南京工业大学江凌教授、朱政明副教授发表封面文章

学术   2024-09-11 19:03   上海  

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南京工业大学江凌教授、朱政明副教授发表封面文章

近日,南京工业大学Zhenlei Liu(第一作者)、朱政明副教授(通讯作者)和江凌教授(通讯作者)等在国际期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》发表了题为“Clostridium tyrobutyricum in Combination with Chito-oligosaccharides Modulate Inflammation and Gut Microbiota for Inflammatory Bowel Disease Treatment”的封面文章。


炎症性肠病(IBD)是一组以结肠和小肠慢性炎症为特征的疾病,其发病率正在上升。这些疾病可能导致严重的并发症,如结直肠癌。IBD 的发病机制很复杂,目前尚未完全了解。人们认为其涉及肠道屏障问题、免疫系统失调以及肠道微生物紊乱。目前针对 IBD 的临床干预措施通常包括使用药物,如氨基水杨酸盐、抗生素、皮质类固醇和免疫抑制剂。然而,长期使用这些药物会导致明显的不良反应,如恶心、头痛、痤疮、水肿和鼻咽炎。因此,迫切需要既能解决 IBD 潜在病因又能最大限度减少全身副作用的新策略。
在我们之前的研究中,我们证明了酪丁酸梭菌(C.tyrobutyricum)在利用壳寡糖(COSs)作为唯一碳源或与葡萄糖一起作为混合碳源时具有强大的生长性能。基于这一发现,我们在葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的炎症性肠病(IBD)小鼠模型中对含有酪丁酸梭菌和壳寡糖的合生元的效果进行了全面评估。对包括体重变化、疾病活动指数(DAI)、结肠形态、炎症相关细胞因子的表达水平以及与氧化应激相关的蛋白质等多个参数进行了定量评估。通过仔细研究肠道黏膜屏障功能、炎症相关细胞因子和肠道微生物的组成,解释了其潜在机制。

结果表明,合生元补充剂有效地缓解了炎症并恢复了肠道屏障功能。此外,合生元补充剂可有助于消除活性氧(ROS),并通过酪丁酸梭菌的短链脂肪酸产生菌提高短链脂肪酸的产生。而且,这种合生元还可以调节肠道微生物的组成。这些发现强调了酪丁酸梭菌和壳寡糖作为有价值的活体生物治疗药物在治疗肠道相关疾病方面的潜力。

图形摘要

Figure 1. Principle of probiotics in the treatment of intestinal diseases and experimental design in mice. (A) The study involved three treatment groups: the C.t. group received oral administration of C. tyrobutyricum, the COS group received oral administration of COSs, and the synbiotic group received oral administration of both C. tyrobutyricum and COSs; (B) colitis was induced in mice by adding 2.5% DSS to their drinking water for 7 days. Daily oral gavage with C. tyrobutyricum, COSs, or the synbiotic commenced on the sixth day of induction. Ctrl: healthy control group fed a normal diet.

Figure 2. Macroscopic assessment of the therapeutic effects of C. tyrobutyricum, COSs, and the synbiotic on DSS-Induced colitis in mice. (A) Changes in body weight; (B) DAI; (C) macroscopic images of the mice colon and (D) corresponding quantitative colon length; (E) spleen weight-to-body weight ratios.

Figure 3. Assessment of damage and therapeutic efficacy of C. tyrobutyricum, COSs, and the synbiotic in DSS-Induced colitis in mice. (A) Microscopic images of proximal colon tissue stained with H&E; (B) Histopathologic scores, calculated after colon microscopy analysis; (C) MPO activity in proximal colon tissue.

Figure 4. Impact of C. tyrobutyricum, COSs, and the synbiotic on the modulation of immune markers in DSS-treatment mice colon. Levels of cytokine proteins, including (A) IL-1β, (B) TNF-α, (C) IL-6, (D) IL-10, (E) TGF-β, and (F) ROS, were analyzed by ELISA in proximal colonic tissues.

Figure 5. Impact of C. tyrobutyricum, COSs, and the synbiotic on tight junction protein expression in DSS-Induced mice colon. (A) Microscopic images of proximal colon tissues immunohistochemically stained with occludin and ZO-1. Scale bar represents 100 μm. Arrows indicate IHC positivity; (B) the average optical density of each group is depicted.

Figure 6. Concentrations of acetate (A), propionate (B), and butyrate (C) in feces.

Figure 7. Regulation of gut microbiota composition by C. tyrobutyricum, COSs, and the synbiotic. (A–C) Alpha diversity indices; (D) OUT cluster analysis; (E, F) relative abundance of fecal bacterial phylum and family; (G) variations in microbial taxa among different groups analyzed by LEfSe.

原文链接

https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c03486



通讯作者简介

江凌,1982年生,中共党员,南京工业大学学科处副处长、教授,博士生导师,国家“优青”获得者,国家一流本科专业负责人、江苏省杰青、江苏省重点学科带头人,黄和院士团队核心成员,新疆“天池英才”柔性引进人才,新疆农业科学院微生物应用研究所特聘教授,新疆特殊环境微生物实验室学术委员会委员。

江凌教授长期从事极端微生物资源及其食品酶资源的保育和开发。围绕微生物和酶的发现、改造与高效使用等三个关键科学问题,从海陆极端微生物来源的新菌种和新糖酶基因资源的挖掘与评价、生物催化体系中糖酶的理性改造、生物转化体系中微生物的定向调控等三个方面入手,设计面向食品工业环境应用的生物催化剂(微生物和酶)改造方法,通过食品科学、食品微生物学、合成生物、酶工程、发酵工程等多学科的交叉融合,在生物催化和生物转化的共性关键技术和研究方法学等方面开展基础理论研究和应用技术研究,取得了一系列原创性的学术成绩。
以第一或(共同)通讯作者在Trends Biotechnol., J. Agr. Food Chem., Food Res. Int., Biotechnol. Adv.等国际一流期刊发表SCI论文100余篇,其中,10篇入选封面封底文章,12篇入选ESI高被引和热点论文。累计授权国家专利57件,申请PCT专利3件。先后主持国家自然科学基金优秀青年基金、国家自然科学基金山东联合基金重点项目、国家重点研发计划课题、江苏省自然科学基金杰出青年基金等国家、省部级以上课题近20项。多项研究成果通过省部级鉴定,均达到国际先进水平,先后获国家技术发明二等奖、中国轻工业联合会科技进步一等奖、中国商业联合会科技进步特等奖、江苏省轻工协会科技进步一等奖、新疆维吾尔自治区科技进步二等奖等多项奖励。相关成果通过技术转化应用,近3年为合作企业新增销售额15亿元以上,取得了良好的经济、社会和环境效益。
朱政明,南京工业大学食品与轻工学院副教授,硕士生导师。研究方向:益生菌的系统与合成生物学研究:围绕新型菌株的发现、改造与高效应用等三个关键科学问题,从高性能益生菌株的挖掘及高通量筛选、基于CRISPR基因编辑技术的高版本底盘细胞的定向改造、工程益生菌的健康应用等方面入手,通过分子生物学、微生物学、合成生物学、系统生物学、计算生物学等多学科的交叉融合,在益生菌底盘细胞改造与应用的共性关键技术和研究方法学等方面开展基础理论研究和应用技术研究。


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