本研究由Huan-Ting Shen（台湾台中慈济医院）、Yi-Ting Fang（台湾景蒙生物科技研发部）、Wan-Hua Tsai（台湾景蒙生物科技研发部）等多名学者合作完成，发表于2024年6月的《Probiotics and Antimicrobial Proteins》期刊（2025年卷17期，页码3416-3428）。研究聚焦慢性阻塞性肺病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD）的辅助治疗策略，探索特定乳酸菌组合通过肠-肺轴（gut-lung axis）改善肺部炎症的作用机制。

学术背景

COPD是全球范围内致死率最高的慢性呼吸道疾病，以不可逆性气道阻塞和持续性炎症为特征，现有药物治疗效果有限。近年研究发现，肠道菌群通过代谢短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids, SCFAs）等物质调控远端器官炎症，而益生菌干预可能成为潜在治疗策略。本研究基于前期发现：Limosilactobacillus reuteri GMNL-89在系统性红斑狼疮肝炎模型和Lacticaseibacillus paracasei GMNL-133在特应性皮炎中均表现抗炎作用，但二者组合对COPD的作用尚未明确。因此，团队旨在验证这两种菌株联合使用能否通过调节肠道和肺部菌群，缓解弹性蛋白酶/脂多糖（elastase/LPS）诱导的小鼠COPD模型中的肺气肿和炎症。

研究流程与方法

1. 动物模型构建与处理

• 研究对象：8-10周龄BALB/cByJNarl雄性小鼠，分为四组（每组n=4-5）：对照组（PBS）、COPD模型组（elastase/LPS诱导）、LAB干预组（仅益生菌）、COPD+LAB联合干预组。
• COPD诱导：通过连续4周鼻腔滴注猪胰弹性蛋白酶（1.5 U/次）和大肠杆菌LPS（8 μg/次），建立肺气肿和气道炎症模型。
• 益生菌干预：以1:1比例混合GMNL-89与GMNL-133（总剂量10^9 CFU/天），通过口服灌胃连续给药2周。

2. 表型分析

• 肺组织病理学：通过H&E染色评估肺泡破坏程度，采用ImageJ软件计算平均线性截距（Mean Linear Intercept, MLI）量化肺气肿。
• 炎症细胞检测：收集支气管肺泡灌洗液（BALF），利用流式细胞术分析CD45+CD11b+巨噬细胞和CD45+Ly6G+中性粒细胞浸润。
• 细胞因子检测：免疫组化（IHC）和Western blot测定肺组织中IL-1β、IL-6、TNF-α水平。

3. 微生物组学分析

• qPCR定量：针对粪便中双歧杆菌（Bifidobacterium）和Akkermansia muciniphila等特定菌种设计引物，以16S rRNA基因为参照进行相对定量。
• 16S rRNA测序：对回肠和肺组织样本进行高通量测序，使用Qiagen CLC Microbial Genomics模块分析α/β多样性，通过LEfSe（Linear Discriminant Analysis Effect Size）识别差异菌群。

4. 代谢组学分析

• 短链脂肪酸检测：采用气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）定量盲肠内容物中乙酸（AA）、丙酸（PA）、丁酸（BA）等五种SCFAs含量。

主要结果

1. 肺气肿改善：COPD+LAB组MLI值较COPD组显著降低（p<0.001），病理切片显示肺泡结构破坏减少（图1B-C）。
2. 炎症抑制：LAB组合使BALF中总白细胞数下降42%，巨噬细胞和中性粒细胞分别减少35%和48%（图2）。肺组织IL-6和TNF-α表达量较COPD组降低60%以上（图3）。
3. 菌群调控：
   • 肠道菌群：COPD小鼠中减少的Bifidobacterium和A. muciniphila在LAB干预后恢复至对照组水平（图4）。LEfSe分析显示Candidatus Arthromitus（与Th17免疫调节相关）在LAB组显著富集。
   • 肺菌群：COPD组Burkholderia（促炎菌属）丰度升高，而LAB干预后其水平降低（图5C）。肺中乳酸菌属（Lactobacillus spp.）丰度与MLI值呈负相关（r=-0.72, p<0.01）。
4. 代谢物变化：COPD+LAB组盲肠乙酸比例增加28%，丙酸增加19%，丁酸降低15%（图6）。Spearman分析显示肺IL-6水平与肠道C. Arthromitus丰度呈负相关（r=-0.65, p<0.05）。

结论与价值

本研究首次证实L. reuteri GMNL-89与L. paracasei GMNL-133联合使用可通过以下机制缓解COPD： 1. 直接抗炎作用：降低肺组织IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎因子表达。 2. 菌群-免疫轴调控：恢复肠道有益菌（如Bifidobacterium）并抑制肺部致病菌（如Burkholderia），通过增加SCFAs（尤其是乙酸）调节全身免疫。 3. 肠-肺对话：C. Arthromitus和Adlercreutzia等菌属与肺气肿程度显著负相关，提示其可能作为COPD治疗的微生物标记物。

研究亮点

1. 方法创新：结合微生物组测序与靶向代谢组学，系统解析益生菌对肠-肺轴的多层次调控。
2. 转化价值：为COPD的益生菌辅助治疗提供临床前证据，GMNL-89/GMNL-133组合已具备产业化应用基础。
3. 机制突破：发现C. Arthromitus通过Th17通路抑制肺部炎症的新机制，为免疫调节型益生菌开发指明方向。

补充发现

研究还观察到Prevotella属在COPD小鼠肠道中异常升高，而LAB干预可使其回落。该菌属与吸烟者COPD进展相关，可能成为疾病分型的潜在标志物（图S3）。此外，肺局部乳酸菌丰度与炎症程度负相关，提示鼻饲益生菌的直接递送可能增强疗效。