It has long been known that probiotics can be used to maintain intestinal homeostasis and treat a number of gastrointestinal disorders, but the underlying mechanism has remained obscure. Recently, increasing evidence supports the notion that certain probiotic-derived components, such as bacteriocins, lipoteichoic acids, surface layer protein and secreted protein, have a similar protective role on intestinal barrier function as that of live probiotics. These bioactive components have been named 'postbiotics' in the most recent publications. We previously found that the Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) culture supernatant is able to accelerate the maturation of neonatal intestinal defense and prevent neonatal rats from oral Escherichia coli K1 infection. However, the identity of the bioactive constituents has not yet been determined. In this study, using liquid chromatography-tandem mass spectrometry analysis, we identified a novel secreted protein (named HM0539 here) involved in the beneficial effect of LGG culture supernatant. HM0539 was recombinated, purified, and applied for exploring its potential bioactivity in vitro and in vivo. Our results showed that HM0539 exhibits a potent protective effect on the intestinal barrier, as reflected by enhancing intestinal mucin expression and preventing against lipopolysaccharide (LPS)- or tumor necrosis factor α (TNF-α)-induced intestinal barrier injury, including downregulation of intestinal mucin (MUC2), zonula occludens-1 (ZO-1) and disruption of the intestinal integrity. Using a neonatal rat model of E. coli K1 infection via the oral route, we verified that HM0539 is sufficient to promote development of neonatal intestinal defense and prevent against E. coli K1 pathogenesis. Moreover, we further extended the role of HM0539 and found it has potential to prevent dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis as well as LPS/D-galactosamine-induced bacterial translocation and liver injury. In conclusion, we identified a novel LGG postbiotic HM0539 which exerts a protective effect on intestinal barrier function. Our findings indicated that HM0539 has potential to become a useful agent for prevention and treatment of intestinal barrier dysfunction- related diseases.

Abstract Although extensive astrocyte activation is present in the CNS of patients suffering from HIV-associated neurocognitive disorder (HAND), little is known about the contribution of reactive astrocytes to HAND neuropathology. Here, we report that the imbalance between neurotoxic (A1 astrocytes) and protective astrocytes (A2 astrocytes) occurring in HIV-1 gp120 transgenic mice impedes the resolution of inflammation in the CNS, perpetuating neuron damage and cognitive deficits. Kynurenic acid (KYNA), a tryptophan metabolite with α7 nicotinic acetylcholine receptors (α7nAChR) inhibitory property, blunts gp120-induced A1 astrocyte activation while promoting A2 astrocyte formation through blockade of α7nAChR/JAK2/STAT3 signaling activation. Meanwhile, we provide evidence that α7nAChR deletion and tryptophan administration convert astrocyte phenotypes, ultimately facilitating neuronal and cognitive improvement in the gp120tg mice. These initial and determinant findings mark a turning point in our understanding of the role of α7nAChR in gp120-mediated astrocyte activation, which opens new opportunities to control reactive astrocyte generation through KYNA and tryptophan administration as a pharmacological approach for treating HAND.