双歧杆菌(Bifidobacterium bifidum)短期摄入对肥胖个体肠道微生物组的影响SEBM | The effect of short-term consumption of Bifidobacterium bifidum on the gut microbiome of obese individuals

双歧杆菌(Bifidobacterium bifidum)短期摄入对肥胖个体肠道微生物组的影响

1. 沃罗涅日工程技术大学代谢基因组学与食品生物技术实验室，俄罗斯沃罗涅日
2. 沃罗涅日工程技术大学体育文化与运动系，俄罗斯沃罗涅日

摘要

已知肠道微生物群失调可通过破坏能量消耗和代谢导致肥胖。益生菌补充剂是改善肠道稳态的一种潜在治疗选择。本研究旨在利用DNBSEQ-G50平台的高通量测序技术，调查含有双歧杆菌(Bifidobacterium bifidum)的益生菌补充剂对肥胖人群肠道微生物组的影响。研究表明，该补充剂对拟杆菌 uniformis、Alistipes putredinis、Alistipes shahii、Dysosmobacter welbionis和Gemmiger formicilis等细菌物种产生了积极影响。因此，我们建议这种细菌物种在治疗肥胖个体肠道微生物群失调方面具有潜在用途。

影响声明

为什么这项工作对领域重要？ 本工作填补了理解特定益生菌干预如何治疗性调节肥胖中肠道菌群失调的空白。由于与肥胖相关的代谢紊乱 increasingly 被认为具有微生物成分，证明单一益生菌菌株能够可预测地将微生物群落转向有益物种，为靶向治疗方法而非广泛、非特异性干预奠定了基础。

这项工作如何推进该领域？ 本研究从观察微生物组组成与肥胖之间的相关性，推进到证明因果干预效应。通过使用高通量测序追踪物种水平的变化，它超越了早期益生菌研究中占主导地位的属水平描述。双歧杆菌 bifidum 补充后响应的特定细菌物种的鉴定，为评估益生菌功效建立了可测量的框架，并为治疗反应建立了生物标志物。

这项工作向该领域提供了什么新信息？ 本工作提供了具体证据，表明双歧杆菌 bifidum 补充促进了四种特定有益物种的增长，同时抑制了一种代谢不利的物种。这种物种水平的分辨率揭示了益生菌作用的生态动力学——表明益生菌不仅简单定植，而是重塑现有群落结构。观察到的α多样性增加表明，益生菌充当"生态"工程师，创造支持更广泛微生物多样性的条件，而不是简单地取代现有物种。

这些新信息如何影响该领域？ 这些信息使肥胖管理的益生菌选择更加合理，并提供了益生菌如何发挥代谢益处的机制见解。研究人员现在可以设计针对这些特定微生物变化的研究，开发诊断工具以识别最可能产生反应的患者，并可能将益生菌与其他支持这些有益物种的干预措施结合使用。它将益生菌疗法从经验性治疗转变为精准干预。

引言

近年来，肥胖已成为发达国家人类面临的一个重大问题，它可能增加患高血压、糖尿病和心血管疾病的风险[1]。此外，大量先前研究表明，被诊断为肥胖的人群肠道微生物群组成发生了变化[2]。然而，解决这一问题较为复杂，因为肥胖具有复杂的病因，包括遗传和环境因素[3]。

一种治疗选择是使用益生菌来改变肠道微生物群的组成[4]。相应地，益生菌由于其调节肠道微生物群的能力，可能对超重或肥胖人群的肠道产生有益影响，但其作用机制尚未完全了解，需要进一步研究[5]。

在人体中，双歧杆菌(Bifidobacterium)是一种关键的肠道共生菌，能够提供各种健康益处；由于这些特性，这些细菌被广泛用作益生菌[6]。

这种细菌物种的有益作用得到了使用含有长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)的补充剂保护宿主免受包括饮食诱导肥胖在内的代谢综合征的研究支持[7]。有研究表明，与正常体重儿童相比，超重/肥胖儿童体内的双歧杆菌(Bifidobacterium)细菌物种显著降低，表明其参与脂肪积累和肥胖[8]。

