近年来,炎症性肠病(IBD)发病率持续攀升,传统治疗手段存在局限性,合成工程益生菌凭借靶向调控肠道菌群、调节肠道免疫的优势,成为肠道炎症治疗的明星研究方向。近期发表于《Cellular & Molecular Immunology》的重磅研究,成功构建了一株定植能力更强、抗炎效果优异的工程化大肠杆菌Nissle 1917(EcN-CPM),系统阐明了其缓解结肠炎的完整分子机制。Absin多款炎症因子ELISA试剂盒在本研究中承担核心检测工作,为实验数据的精准输出、机制论证提供了坚实保障。本文将从研究思路、核心成果、实验工具应用三大维度,带大家深度解析这篇高分文献。
文献标题:Construction of an engineered Escherichia coli strain with enhanced intestinal colonization and anti-inflammatory efficacy in colitis
发表期刊:Cellular & Molecular Immunology(IF 19.8) | DOI:qdoi.org/10.1038/s41423-026-01415-w
使用 Absin 产品:Mouse IL-1β ELISA Kit(abs520001)、Mouse CXCL1/KC (IL-8) ELISA Kit(abs520017)


大肠杆菌Nissle 1917(EcN)是应用广泛的安全益生菌底盘菌株,遗传操作体系成熟,可用于改造治疗肿瘤、结肠炎、神经类疾病等多种病症。但天然EcN肠道定植能力弱,难以耐受胃酸、胆汁盐的胁迫,且肠道黏附效果差,极大限制了其作为合成益生菌的临床转化潜力。
过往单一改造耐酸/耐胆盐能力的策略,无法应对胃肠道多重胁迫;包埋等物理改良手段又存在耗材操作繁琐等问题。因此,本研究确立多功能基因编辑联合改造的核心思路,从“抗胁迫、强黏附、稳定植"三个维度定向改造EcN,同时结合动物模型、微生物组学、代谢组学、免疫检测等多技术联用,验证工程菌株的抗炎功效与作用机制。
1. 菌株分步改造:通过CRISPR-Cas9基因编辑,分模块优化EcN性能
过表达PatE(耐酸激活因子)+ MdtM(胆盐外排转运蛋白),提升菌株胃酸、胆汁盐耐受能力;
替换curli纤维(卷曲纤维)操纵子强启动子、敲除csgD,增强胞外卷曲纤维合成,强化肠道上皮黏附能力;
整合双模块基因元件,最终获得多功能工程菌株EcN-CPM。
2. 体外性能验证:依次检测菌株耐酸、耐胆盐、细胞黏附能力、生长活性。
3. 体内定植验证:利用荧光/荧光素酶标记菌株,在小鼠体内追踪肠道定植时长与定植量。
4. 结肠炎动物药效评价:构建DSS诱导小鼠结肠炎模型,从体征、肠道组织、肠道屏障、炎症水平评估药效。
5. 机制深度解析:16S rRNA测序分析肠道菌群变化、靶向/非靶向代谢组学检测粪便代谢物、检测肠道免疫相关基因与炎症因子表达,串联“菌群-代谢-免疫"调控通路。
6. 生物安全性评价:长期灌胃菌株,检测小鼠血常规、肝肾功能、行为学、脏器系数等,验证菌株临床应用安全性。
本研究层层递进,从菌株改造到机制解析,取得四大突破性成果,完整揭示EcN-CPM缓解结肠炎的作用逻辑。
天然EcN在胃酸(pH 2.5)、高浓度胆盐环境中存活率极低,且肠道黏附能力不足。本研究通过双基因组合改造实现性能飞跃:
耐酸耐胆盐能力显著提升:过表达PatE可激活大肠杆菌AR1-5全套耐酸系统,大幅提升酸性环境下存活率;MdtM可高效转运胆酸盐与脱氧胆酸盐,相比另一转运蛋白DinF作用更广。双基因共表达菌株在模拟胃肠道环境中,90分钟存活率远高于野生型菌株。
肠道黏附能力翻倍:替换curli纤维启动子并敲除调控基因csgD后,菌株卷曲纤维合成量显著增加,对小鼠结肠MC38细胞的黏附能力提升约2倍。
体内定植能力:整合两大改造模块的EcN-CPM生长活性不受影响;活体成像、粪便菌落计数结果证实,小鼠灌胃后,EcN-CPM在肠道内定植时长、定植数量均远超野生EcN,可在肠道稳定定植5天以上。

