SCIENCE CHINA Life Science（《中国科学：生命科学》英文版）发表了中国农业大学动物科学技术学院马曦教授团队的原创性工作，明确了 “细菌脂肪”-PHB（聚β-羟基丁酸酯）缓解断奶仔猪腹泻和小鼠结肠炎的微生物机制，为新型益生菌生物膜递送系统的研发提供了新的证据。
炎症性肠病(IBD)是一种复杂而典型的肠道炎症相关疾病，临床包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)。类似于人类的肠道疾病，断奶仔猪易发生腹泻，每年给养殖业造成巨大的经济损失。IBD和腹泻都与粘膜损伤和炎症有关，以特发性、复发性为特征，均缺乏普遍有效的治疗方法，因此，迫切需要新的治疗策略来减轻IBD和腹泻对机体造成的负担。屏障功能受损引起的结肠黏膜损伤是导致IBD和腹泻的重要原因。杯状细胞负责黏蛋白的产生和分泌，高度糖基化的黏蛋白(MUC2)构成了结肠黏液层的内层和外层。其中负责分泌功能的酸性黏蛋白可根据寡糖链上的唾液酸或硫酸基团的存在分为硫黏蛋白和唾液酸黏蛋白。硫黏蛋白可通过高铁二胺(HID)染色特异性识别，是治疗腹泻和结肠炎的新靶点。然而，目前对硫黏蛋白的微生物响应机制知之甚少，还没有针对促进IBD中硫黏蛋白分泌和成熟的治疗方法。
以硫黏蛋白为靶点进行益生菌干预是治疗肠道疾病的潜在方法，然而，由于益生菌定植能力差，在宿主体内存活时间短，益生菌的应用遇到了很大的挑战。提高益生菌对外部威胁的抗性和定植能力的关键是促进其生物膜的形成。考虑到大多数乳酸菌难以形成生物膜，迫切需要一种可以作为底物的材料，为生物膜的形成提供有利的生态位。高效的基质材料支持益生菌生物膜的形成需要满足两个基本要求。它不仅应该稳定地附着在肠道内表面，提供稳定的界面，而且不应该阻碍益生菌的生长。作为一种组织工程支架，聚β-羟基丁酸酯(PHB)是一种很有前途的候选材料。PHB是β-羟基丁酸(β-HB)的聚合物，是许多细菌的重要能量底物，也被称为“细菌脂肪”，可以帮助细菌在营养缺乏和环境压力下生存。
图1：PHB——益生菌生物膜形成的支架
PHB表面呈现疏松多孔的结构，为约氏乳杆菌生物膜的形成提供有利的生态位。形成生物膜的约氏乳杆菌增殖迅速，耐酸、耐胆盐能力明显增强。
这项研究通过生物合成PHB，发现PHB可以通过促进杯状细胞的分化和硫黏蛋白的成熟来缓解腹泻和结肠炎，扩大了PHB材料的新用途；菌群移植和清除的正反操作共同证明了PHB促进硫黏蛋白成熟是由约氏乳杆菌介导的，首次解析了PHB缓解肠道炎症的微生物机制；进一步的研究表明，PHB为益生菌生物膜的形成提供了良好的生态位，可作为一种安全的益生菌生物膜递送系统，增强细菌对环境压力的耐受性并显著促进其增殖。综上所述，这项研究为益生菌和功能材料在肠道炎症治疗中的可能作用提供了理论支撑，PHB和生物膜自包被的益生菌的应用可能具有临床意义。
图2：PHB缓解肠道炎症的微生物机制
菌群移植和清除的正反操作共同证明了PHB缓解肠道炎症的过程是由约氏乳杆菌介导的，PHB促进约氏乳杆菌生物膜的形成，约氏乳杆菌生物膜通过调节岩藻糖残基促进杯状细胞分化和随后的硫黏蛋白成熟来缓解结肠炎。
该论文以中国农业大学动物科学技术学院博士生马宁及郭娉婷，和食品科学与营养工程学院陈晶瑜副教授为共同第一作者，中国农业大学马曦教授和清华大学陈国强教授为共同通讯作者。
该研究受到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项资金、中国农业大学 2115 人才培育发展支持计划、高等学校学科创新引智计划（111计划）的资助。