丁酸梭菌B-3通过调节肠道菌群与短链脂肪酸代谢发挥抗肥胖作用及其机制研究

《Applied and Environmental Microbiology》：The anti-obesity effects of Clostridium butyricum B-3 and its impact on gut microbiota

　　本文综述了丁酸梭菌（Clostridium butyricum）B-3菌株在高脂饮食（HFD）诱导的小鼠肥胖模型中的显著抗肥胖效果。研究表明，该菌株通过其高产丁酸（Butyric acid）的特性，有效缓解体重过度增加，改善血脂异常（如降低TC、TG、LDL-C，提升HDL-C），并降低血清炎症因子（IL-6、IL-10、TNF-α）水平。更重要的是，B-3能够调节肠道微生物群结构，增强其多样性，并使高剂量组（108 CFU/天）小鼠的肠道菌群组成接近正常饮食组，同时显著增加肠道内乙酸、丙酸和丁酸等短链脂肪酸（SCFAs）的浓度。这些发现为开发基于下一代益生菌（Next-generation probiotics）的抗肥胖营养品和药物提供了有力的科学依据。

　　

菌株特性与体外功能评估

研究首先对丁酸梭菌B-3的基本益生特性进行了评估。与对照菌株MIYAIRI 588（MIY 588）相比，B-3表现出更优的生长活力、产酸能力和丁酸产量，其发酵液pH可稳定在约4.3，丁酸产量达到约1.0 g/L。体外功能实验显示，B-3的发酵上清液（FS）和菌体细胞（BC）均具有一定的抗氧化能力，包括DPPH自由基清除活性、羟基自由基（OH）清除活性和还原能力。在降脂能力方面，B-3展现出较强的胆盐（包括牛磺胆酸钠和甘氨胆酸钠）结合能力、对胰脂肪酶（Pancreatic lipase）的抑制活性以及胆固醇降解率。这些体外结果初步揭示了B-3作为益生菌在调节氧化应激和脂质代谢方面的潜力。

动物实验设计与抗肥胖表型

研究通过高脂饮食喂养C57BL/6J雄性小鼠8周建立肥胖模型，并设置低（LCB，10⁶ CFU/天）、中（MCB，10⁷ CFU/天）、高（HCB，10⁸ CFU/天）三个剂量的B-3干预组。结果表明，与高脂饮食（HFD）组相比，各剂量B-3干预均能显著（P < 0.05）抑制小鼠的体重过度增长。此外，高脂饮食导致的小鼠肾脏和肝脏指数升高（提示器官脂质沉积和损伤）在B-3干预组中得到显著改善。肝脏组织病理学切片（HE染色）进一步证实，B-3干预减少了HFD引起的肝细胞脂肪空泡变性，改善了肝脏脂肪堆积。

对血脂和炎症的调节作用

在血脂代谢方面，中剂量B-3（MCB）干预效果尤为突出，能显著降低HFD小鼠血清中的总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平，同时提高“好胆固醇”——高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）的水平。在炎症指标上，HFD组小鼠血清中的促炎细胞因子白介素-6（IL-6）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）以及抗炎细胞因子白介素-10（IL-10）水平均显著升高，而B-3干预（尤其是中剂量）能有效降低这些炎症因子的水平，缓解高脂饮食引发的系统性低度炎症。

对肠道菌群结构与功能的重塑

通过对小鼠结肠粪便进行16S rRNA测序分析，研究发现高脂饮食严重降低了肠道微生物的操作分类单元（OTU）数量和多样性。而B-3干预，特别是高剂量（HCB）干预，能显著增加肠道菌群的丰富度和多样性。在门水平上，高脂饮食导致厚壁菌门（Firmicutes）与拟杆菌门（Bacteroidota）比例失衡，而HCB组的菌群比例最接近正常饮食（ND）组。在属水平上，B-3干预增加了有益菌如乳酸杆菌（Lactobacillus）、毛螺菌科（Muribaculaceae）和杜波氏菌（Dubosiella）的相对丰度。这些菌群变化与改善代谢健康密切相关。

短链脂肪酸（SCFAs）产量的提升

对粪便中短链脂肪酸的检测发现，高剂量B-3（HCB）干预能显著提高乙酸、丙酸和丁酸的浓度。这些SCFAs是肠道菌群发酵膳食纤维等底物产生的重要代谢产物，在维持肠道屏障功能、调节免疫反应和能量代谢中发挥关键作用。丁酸作为B-3的主要代谢产物，更是结肠上皮细胞的主要能量来源，并能强化肠道紧密连接蛋白（如ZO-1, Occludin）的表达。

结论与展望

综上所述，丁酸梭菌B-3通过其高产丁酸的特性，以及其菌体和代谢产物所具有的抗氧化和体外降脂活性，在高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型中展现出显著的综合抗肥胖效应。其作用机制涉及减轻体重增长、改善血脂异常和肝脏脂肪变性、降低系统性炎症水平、重塑肠道菌群结构（使其更接近健康状态），并促进有益代谢物短链脂肪酸（尤其是丁酸）的产生。这项研究为将丁酸梭菌B-3开发成为对抗肥胖及相关代谢疾病的下一代益生菌或功能性食品提供了坚实的临床前证据。未来研究可进一步深入探索其分子作用通路，并推动其向临床应用转化。