表明，天然植物活性成分可通过调节肠道微生态和宿主代谢途径发挥抗炎作用。白头翁皂苷B4（Anemoside B4, AB4）是从中药白头翁中提取的一种三萜皂苷类化合物，具有潜在的抗氧化和抗炎活性，但其在UC中的作用机制尚不明确。

芳香烃受体（AHR）在肠道免疫稳态中的作用：AHR 是一种配体依赖性转录因子，广泛表达于肠上皮细胞与免疫细胞中，参与调控：肠屏障完整性；抗氧化反应（通过诱导Nrf2通路）；炎症反应（通过抑制NF-κB及NLRP3通路）。研究显示，肠道微生物代谢产物（如色氨酸衍生物和短链脂肪酸SCFAs） 可作为 AHR 激动剂，维持肠道免疫稳态。

研究结果1：AB4 减轻 DSS 诱导的小鼠溃疡性结肠炎

为评估AB4对UC的治疗潜能，该研究采用3%DSS连续饮用7天，在C57BL/6小鼠中建立急性UC模型（图1A）。与Con组相比，Mod组小鼠自第3天起体重持续减轻，摄食与饮水量显著减少；第4天起出现严重腹泻并伴肉眼可见血便，疾病活动指数（DAI）持续升高直至实验终点。而AB4干预可剂量依赖性的改善上述症状（图1B–E）。此外，取材后发现，给予DSS导致Mod组小鼠结肠明显短缩；而AB4各剂量组均可一定程度上改善DSS诱发的结肠缩短（图1F–G）。进一步对结肠壁厚度及整体形态进行评分，结果显示AB4显著改善DSS引起的结肠损伤，降低形态学评分（图1H–I）。此外，H&E染色显示Mod组结肠黏膜杯状细胞与上皮细胞大量丢失，隐窝结构破坏，伴显著炎性细胞浸润；AB4处理则剂量依赖性地减轻上述病理损伤，减少炎性浸润，修复隐窝结构，显著降低组织病理学评分（图1J–K）。综上，AB4可有效缓解DSS诱导的小鼠急性结肠炎，表现出良好的抗UC活性。

研究结果2. AB4 抑制炎症并防止 UC 小鼠肠道屏障功能障碍

黏膜炎症浸润与屏障破坏是UC患者及DSS模型小鼠共有的核心病理特征。作者进一步探究AB4能否抑制DSS诱发的肠道炎症并重塑屏障完整性。通过检测血清及结肠组织中关键促炎因子TNF-α、IL-6、IL-17与IL-1β的表达水平发现，Mod组各因子水平较Con组显著升高，而给予AB4低、高剂量干预后，上述促炎因子在血清及结肠中的表达均显著下降，且高剂量组的抑制效果优于阳性药5-ASA，提示AB4具有显著的剂量依赖性抗炎活性。此外，给予AB4显著改善了DSS诱导的紧密连接蛋白ZO-1与Occludin表达减少，并明显上调黏液层核心成分Muc-2的水平（图2E–F）。综上，AB4通过抑制炎症反应并修复紧密连接蛋白与黏液屏障，有效改善DSS诱导的肠道屏障功能障碍。

研究结果3：AB4对UC小鼠肠道菌群多样性的影响

为评估AB4对DSS所致肠道菌群紊乱的修复潜能，作者在给予小鼠100mg/kgAB4（AB4H组）干预后，检测了肠道菌群的多样性。首先，通过OTU等级曲线、Pan与Core物种分析确认各组样本测序深度充足，为后续分析奠定可靠基础。α-多样性指标：Sobs、Shannon、Chao和Ace指数一致显示，AB4处理显著提升了菌群的物种丰富度与均匀度，逆转了DSS导致的菌群多样性减少。通过PCA、PcoA、NMDS和NCM进一步分析β-多样性，发现Con和AB4组小鼠肠道微生物组成与Mod组存在显著差异。Con组和AB4组样品点之间的距离比Mod组更近，说明两组样品的物种组成更为相似。NCM分析表明，各组微生物群落的构建更容易受到确定性过程的影响，而对随机过程的影响较小（图3H-K）。

PLS-DA模型同样显示AB4组微生物轮廓趋同于Con组，与Mod组差异明显（图3L）。MDI量化结果表明，AB4显著降低了DSS所致的MDI值升高，反映了其恢复菌群失衡的能力（图3M）。最后，样本层次聚类结果显示，三组之间存在显著差异，AB4处理的样本与DSS组聚类分开，更接近Con组。综上，AB4通过重塑物种多样性、恢复群落组成并抑制生态紊乱，显著逆转了DSS诱导的肠道菌群失调。

