The alleviating effects and mechanisms of Enterococcus faecium Kimate-X and Lactobacillus plantarum Kimate-F combination on canine inflammatory bowel disease

저자: Rui Zhang; Wanjin Hu; Saiwei Zhong; Weiyang Chen; Shuang Xie; Meiru Chen; et al.
출처: Frontiers in veterinary science (2025)
DOI/링크: https://doi.org/10.3389/fvets.2025.1534665
연구 계열: Topics/Natural Product Efficacy Evaluation
투고일: 2024-11-26

TL;DR

Enterococcus faecium Kimate-X와 Lactobacillus plantarum Kimate-F 병용 투여는 DSS 유발 마우스 및 비글 대장염 모델에서 체중감소, 질병활동지수(DAI), 조직손상을 유의하게 개선하고 혈청 염증지표(LPS, TNF-α)를 낮추며 IL-10을 높였다. 개 분변에서는 미생물 다양성과 SCFA 생산이 증가해, 두 균주의 병용이 개 IBD에 대해 상승적 항염증·장내미생물 조절 효과를 나타냄을 시사한다.

1. 연구 배경 및 동기

다루는 문제: 개 염증성 장질환(IBD)은 만성 장염증과 미생물총 이상을 특징으로 하며 표준치료(면역억제제, 항생제)는 부작용과 내성 문제를 동반한다. 프로바이오틱스는 미생물총 조절과 면역조절을 통한 안전한 대안으로 주목받고 있다.
기존의 공백 / 왜 필요한가: 개 DSS 유발 대장염 모델 연구가 설치류에 비해 제한적이며, E. faecium과 L. plantarum 병용의 상승효과 및 개에서의 구체적 작용기전은 규명되지 않았다.

2. 관련 연구

기존 연구 흐름: E. faecium과 L. plantarum은 각각 항균·항염·면역조절 기능이 보고된 프로바이오틱스 균주이며, 프로바이오틱스 병용이 상승효과를 낼 수 있다는 선행연구가 있다.
이 논문의 위치: 이 연구는 두 균주의 개별 및 병용 효과를 체외(항균·대식세포), 마우스 및 개 DSS 대장염 모델, 메타지놈·대사체 분석까지 통합적으로 검증했다.

3. 핵심 기여

Kimate-F의 E. coli·Salmonella·Yersinia에 대한 체외 항균력 입증
Kimate-X의 LPS 유도 대식세포 NO·TNF-α 억제 효과 입증
마우스·개 DSS 대장염 모델에서 병용투여의 상승적 항염 효과 입증
개 분변 메타지놈·SCFA 분석으로 미생물총·대사경로 조절 기전 제시

4. 제안 방법론

전체 접근 논리: 체외 항균/항염 평가, 마우스·개 DSS 유발 대장염 동물모델, 메타지놈 시퀀싱 및 SCFA 정량을 결합해 Kimate-X, Kimate-F 및 병용투여의 항염·장내미생물 조절 효과와 기전을 검증했다.
단계:
- 아가 확산법으로 E. coli/Salmonella/Yersinia에 대한 항균활성 측정
- LPS 자극 RAW 264.7 대식세포에서 NO·TNF-α 측정
- C57BL/6 마우스 5개군(대조/DSS/Kimate-X/Kimate-F/병용) DSS 대장염 모델에서 체중·DAI·비장지수·대장길이·조직병리·혈청 사이토카인 평가
- 비글 16마리(대조/병용 각 8마리) DSS 대장염 모델에서 체중·DAI·분변성상·혈청 사이토카인·분변 SCFA·메타지놈(MetaPhlAn4, EggNOG) 분석