因此，本研究的目的是评估含有双歧杆菌(Bifidobacterium bifidum)的益生菌补充剂对被诊断为肥胖人群肠道的影响。

材料与方法

研究对象

首先，患者完成了包括以下问题的问卷：年龄、饮食、体育活动、传染病和非传染病史、药物使用情况（包括过去6个月内的激素和抗菌药物）、人体测量参数[身高、体重以计算身体质量指数(BMI)]和腰围(WC)。根据问卷结果，选择了14名BMI大于30的患者。该组的平均年龄为38岁。

在研究的第一阶段，从研究组中包含的患者收集粪便样本（至少1克）。然后，在不改变日常饮食的情况下，他们每天两次随餐服用含有双歧杆菌 VSUET22 (5 × 108 CFU)的益生菌补充剂，持续2周。完成2周补充期后，收集粪便样本进行进一步的分子遗传学测试。

DNA提取

使用商业化的HiPure Microbiome DNA试剂盒（Magen，中国）从获得的每个粪便样本中分离总DNA。

使用Qubit 2.0荧光计（Thermo Fisher，美国）和QuDye® HS双链DNA检测试剂盒（Lumiprobe，俄罗斯）进行总DNA定量。使用Nano-500分光光度计（Allsheng，中国）在230、260和280 nm处进行纯度和杂质评估，将2 µL所得DNA样品应用于检测器。

所有操作均按照商业试剂盒制造商的协议进行。

文库制备和DNBSEQ-G50平台测序

使用商业MGIEasy Fast FS DNA文库制备集用户手册和UDB引物适配器试剂盒进行文库制备。使用MGIEasy Dual Barcode Circularization模块（MGI，中国）对单链DNA进行环化。随后使用FCL PE100/FCS PE 150 DNBSEQ-G50RS高通量测序试剂盒（MGI，中国）进行DNA生成和芯片装载。进一步测序使用FCL DNBSEQ-G50RS测序流动池进行。所有操作均按照制造商的协议进行。

DNBSEQ-G50平台的生物信息学和统计数据分析

使用FastQC (v0.12.1)评估原始宏基因组读段质量。使用flexbar (v3.5.0)去除接头和其他技术序列。为消除宿主来源的读段，使用Bowtie2将序列与人类(GCF_000001405.40)参考基因组进行比对，并丢弃匹配的读段。使用MetaPhlAn 4 (v4.1.1)推断分类组成，使用默认的细菌、病毒和真核生物标记数据库。使用HUMAnN分析微生物功能潜力和通路丰度。使用GROOT和ARG-ANNOT索引表征抗生素抗性基因含量。

统计分析

统计分析在R (4.5.1版本)中进行。使用Shannon指数评估α多样性，随后进行非参数Mann-Whitney检验。使用Bray-Curtis距离度量分析β多样性，随后使用ADONIS函数。为更详细地分析组间成对比较，使用PERMANOVA。使用ANCOMBC方法(2.11.1版本)分析组间细菌物种相对丰度的差异。

调整后的p值≤0.05被认为具有统计学意义。数据以平均值±标准差(SD)表示。

结果

分析患者服用双歧杆菌前后粪便微生物组，鉴定出8个门、26个纲、29个目、41个科、107个属和170个种的细菌。

我们对研究组的微生物组进行了比较分析，在此过程中鉴定了73种最常见的物种，其数量超过1%，所有其他物种被归类为"其他"(图1)。

图1：在研究组微生物组中发现的细菌物种。

还使用观察到的物种多样性和Shannon指数进行了α多样性分析(图2)。在服用双歧杆菌前后患者的肠道微生物组之间，发现了Shannon指数的统计学显著差异(2.77 ± 0.73 vs. 3.60 ± 0.29，p = 0.007)。