研究结果4：AB4对DSS诱导UC小鼠肠道微生物组成的影响

为了进一步分析AB4对DSS小鼠肠道菌群的塑造作用，作者首先通过维恩图统计各组共有及特有物种，识别疾病组中的特有物种并筛选潜在生物标志（图4A）。门水平群落丰度分析表明，给予DSS之后，Bacteroidota与Verrucomicrobiota相对丰度升高，Firmicutes、Patescibacteria及Actinobacteriota则下降；AB4干预则逆转了这一失衡趋势，使各门比例恢复至接近Con组状态（图4B-D）。属水平进一步分析显示，Mod组以Muribaculaceae占优势，而Con与AB4组的优势菌为Lactobacillus（图4C、E）。此外，LEfSe分析（LDA>3.5）展现不同组中丰度有显著差异的物种（图4F、H）。热图揭示了每组小鼠中不同微生物的相对丰度（图4G）。

最后，利用PICRUSt2功能预测推测各组样品中微生物群落的功能信息。通过KEGG进一步预测疾病过程中的代谢途径，发现相关途径主要集中在对氧化应激的响应、氧化还原过程、氧化磷酸化、氧化还原酶活性等方面，提示菌群的改变与氧化还原相关途径密切相关（图4I）。综上所述，AB4改善了DSS小鼠肠道微生物组成，可能有助于减轻肠道炎症，保护肠道屏障。

研究结果5：AB4对DSS诱导UC小鼠肠道微生物代谢物的影响

鉴于皂苷类化合物口服生物利用度低、主要经肠道菌群发酵生成活性代谢物后发挥系统作用，作者采用非靶向代谢组学探究AB4干预后DSS小鼠粪便微生物代谢谱的动态变化。PCA分析显示，三组之间明显不同（图5A-B）。PLS-DA分析显示，AB4处理小鼠的肠道代谢谱与Mod组存在显著差异（图5C-H）。火山图揭示，Con vs Mod共有153个代谢物上调、497个下调；Mod vs AB4则出现96个上调、443个下调；Con vs AB4仅56个上调、139个下调，说明AB4在一定程度上逆转录DSS导致的代谢紊乱（图5I-K）。通过维恩图分析，进一步锁定73种共有的代谢物作为后续研究的重点（图6A）。通过VIP柱状图分析各差异组代谢物的表达模式，发现SCFAs为关键差异代谢物，与Con组相比，Mod组丙酸、丁酸显著下调，而AB4处理后大幅回升（图6B-C）。聚类热图亦将丁酸列为核心差异代谢物（图6D）。KEGG通路富集与功能分析进一步表明，SCFAs通路富集度最高，且在代谢物功能网络中处于核心位置，表明短链脂肪酸途径可能是AB4改善UC小鼠的关键代谢途径（图6E-H）。

研究结果6：B4抑制UC小鼠肠道氧化应激和NLRP3炎症小体活化

肠道菌群代谢组学结果提示，SCFAs是AB4发挥抗UC作用的关键物质。为此，作者首先检测了结肠组织中SCFAs的含量。与Con组相比，Mod组丙酸与丁酸水平显著降低；AB4干预后，含量均大幅回升，恢复至接近正常水平（图7A-B）。已知SCFAs可通过抑制ROS生成、阻断NLRP3炎症小体组装及IL-1β成熟，维持结肠稳态。因此，作者随后对结肠氧化应激状态进行了系统评估。ROS荧光探针显示，Mod组ROS产量较Con组显著升高，而给予AB4后，ROS水平呈剂量依赖性下降（图7C-D）。与此同时，氧化应激经典指标同步改善：AB4显著降低MPO活性及MDA含量，恢复SOD活力与GSH储备，且高剂量组效果优于5-ASA阳性对照（图7E-H）。综上，AB4能有效抑制DSS诱导的结肠氧化应激。

在明确氧化应激被遏制后，作者进一步考察其对NLRP3炎症小体级联的影响。结果显示，与Mon组相比，AB4H和AB4L组NLRP3表达水平显著降低（图7I-J），结肠组织中ASC、Caspase-1和IL-1β的表达水平显著降低（图7K-M）。这表明NLRP3炎症小体在UC的发展过程中被激活，进一步促进了体内的炎症反应。而AB4处理可有效抑制UC小鼠NLRP3炎性小体，对UC具有抗炎治疗作用。

研究结果7：AB4以肠道菌群短链脂肪酸代谢物依赖的方式减弱UC并激活AHR

为验证AB4对UC的改善作用是否由肠道菌群介导，作者构建了无菌结肠炎模型小鼠。随后，将AB4处理的DSS小鼠粪便（FT-AB4）或模型鼠粪便（FT-Mod）每日灌胃移植至无菌受体小鼠，并再次给予DSS（图8A）。结果发现，与FT-Mod组相比，FT-AB4组的小鼠的UC相关症状明显减轻（图8B-I）。此外，血清和结肠组织ELISA结果显示，FT-AB4组TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-17含量均显著低于FT-Mod组，提示菌群移植可重现AB4的全身与局部抗炎效应（图8J–M）。