5. 실험 설정

항목	내용
대상/재료	C57BL/6 마우스 30마리(5개군, n=6) 및 5개월령 수컷 비글 16마리(대조군·병용투여군 각 8마리)
처리 조건	마우스: PBS 또는 각 균주(1x10^9 CFU/mL) 7일 경구투여 후 3% DSS로 대장염 유발; 개: 기초식이 또는 기초식이+병용균주(각 1x10^9 CFU/day) 7일 투여 후 4% DSS로 대장염 유발(8~14일)
대조군	DSS 단독 유발군(프로바이오틱스 미투여)
측정 방법	체중, 질병활동지수(DAI), 비장지수, 대장길이, 조직병리점수, 혈청 LPS/TNF-α/IL-1β/IL-10, 분변 SCFA(GC-MS), 메타지놈 기반 미생물 다양성·기능경로(Shannon/InvSimpson, PCoA, LEfSe, KEGG)

6. 실험 결과 분석

지표	변화(Δ)	조건 · 유의성
E. coli 저해환 직경	Kimate-F 21±1mm vs Kimate-X 14.5±0.5mm	P < 0.001
S. enteritidis 저해환 직경	Kimate-F 17.6±0.6mm vs Kimate-X 10.5±0.5mm	P < 0.001
Y. enterocolitica 저해환 직경	Kimate-F 17.5±0.46mm vs Kimate-X 14.3±0.52mm	P < 0.05
LPS 유도 대식세포 NO/TNF-α	Kimate-X군이 Kimate-F군보다 더 낮음	NO p<0.001, TNF-α p<0.01
마우스 체중 유지, DAI, 비장지수, 대장길이, 조직병리점수, 혈청 LPS/TNF-α↓·IL-10↑	병용투여군에서 가장 뚜렷한 개선, 단일균주보다 우수	지표별 p<0.05~p<0.001
개 체중증가·정신상태점수·분변 수분함량·분변점수	병용투여군이 DSS군 대비 유의하게 개선	체중 p<0.01, 정신상태·분변 p<0.05
개 혈청 LPS, TNF-α, IL-1β, IL-10	LPS·TNF-α·IL-1β 감소, IL-10 증가	지표별 p<0.05, p<0.01, p<0.001, p<0.01
개 분변 Shannon 다양성 지수	병용투여군에서 DSS군 대비 유의하게 증가(InvSimpson은 유의차 없음)	p<0.05
개 분변 SCFA(acetic, butyric, valeric, isovaleric, hexanoic acid)	병용투여군에서 유의하게 증가(propionic·butyric acid는 유의차 없음)	지표별 p<0.05~p<0.01

제안 기전(인과 사슬): Kimate-X/Kimate-F 병용투여 → 병원균 억제 및 대식세포 NO/TNF-α 억제 → 장내 Bifidobacterium 등 유익균 증가·SCFA 생산 증가 → PPAR 신호경로 활성화·AMPK 경로 억제 → 장상피 장벽 회복 및 전신 염증 저하(LPS/TNF-α↓, IL-10↑) → 임상증상(체중, 분변성상) 개선

7. 비판적 평가

강점

체외-마우스-개 임상까지 다층적 검증
메타지놈·대사체 분석으로 기전적 근거 제시
병용투여의 상승효과를 단일균주와 직접 비교

한계 · 의문

개 실험군 크기가 8마리로 작음
개 실험은 병용군만 포함하고 단일균주(Kimate-X 또는 Kimate-F 단독) 개 실험 데이터는 포함되지 않음
개 DSS 대장염 모델 관찰 기간이 14일로 짧아 장기 효과는 불명확

8. 향후 연구 방향

임상 IBD 환견에서의 장기 효능·안전성 검증 필요
병용 균주의 최적 비율·용량 설정 연구 필요

9. 결론

E. faecium Kimate-X와 L. plantarum Kimate-F의 병용투여는 항균·항염 작용과 장내미생물총/SCFA 조절을 통해 개 DSS 유발 대장염의 임상증상과 염증지표를 유의하게 개선하며, 개 IBD 관리를 위한 안전하고 유망한 프로바이오틱스 후보로 제시된다.

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Keywords

canine inflammatory bowel disease, probiotics, Enterococcus faecium, Lactobacillus plantarum, DSS-induced colitis, short-chain fatty acids, gut microbiota, synergistic effect