在DSS结肠炎模型中,相比空白组、野生EcN处理组,EcN-CPM治疗组展现出优异的抗炎表型:
小鼠体重下降幅度显著减少,盲肠、结肠长度恢复正常;
结肠组织HE染色显示,肠道上皮结构完整、隐泡排列规则,组织病理评分大幅降低;
FITC-葡聚糖实验证明,EcN-CPM可修复受损肠道屏障,降低肠道通透性;
核心炎症因子水平得到精准调控:结肠组织中IL-1β、CXCL1、TNF-α、IL-6、IL-17A、IFN-γ等促炎因子大幅下调,抗炎因子IL-10显著回升,恢复至健康小鼠水平。
Fig. 6 Therapeutic efficacy of EcN-CPM against DSS-induced colitis. A Schematic illustration of the animal experiment. B Changes in body weight and weight change of the mice. C The photographs depict representative cecal and colonic specimens collected from mice on day 10. The lengths of the colon (D) and cecum (E) in the different groups. F HE staining analysis of colon tissues collected from the mice in different groups on day 10. These HE-stained images are representative cross-sections of colon tissues. Scale bars represent 100 μm (main images) and 20 μm (high-magnification views). G Comparative analysis of histopathological scores in colon tissues among the four groups of mice. H Serum concentrations of FITC-dextran in different groups. I Concentrations of seven cytokine markers in the colon tissues of different groups. The data are presented as the mean ± SEM. Statistical comparisons among groups (more than or equal to three groups) were performed using one-way analysis of variance (ANOVA) (*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001)16S rRNA测序结果证实,EcN-CPM可逆转结肠炎引发的肠道菌群紊乱:
显著降低致病菌Escherichia-Shigella(志贺菌属)丰度,该菌会破坏肠道屏障、加剧炎症反应;
显著富集norank_f_Muribaculaceae(穆里杆菌科),这类菌群是肠道核心有益菌,可合成短链脂肪酸(SCFAs);
菌群差异与结肠炎表型关联分析表明,菌群结构的改变与炎症缓解、肠道修复高度相关。

本研究串联代谢组与免疫检测,完整阐明EcN-CPM的抗炎通路,也是全文最核心的机制亮点:
促进短链脂肪酸(SCFAs)恢复:EcN-CPM上清液可直接促进norank_f_Muribaculaceae增殖,逆转DSS诱导的SCFAs耗竭;SCFAs含量与志贺菌属负相关、与穆里杆菌科正相关。
调控Th17/Treg免疫平衡:SCFAs是调控肠道Th17/Treg稳态的关键代谢物。EcN-CPM处理后,结肠组织中Treg细胞标志物(Foxp3、Ctla4、Cd25)表达上调,Th17细胞相关基因(IL-17A、Roryt)表达下调,失衡的IL-17A/Foxp3比值恢复稳态,从细胞层面抑制过度炎症。
恢复7种抗炎代谢物:非靶向代谢组学发现,EcN-CPM可特异性恢复DSS处理后耗竭的马尿酸、松萝酸等7种经典抗炎代谢物,多途径协同抑制肠道炎症。

为期30天的长期灌胃实验证实,EcN-CPM不会影响小鼠体重、进食饮水、神经行为;血常规、肝肾功能、脏器系数均无异常,无明显毒副作用,具备临床转化的安全基础。
在本研究结肠炎药效评价、免疫机制验证的关键环节,研究人员采用Absin品牌ELISA试剂盒完成小鼠结肠组织中多种炎症因子的定量检测,该部分对应原文图6I(7种细胞因子含量检测),是判断菌株抗炎效果、支撑免疫机制结论的核心实验工具。
Fig. 6 Therapeutic efficacy of EcN-CPM against DSS-induced colitis. I Concentrations of seven cytokine markers in the colon tissues of different groups. The data are presented as the mean ± SEM. Statistical comparisons among groups (more than or equal to three groups) were performed using one-way analysis of variance (ANOVA) (*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001)
| 检测指标 | Absin产品名称 & 货号 | 实验作用 |
|---|---|---|
| IL-1β(白介素-1β) | Mouse IL-1β ELISA Kit(abs520001) | 检测结肠组织促炎因子水平,评估肠道急性炎症程度 |
| TNF-α(肿瘤坏死因子-α) | Mouse TNF-α ELISA Kit(abs520017) | 核心促炎因子,量化肠道炎症损伤程度 |
精准量化炎症水平,支撑药效结论
DSS诱导结肠炎后,肠道会爆发剧烈炎症,促炎因子大量分泌,抗炎因子表达被抑制。研究人员利用Absin ELISA试剂盒对各组小鼠结肠组织匀浆进行定量检测,直观证明EcN-CPM可显著下调促炎因子、改善肠道炎症状态,为工程菌株缓解结肠炎的药效结论提供直接生化数据支撑。
串联免疫通路,机制逻辑
肠道炎症与Th17/Treg免疫失衡密切相关,细胞因子是该通路的核心标志物。Absin ELISA试剂盒精准完成因子定量检测,结合qRT-PCR基因表达结果,印证了EcN-CPM通过调节肠道免疫稳态抑制炎症的分子机制,让菌群、代谢、免疫三大研究模块形成完整逻辑闭环。
适配复杂样本,保障实验稳定性
本实验检测样本为小鼠结肠组织匀浆,基质复杂、干扰成分多。Absin ELISA试剂盒采用成熟双抗体夹心技术,具备高特异性、高灵敏度、低非特异性结合的特点,可有效规避组织样本带来的干扰,检测结果重复性佳、数据误差小,很好满足高分期刊对实验数据严谨性的要求。
物种高度匹配:全系小鼠炎症因子ELISA试剂盒,针对小鼠样本优化体系,适配结肠炎、肠道菌群、免疫调控类动物实验;
检测灵敏度优异:可精准识别组织、细胞上清、血清等样本中的低丰度细胞因子,有效捕捉炎症早期的微弱表达变化;
操作简单高效:预包被板式设计,简化实验流程、缩短操作时长,适合大批量动物样本的批量筛查;
数据认可度高:检测结果可与病理切片、qRT-PCR等主流实验结果相互佐证,已被多篇高分SCI期刊引用。
产品信息
| 货号 | 品名 | 规格 |
| abs520001 | Mouse IL-1β ELISA Kit | 96T |
| abs520017 | Mouse CXCL1/KC ELISA Kit | 96T |
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