图2：服用双歧杆菌前后患者肠道微生物组的α多样性。**p ≤ 0.01。

β多样性分析也显示了研究组之间的聚类，但未发现统计学显著差异，p = 0.166(图3)。

图3：基于Bray-Curtis尺度的研究组间β多样性的主坐标分析(PCoA)图。

差异丰度分析揭示了服用双歧杆菌前后患者微生物组在物种水平上的统计学显著差异。因此，在服用补充剂后的患者中，我们观察到以下物种数量的增加：拟杆菌 uniformis (2.91% ± 1.23 vs. 4.76% ± 0.96，p = 0.03)、Alistipes putredinis (1.39% ± 0.57 vs. 3.68% ± 1.08，p = 0.04)、Alistipes shahii (0.51% ± 0.28 vs. 1.24% ± 0.32，p = 0.04)、Dysosmobacter welbionis (0.09% ± 0.06 vs. 0.47% ± 0.13，p = 0.01)。相比之下，与补充前水平相比，Gemmiger formicilis的相对丰度通过益生菌补充降低了(5.98% ± 2.25 vs. 1.57% ± 0.44，p = 4.42E-06)(图4)。

图4：服用双歧杆菌前后患者肠道微生物组组成的差异。*p ≤ 0.05，***p ≤ 0.001。

讨论

服用双歧杆菌后，观察到拟杆菌 uniformis、Alistipes putredinis、Alistipes shahii和Dysosmobacter welbionis的相对含量增加。也观察到Gemmiger formicilis的相对量增加。在代谢健康背景下，对产生短链脂肪酸(SCFAs)（如乙酸、丙酸和丁酸）的细菌的变化尤为引人注目。短链脂肪酸是微生物群-宿主相互作用的关键介质：它们作为结肠细胞的主要能量来源，增强肠道屏障，具有抗炎特性，并调节能量稳态[9]。因此，观察到的变化可能是益生菌在肥胖中发挥潜在有益作用的机制之一。

一种可能的解释是双歧杆菌将碳水化合物发酵成短链脂肪酸。然后这些代谢物可以被拟杆菌和Alistipes利用，它们能够代谢它们。G. formicilis细菌物种已知在体内产生丁酸（一种短链脂肪酸），并且在炎症性肠病中也显示出丰度降低[10, 11]。然而，G. formicilis细菌物种的丰度与较高风险的结肠炎发展相关[12]。另一方面，对结直肠癌患者的研究显示，在粪便潜血检测呈阳性的患者组中，该细菌物种的数量减少[13]。此外，在2型糖尿病研究中，记录到在12周治疗后，相对于对照组，该物种的数量增加[14]。G. formicilis也被发现在因过度使用非甾体抗炎药物而头痛的慢性心脏病患者组中相对于对照组丰度较高[15]。我们的研究表明，服用含有双歧杆菌的益生菌补充剂时，该细菌物种的丰度降低。因此，很难明确解释该物种细菌对肥胖发展的影响力。

拟杆菌 uniformis被认为是对宿主生物有益的物种，因为它能够产生短链脂肪酸和其他代谢物[16]。拟杆菌 uniformis的丰度被证明在代谢相关脂肪肝疾病中降低，并且与肝脂肪变性和BMI呈负相关[17]。还表明，与溃疡性结肠炎患者相比，健康对照组中该细菌物种的丰度显著更高[18]。先前曾提出将该细菌物种的代表作为新的益生菌细菌用于治疗与菌群失调相关的结肠疾病[18]。我们的研究还观察到，在服用含有双歧杆菌的益生菌补充剂后，患者组中拟杆菌 uniformis丰度增加，这与其他研究一致。

Alistipes属通常与某些心血管疾病、结肠炎、肝纤维化和癌症免疫治疗中的抗炎作用相关。然而，也有证据表明其在结直肠癌中的致病性及其与精神障碍的关联[19]。A. putredinis细菌物种是与代谢健康相关的肠道微生物群的潜在有益成员[20, 21]。在溃疡性结肠炎黏膜愈合后观察到该细菌物种的增加，以及A. putredinis对氨基酸代谢途径的贡献[22]。然而，同时发现A. putredinis转录活性增加与克罗恩病严重程度增加相关[23]。在服用含有双歧杆菌的益生菌补充剂后观察到该细菌物种数量的增加。该类型细菌在各种疾病发展中的双重作用使我们无法对A. putredinis对肥胖发病机制的影响得出明确结论。