进一步通过结肠HE及免疫荧光染色观察病理与屏障变化。结果显示，FT-AB4组炎性细胞浸润、黏膜水肿明显减轻，隐窝结构完整，病理评分显著下降。免疫荧光显示ZO-1、Occludin及Muc-2的表达显著回升，表明肠道屏障功能得以修复（图9A-B）。代谢层面，粪便菌群移植后48 h，FT-AB4组结肠内容物中丙酸与丁酸水平显著高于FT-Mod组，证实AB4塑造的菌群可持续提升SCFAs含量（图9C-D）。

为进一步明确粪便菌群移植后AB4是否通过微生物代谢物调控氧化还原状态，作者检测了各组结肠氧化应激指标。结果显示，FT-Mod组ROS产量较FT-Con组显著升高，而接受AB4粪便菌群移植的小鼠ROS水平显著下降，提示AB4经菌群SCFAs抑制ROS生成（图9E-F）。同样，FT-AB4组MPO、MDA含量降低，SOD、GSH水平升高，表明AB4通过菌群短链脂肪酸代谢物缓解DSS诱导的氧化应激（图9G-J）。

此外，作者还发现，FT-AB4组AhR被显著激活，与其抗氧化/抗炎效应一致（图9K）。Western blot显示，FT-AB4组NLRP3、ASC、Caspase-1及IL-1β表达均显著低于FT-Mod组（图9L-P）。综上，AB4粪便菌群移植通过提升SCFAs，激活AhR，阻断NLRP3炎症小体，从而发挥抗氧化和抗炎作用。

研究结果8：肠道菌群SCFAs代谢物通过活化AHR改善UC

为进一步验证AB4是否通过微生物代谢物降低肠道氧化应激与炎症，作者以150 mM丙酸钠（PA）和150 6mM丁酸钠（BA）每日灌胃，模拟菌群发酵产物，在DSS诱导的UC小鼠中进行干预（图10A）。结果发现，给予PA/BA后显著逆转体重下降、降低DAI、恢复结肠长度与形态，并减轻病理损伤（图10B–G）。氧化应激指标同步改善：PA/BA显著下调MPO、MDA，上调SOD、GSH（图10I–L）。组织学显示，炎症浸润、水肿及隐窝破坏减轻，ZO-1、Occludin、Muc-2表达升高，屏障完整性恢复（图10H-M）。同时，TNF-α、IL-6、IL-17、IL-1β被显著抑制，且DSS抑制的AhR核蛋白水平在PA/BA组明显回升（图10N–R）。综上，外源补充丙酸与丁酸可复制AB4的抗氧化、抗炎及屏障保护效应，证实微生物代谢物是其治疗UC的功能载体。

研究结果9：丁酸通过激活AhR改善DSS诱导的肠道类器官损伤

为进一步验证丁BA在抑制氧化应激和缓解肠道炎症中的直接作用，作者采用DSS诱导的肠道类器官损伤模型进行体外实验。结果发现，BA可显著缓解DSS诱导的类器官结构破坏，减少凋亡，维持培养结构的完整性（图11A）。此外，BA剂量依赖地抑制DSS诱导的IL-6、IL-1β、IL-17和TNF-α水平升高（图11B–E），通过激活AhR发挥保护作用（图11F），抑制ROS生成（图11G-H），降低DSS诱导的NLRP3、ASC、Caspase-1及成熟IL-1β表达，阻断炎症小体激活（图11I–M）。综上，丁酸通过激活AhR抑制ROS/NLRP3级联，改善DSS诱导的肠道类器官损伤。

研究结果10：AhR是介导AB4抗UC的关键靶点

已有研究指出，菌群来源的SCFAs及其衍生物可作为AhR内源性配体，通过结合并激活AhR发挥抗结肠炎作用。据此作者推测，AB4通过富集肠道菌群BA水平，进而激活AhR发挥抗UC作用。为验证该假设，作者在在给予DSS诱导小鼠AB4或BA的同时，每日腹腔注射AhR拮抗剂CH-223191。

结果显示，AB4单药显著逆转体重下降、降低DAI、恢复结肠长度与形态，并减少病理损伤；然而联合AhR拮抗剂后，上述改善效应被完全抵消，UC症状无缓解（图12A–G）。拮抗剂同样消除了AB4和BA对氧化应激（MPO、SOD、MDA、GSH）及炎症因子（TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-17）的调节作用（图12H–P）。此外，AB4对紧密连接蛋白ZO-1、Occludin和Muc-2的上调效应在AhR被抑制后消失，肠道屏障保护功能丧失（图12Q）。综上，AB4通过菌群-丁酸-AhR轴发挥抗结肠炎作用，AhR是其保护肠道屏障和抑制炎症的必需介导因子。

【结论】

本研究揭示了 AB4 通过 “重塑肠道菌群→促进丁酸生成→激活 AhR→抑制氧化应激与 NLRP3 炎症小体” 的级联机制改善 UC 的新范式。AB4 作为天然五环三萜皂苷，不仅能调节肠道微生态平衡，还能通过代谢物 - 受体轴发挥抗炎抗氧化作用，为 UC 的靶向治疗提供了潜在候选药物及理论依据。

文章原文：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213231725002599?via%3Dihub

                                                                                                                                                                               汇报人：徐姣芸