基于“肠道菌群-色氨酸代谢-肠道干细胞再生”途径研究清肠温中方治疗溃疡性结肠炎的作用机制

Alteration of gut microbiota is a key factor in the pathogenesis of ulcerative colitis (UC) . It can cause abnormal regeneration of intestinal stem cells(ISCs) and damage of intestinal mucosal barrier by affecting tryptophan metabolism, leading to the pathogenesis of UC. Our previous studies confirmed that Qingchang Wenzhong Decoction(QCWZD) was effective in the treatment of UC and could repair intestinal mucosal injury in UC rats. In addition, QCWZD was preliminarily found to regulate the gut microbiota associated with tryptophan metabolism. Therefore, we hypothesize that QCWZD can effectively treat UC by adjusting gut microbiota and influencing tryptophan metabolism, thus targeting the regeneration of ISCs and restoring intestinal mucosal barrier function. This study will continue to reproduce rats UC model by freely drinking DSS solution, the species, abundance and gene functions of gut microbiota will be comprehensively analyzed by metagenomics, and the differences of species composition and gene function among groups will be excavated. Tryptophan metabolites in intestinal tract will be detected by targeted metabonomics, and then be further verified by pseudo-aseptic animal model combined with fecal microbiota transplantation. Meanwhile, the expression of key factors in ISCs regeneration pathway will be detected , in order to reveal the mechanism of Qingchang Wenzhong Decoction in the treatment of UC via the gut microbiota-tryptophan metabolism-intestinal stem cells regeneration pathway, which will provide a scientific basis for the improvement of the clinical efficacy of traditional Chinese medicine in the treatment of UC.

肠道菌群失调是溃疡性结肠炎（UC）发病的关键因素，可通过影响色氨酸代谢，造成肠道干细胞再生异常，肠黏膜屏障受损，导致UC。申请人前期研究证实清肠温中方治疗UC疗效确切，并能修复UC大鼠肠黏膜损伤，且初步发现还可调节色氨酸代谢相关的肠道菌群，因此提出假说：清肠温中方通过调整肠道菌群影响色氨酸代谢，从而靶向调节肠道干细胞再生，恢复肠黏膜屏障功能，最终治疗UC。本研究继续采用DSS复制大鼠UC模型，以肠道菌群为切入点，采用宏基因组学全面解析肠道菌群的种类丰度、基因功能，重点挖掘各组色氨酸代谢相关菌群的物种组成和基因功能差异，利用靶向代谢组学检测色氨酸代谢产物，并建立伪无菌动物模型，联合运用粪菌移植技术加以验证，同时检测肠道干细胞再生途径关键因子的表达，从而揭示清肠温中方基于“肠道菌群-色氨酸代谢-肠道干细胞再生”途径修复肠黏膜屏障治疗UC的作用机制，为提高中医药治疗UC的临床疗效提供科学依据。

溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是一种结肠、直肠的慢性非特异性炎症性疾病，被世界卫生组织列为现代难治病之一。近年来UC的发病率逐渐增加，但是西医尚无治愈方法。中医药治疗UC辨证论治，疗效确切，因此开展中医药对UC的防治研究，对于减轻UC病情、缓解临床症状及提高生活质量等均具有积极意义。本团队前期研究发现，寒热错杂、湿热瘀阻是活动期UC的主要证候，当治以清肠温中，化瘀止血，由此创立的清肠温中方已被证实具有较好的临床疗效，但具体机制尚未清楚。.本项目在此基础上，通过构建UC小鼠模型，检测相关疗效学指标，明确了清肠温中方对UC小鼠的疗效。其次，本项目以肠道菌群为切入点，采用16S rRNA联合宏基因组学技术，全面解析了肠道菌群的种类丰度、基因功能，研究发现清肠温中方能够改善UC小鼠肠道菌群失调，尤其是提高益生菌（乳酸杆菌）的丰度，抑制有害菌（拟杆菌属）的定植。为了明确肠道菌群在清肠温中方治疗UC中的作用，我们进行了抗生素实验和粪菌移植实验进行验证，结果表明清肠温中方对UC小鼠的保护作用是以肠道菌群依赖的方式存在的。随后，我们利用代谢组学技术发现清肠温中方能够调控结肠炎小鼠的多种代谢功能，尤其是增强色氨酸代谢。考虑到色氨酸代谢对芳香烃受体（AhR）信号通路的影响，我们进一步检测了AhR信号通路中关键因子的表达，结果发现清肠温中方能够明显促进AhR信号通路的活性，促进肠道干细胞标记分子Ascl2、Lgr5等，以及肠道屏障相关蛋白Occludin、E-cadherin、ZO-1、Muc1、Muc2等的表达，表明清肠温中方能够促进UC小鼠肠道干细胞再生，增强UC小鼠的肠道屏障功能，修复黏膜损伤。.综上，我们研究表明，清肠温中方可通过调节肠道菌群及其代谢，促进肠道干细胞再生，从而增强肠道屏障功能，修复黏膜损伤，最终治疗UC。通过本项目的研究，揭示了清肠温中方基于“肠道菌群-色氨酸代谢-肠道干细胞再生”途径修复肠黏膜屏障治疗UC的作用机制，为提高中医药治疗UC的临床疗效提供科学依据。