炎症性肠病（IBD）特征是胃肠道的慢性炎症。最近的研究发现益生菌可以改变肠道微生物群并缓解肠道炎症。鼠李糖乳杆菌GG（LGG）是一种使用最广泛的益生菌。研究表明，LGG通过抑制炎症来维持肠道稳态，因此，明确肠道免疫反应在LGG缓解结肠炎中的作用并阐明其具体的分子机制至关重要。

研究目的

2025年2月，中国科学院微生物研究所王亮亮团队在The Journal of Clinical Investigation（IF=13.6）发表了题为“Lactobacillus rhamnosus GG induces STING-dependent IL-10 in intestinal monocytes and alleviates inflammatory colitis in mice”的文章。该研究通过非靶向代谢组学、转录组学、16S rRNA测序、qRT-PCR、形态学染色等技术发现了鼠李糖乳杆菌LGG通过促进Ly6C+单核细胞中IL-10的分泌有效缓解小鼠结肠炎，LGG还可重塑肠道菌群，进一步增强抗炎功能。其中非靶向代谢组学、转录组学、16SrRNA测序服务由诺禾致源提供。

研究思路

研究结果

1. LGG以IL-10依赖的方式缓解炎症性结肠炎。

作者使用葡聚糖硫酸钠盐（DSS）诱导急性结肠炎模型，并进行LGG处理。发现LGG显著改善了DSS诱导的体重减轻、结肠缩短、组织损伤和炎症水平（图1A-E）。此外，LGG显著下调促炎细胞因子TNF-α、IL-6、IL-1β和IFN-β（图1F和G）。LGG诱导了抗炎细胞因子IL-10的表达（图1A和B）。抑制LGG+DSS处理小鼠中的IL-10，LGG的保护作用被消除（图1H）。这些发现表明，LGG通过IL-10依赖的方式缓解炎症性结肠炎。

图1 LGG通过IL-10依赖的方式缓解炎症性结肠炎

2.单核细胞来源的IL-10介导了LGG的有益作用。

经LGG处理后，CD11b?Ly6C?细胞中IL-10的表达增加（图2A和B）。作者将LGG处理的野生型小鼠骨髓单核细胞转移到DSS处理的小鼠中，发现体重、结肠长度和炎症都有显著改善（图2C-E）。LGG处理的单核细胞中IL-10的表达显著增加（图2F和G）。作者发现LGG仅在DSS预处理的单核细胞中促进IL-10的表达（图2H）。这些数据表明，LGG在DSS诱导的炎症下促进了单核细胞中IL-10的积累。

图2 单核细胞来源的IL-10介导了LGG对结肠炎的保护作用

3.LGG通过STING信号通路抑制结肠炎。

本研究中，作者通过对LGG+DSS处理的野生型（WT）小鼠MLNs分离的单核细胞进行RNA-Seq分析，发现LGG处理激活了单核细胞中STING信号通路（图3A）。髓系细胞中敲除Sting后，LGG不能缓解体重减轻、结肠缩短和组织损伤（图3B-D）。作者发现在Sting-cKO小鼠的结肠组织中，LGG处理不影响IL-10的表达（图3E和F）。敲除Sting显著降低了CD11b?单核细胞中Il10的mRNA表达（图3G）。作者利用白喉毒素构建Sting敲除模型，发现LGG不能改善体重减轻和结肠缩短（图3H）。这些数据表明，单核细胞特异性敲除Sting损害了LGG缓解结肠炎的能力。

