全球肥胖及代谢并发症的流行与高脂饮食（HFD）的广泛摄入密切相关。作为关键环境因素，HFD不仅导致热量过剩，还引发全身性代谢紊乱，包括脂质代谢失调、胰岛素抵抗和肠屏障损伤。研究表明，HFD诱导的肠道菌群失衡会促进肠道上皮紧密连接蛋白降解，导致脂多糖（LPS）通过门静脉流入肝脏，激活炎症通路并破坏胰岛素信号传导。这种“肠道渗漏-肝脏损伤”的病理循环，凸显了肠肝轴稳态在代谢调控中的核心作用。然而，现有针对代谢紊乱的干预手段仍存在局限，亟需开发更安全、高效的靶向策略。

尽管传统益生菌疗法可调节菌群组成，但活菌制剂稳定性差、存在潜在移位风险等缺陷，限制了其临床应用。近年来，后生元（定义为灭活微生物及其成分的制剂，具有健康益处）逐渐成为靶向肠肝轴的新型策略，其成分明确、稳定性强，且避免了活菌相关风险。即使在肠通透性增加的情况下，非活性后生元也可规避炎症激活和细菌移位风险。鼠李糖乳球菌属来源的后生元含肽聚糖、细菌素等功能分子，已被证实可通过调节肠肝代谢节点发挥抗肥胖潜力。例如，罗伊氏乳球菌无细胞上清液可下调促炎细胞因子，维持肠屏障完整性；双歧杆菌与乳杆菌混合菌株的无细胞上清液可减轻结肠炎小鼠肠道炎症，这些研究均证实了后生元在代谢疾病干预中的优势。

已有研究表明，鼠李糖乳球菌HF01的发酵产物可通过“肠道菌群-丁酸-肝脏脂质代谢轴”改善肥胖相关肝脏脂质沉积。在此基础上，本研究聚焦该菌株来源的无细胞上清液（CFS，后生元制剂），深入探究其通过菌群介导的代谢重编程维持肠肝稳态的机制。研究以HFD诱导的代谢紊乱小鼠为模型，通过16S rRNA测序、代谢组学、分子生物学等技术，分析CFS对肠道菌群组成、色氨酸代谢通路、肠屏障功能及肝脏胰岛素信号通路的调控作用，旨在明确后生元干预代谢紊乱的核心机制，为开发新型代谢疾病防治制剂提供理论依据和实验支撑。

2025年6月10日，哈尔滨工业大学化学与化工学院Rongchun Wang和Qiming Li团队在Current Research in Food Science在线发表题为“Lacticaseibacillus rhamnosus HF01 postbiotics reprogram gut microbial tryptophan metabolism to coordinate enterohepatic barrier-insulin signaling axis”的研究性论文，在这项研究中，明确了后生元干预代谢紊乱的核心机制，为开发新型代谢疾病防治制剂提供理论依据和实验支撑。

图1 实验设计、体重变化、体重增长比、李指数、血清TC/TG/FFAs水平

CFS缓解高脂饮食诱导的小鼠肥胖：HFD喂养12周后，模型组小鼠体重、李指数、腹部脂肪比显著升高（分别为对照组的3.02倍、1.15倍、3.24倍），血清总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、游离脂肪酸（FFAs）水平显著上升；CFS干预可显著抑制上述肥胖相关指标升高，逆转血清脂质紊乱（p<0.05）。

图2 OGTT曲线、AUC值、空腹血糖/胰岛素、HOMA-IR/HOMA-IS、GLP-1、LPS及炎症因子水平

CFS抑制小鼠胰岛素抵抗和炎症介质：模型组小鼠口服葡萄糖耐量（OGTT）下降、空腹血糖和胰岛素水平升高，胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）升高、胰岛素敏感性指数（HOMA-IS）降低，血清GLP-1水平下降54.30%；同时血清LPS及促炎因子（TNF-α、IL-6、IL-1β）水平显著升高；CFS干预可改善葡萄糖耐量，缓解胰岛素抵抗，提升GLP-1水平，降低LPS和促炎因子水平（p<0.05）。