A. shahii物种的代表与炎症过程呈负相关[24]。A. shahii数量的增加与对肠道状态的积极影响相关：改善上皮屏障和粪便中代谢物的变化[25]。在溃疡性结肠炎和克罗恩病中观察到该物种的低丰度[26]。我们的研究发现，益生菌补充后A. shahii丰度增加。因此，可以假设益生菌的摄入对A. shahii物种的有益细菌数量产生了积极影响。

Dysosmobacter welbionis是一种新描述的共生细菌，由于其产生丁酸的能力，正在被研究作为一种有前景的新益生菌。在小鼠研究中，口服活的Dysosmobacter welbionis J115T部分预防了白色和棕色脂肪组织中胰岛素抵抗和炎症的发展。这种保护作用与棕色脂肪组织中线粒体的增加和非颤抖性产热的激活相关[27]。D. welbionis的低丰度通常与肥胖和糖尿病等病理状况相关[28]。我们的研究表明，服用含有双歧杆菌的益生菌补充剂与该细菌物种的显著增加相关。这与文献数据一致，表明服用这种益生菌促进了肠道微生物群的正常化。

短期使用益生菌的一个关键限制是微生物群重构的稳定性和延长性。肠道中益生菌微生物的存在通常是暂时的。它们的数量随着是否停用而波动，微生物群通常倾向于回归到其通常的稳态。一项研究[29]展示了益生菌对微生物群恢复的影响，并强调这种影响可能是情境依赖的，并不一定在疗程结束后导致长期的群落重构。益生菌菌株建立自身的能力也与初始微生物群相关[30]，这限制了通过短期益生菌使用实现长期定植的可能性。因此，需要进一步研究以显示肥胖人群在摄入双歧杆菌后长时间内肠道微生物群的变化。

我们的结果表明，双歧杆菌菌株具有纠正肥胖中微生物群落失调紊乱的潜力。微生物组成向有益共生菌比例增加的变化可能是益生菌对代谢产生有益影响的潜在机制之一。

声明

数据可用性声明

本研究中呈现的数据集可在在线存储库中找到。存储库/存储库名称和登录号如下： NCBI BioProject PRJNA1353102。

伦理声明

涉及人类的研究已获得沃罗涅日工程技术大学伦理委员会的批准（2024年5月9日第1号协议）。研究按照当地立法和机构要求进行。参与者提供了书面知情同意书，同意参与本研究。

作者贡献

IB、YS和PM：撰写-初稿，方法学，调查；YS：数据管理，撰写-审阅和编辑；OKr和TK：方法学，资源。MS和OKo：概念化，监督，项目管理，资金获取。所有作者均对文章做出了贡献，并批准了提交的版本。

资金

作者声明，本工作和/或其出版获得了财务支持。该研究在俄罗斯联邦科学和高等教育部的国家任务范围内进行（项目FZGW-2024-0003）。

利益冲突

作者声明，就本研究、作者身份和/或本文的出版而言，不存在潜在的利益冲突。

生成式AI声明

作者声明，在本稿件的创建过程中未使用生成式AI。

本文中随图表提供的任何替代文本（alt text）均由Frontiers在人工智能的支持下生成，并已尽合理努力确保准确性，包括在可能的情况下由作者进行审查。如发现问题，请联系我们。

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摘要

关键词

双歧杆菌(Bifidobacterium bifidum)，高通量测序，微生物组，肥胖，益生菌

引用

Burakova I, Smirnova Y, Morozova P, Pogorelova S, Kryukova O, Kislova T, Korneeva O and Syromyatnikov M (2026) The effect of short-term consumption of Bifidobacterium bifidum on the gut microbiome of obese individuals. Exp. Biol. Med. 251:10894. doi: 10.3389/ebm.2026.10894

收到日期：2025年11月13日

修订日期：2026年1月19日

接受日期：2026年2月9日

发表日期：2026年2月23日

卷号：251 - 2026

【全文结束】