图3 LGG以STING依赖的方式缓解DSS诱导的结肠炎

4.LGG通过STING/TBK1/RELA轴诱导单核细胞中IL-10的表达。

作者进一步分析了来自LGG+DSS处理的WT小鼠MLNs分离的单核细胞的RNA-Seq数据。基因集富集分析显示，LGG处理后，差异基因显著富集于NF-κB信号通路（图4A）。LGG上调WT单核细胞中Il10的mRNA表达，而Sting缺失或Rela缺失的单核细胞中Il10的表达则减少（图4B）。Rela抑制剂（磺胺嘧啶）消除了WT单核细胞中LGG对IL-10的诱导（图4C和D）。LGG处理后，WT和Rela-KO单核细胞中TBK1的磷酸化水平显著增加（图4E）。作者对LGG处理的WT小鼠的单核细胞进行了基于抗RELA抗体的ChIP实验。结果显示RELA直接与IL-10的启动子区域相互作用（图4F和G）。这表明STING、TBK1和RELA是LGG在结肠炎情况下激活IL-10的关键因素。

图4 LGG通过STING/RELA轴诱导单核细胞中IL-10的表达

5.LGG触发IL-10的自分泌调节环路。

作者对DSS诱导的结肠炎小鼠（经LGG处理）的MLNs中分离的不同免疫细胞进行了IL-10受体（IL-10R）分布的分析。经LGG处理后，CD11b?Ly6C?单核细胞在IL-10R?细胞中占主要地位（图5A）。LGG处理减少小鼠的Ly6C?单核细胞中TNF-α、IL-6和IL-1β（图5B和C）。与WT单核细胞相比，IL10R缺失单核细胞中TNF-α、IL-6和IL-1β的mRNA水平显著降低（图5D和E）。综上所述，单核细胞既是肠道IL-10的主要生产者，又通过IL-10R感知这种细胞因子。

图5 LGG触发IL-10的自分泌调节环路

6.LGG重塑了与肠道免疫反应相关的肠道微生物群落及其代谢功能。

作者对DSS和LGG单独处理或共处理的小鼠结肠内容物进行了16S rRNA测序，发现不同处理组的结肠微生物组的整体结构发生了显著变化（图6A）。LGG处理的小鼠的肠道微生物多样性与对照小鼠相当（图6B）。进一步分析发现，DSS处理的小鼠中Proteobacteria和Deferribacteres的丰度更高，而Bacteroidetes和Saccharibacteria的丰度更低（图6C）而LGG处理逆转了这种种群变化（图6C）。线性判别分析效应大小（LefSe）分析发现Lachnospira、Parabacteroides和Sutterella（在属水平）在LGG+DSS处理的小鼠中富集（图6D）。作者采用非靶向代谢组学方法对结肠代谢物进行了分析。偏最小二乘判别分析（PLS-DA）显示，在DSS诱导的结肠炎中，LGG给药后代谢物发生了显著变化（图6E）。综合来看，我们的研究结果表明，LGG调节了特定共生细菌的丰度以及与肠道免疫反应相关的代谢功能。

图6 LGG重塑了与肠道免疫相关的肠道微生物群落及其代谢功能

7.LGG定植小鼠的粪菌移植（FMT）可缓解与免疫检查点阻断相关的结肠炎。

本研究验证了LGG在抑制免疫检查点阻断（ICB）相关结肠炎方面的应用潜力。作者发现LGG显著改善ICB相关结肠炎中出现的严重体重减轻和结肠缩短（图7A和B）。LGG还在ICB+DSS处理的小鼠的结肠组织中增加了IL-10，并降低了两种促炎细胞因子（TNF-α和IL-6）（图7C和D）。粪菌移植实验发现LGG显著改善ICB+DSS处理小鼠的体重减轻和结肠长度（图7E和F）。此外，FMT还显著降低了ICB+DSS诱导的结肠炎小鼠结肠组织中TNF-α和IL-6的表达（图7G）。本研究结果证明了调节肠道微生物群可以缓解ICB相关结肠炎。

图7 LGG可预防免疫检查点阻断相关的结肠炎

总结

本研究通过转录组学、非靶向代谢组学和16S rRNA测序等技术联合分析，发现LGG可以改善DSS诱导的结肠炎，这表明LGG可能是预防结肠炎的高效且安全的策略，同时LGG可以调节IL-10的表达并重塑肠道微生物群。