图3 结肠H&E染色、炎症及屏障相关基因qRT-PCR结果、紧密连接蛋白免疫荧光染色及荧光强度定量

CFS调节结肠炎症相关基因表达：模型组结肠组织出现黏膜层变薄、隐窝减少、杯状细胞depletion及炎症浸润，促炎基因（TNF-α、IL-1β、IL-6、NLRP3、Caspase-1、TLR4）mRNA表达上调，抗炎基因IL-10及紧密连接蛋白（Occludin、Claudin、ZO-1）mRNA和蛋白表达下调；CFS干预可改善结肠病理损伤，逆转上述基因表达异常，提升紧密连接蛋白水平（p<0.05）。

图4 肝脏H&E染色、糖代谢相关基因qRT-PCR结果、蛋白表达及比值定量、蛋白电泳图

CFS调节肝脏糖代谢相关基因表达：模型组肝脏出现大量脂质滴堆积，糖代谢相关基因（Akt、IRS1、PI3K）mRNA表达分别下调38.36%、42.82%、44.03%，GSK3βmRNA表达上调1.51倍；蛋白水平上，p-PI3K/PI3K、p-Akt/Akt、p-GSK3β/GSK3β比值显著下降，p-IRS/IRS比值升高；CFS干预可减少肝脏脂质堆积，逆转上述基因mRNA和蛋白表达异常（p<0.05）。

图5 PCA分析、OTU韦恩图、门/目/属水平菌群组成、LEfSe分析LDA直方图

图6 关键OTU热图、OTU丰度比值、OTU与代谢/炎症指标相关性热图

CFS对肠道菌群结构的调节作用：PCA分析显示三组小鼠肠道菌群结构显著分离，模型组OTU数量减少，拟杆菌门丰度下降，厚壁菌门等致病菌门丰度升高，促炎菌属（拟杆菌属、结肠扩张杆菌属等）富集，有益菌属（穆里巴库姆菌属、未分类穆里巴库aceae科等）减少；CFS干预可逆转菌群结构失衡，抑制致病菌、富集有益菌，LEfSe分析鉴定出129个关键差异OTU（LDA>3.0）。

图7 PLS-DA、PCA、两组对比火山图、差异代谢物KEGG分类、氨基酸相关KEGG通路

图8 关键代谢物热图、代谢物丰度比值、代谢物与代谢/炎症指标相关性热图、色氨酸代谢通路示意图

CFS对肠道代谢物组成的调节作用：PLS-DA和PCA显示三组小鼠肠道代谢谱显著分离，模型组430种代谢物上调、303种下调；CFS干预后132种代谢物上调、244种下调；差异代谢物主要富集于氨基酸代谢通路，其中色氨酸代谢重编程显著：CFS升高IAA、TA、5-HIAA水平，降低5-HT、IPyA水平（p<0.05）。

图9 菌群与代谢物相关性热图、代谢物与肠屏障/肝脏糖代谢关联热图

CFS对宿主参数与肠道菌群及代谢特征的关联作用：相关性分析显示，TA、5-HT等色氨酸代谢物与关键有益菌属（穆里巴库姆菌属等）显著相关（p<0.01）；色氨酸代谢物与肠屏障功能（Occludin、Claudin、ZO-1）及肝脏糖代谢指标（p-IRS/IRS等）显著相关，证实菌群-代谢物-肠肝轴的调控网络。

本研究证实，鼠李糖乳球菌HF01来源的后生元（无细胞上清液CFS）可通过肠肝轴双向调控，改善高脂饮食诱导的代谢紊乱。其核心机制为：一是调节肠道菌群平衡，抑制拟杆菌属等促炎菌，富集穆里巴库姆菌属等有益菌；二是驱动色氨酸代谢重编程，升高IAA、TA、5-HIAA等保护性代谢物，降低5-HT等促炎代谢物，增强肠屏障紧密连接蛋白表达，阻断LPS translocation和炎症cascade；三是通过门静脉信号传导，激活肝脏IRS/PI3K/Akt信号通路，逆转胰岛素抵抗和糖代谢异常。

CFS作为非活性后生元，规避了传统益生菌的稳定性和移位风险，其“菌群-代谢物-肠屏障-胰岛素信号”的多维调控模式，为代谢紊乱的干预提供了新靶点和安全高效的策略，也为后生元在功能食品和临床领域的应用奠定了理论基础。

参考文献：https://doi.org/10.1016/j.crfs.2025.101111