肠道里的“脂肪监督员”被揪出!科学家从小鼠肠道筛选出能降血脂的益生菌
肠道里的“脂肪监督员”被揪出!科学家从小鼠肠道筛选出能降血脂的益生菌
随着人们饮食结构的变化,中国肥胖人数迅速增加,容易导致高脂血症、高血压、糖尿病等疾病。将普通小鼠的肠道微生物群移植到成年无菌小鼠体内,发现无菌小鼠的脂肪含量迅速增加,首次证明肠道菌群与宿主脂质积累密切相关。研究指出,肠道菌群可以调节膳食多糖的发酵和吸收,从而缓解脂肪堆积,肠道菌群可以成为预防和治疗肥胖和相关代谢紊乱的潜在靶点。虽然美国食品药品监督管理局批准的减肥药如奥利司他、qsymia和辛伐他汀,这些药物很容易产生依赖性和更多的毒副作用,但很明显,迫切需要一种健康的减肥方法。
一项关于成人脂质与肥胖之间关联的调查显示,与非肥胖人群相比,肥胖人群的TC、TG和LDL-C水平较高,HDL-C水平较低。。BSH可以减少宿主对肠道脂质的吸收,从而降低血清胆固醇水平。研究证实,植物乳杆菌通过调节肠道菌群来增加BSH活性,从而影响FXR和SHP信号通路,上调CYP7A1表达水平,增强胆固醇分解代谢,最终降低血清和肝脏中的总胆固醇和甘油三酯。胰脂肪酶可以将50%-70%的营养甘油三酯分解成脂肪酸和单酰甘油分子,并在胃肠道消化和吸收膳食脂肪中起关键作用。因此,供试菌株的BSH、胆固醇酯酶活性和对胰脂肪酶的抑制作用也可作为评价其降脂效果的重要指标。
目前,大多数降脂益生菌来自传统发酵食品和动物肠道,关于肠道来源的降脂菌株的相关研究很少。益生菌降脂的机制尚未完全明确,具有自主知识产权的新型降脂益生菌仍有待探索。本研究以18.5kg/m2≤BMI<24kg/m2的健康人的粪便为来源,根据其脂肪酶活性和抗氧化活性筛选出具有良好体外功能和降脂功能的益生菌。使用HFD诱导的肥胖小鼠模型研究菌株在体内的降脂作用。利用宿主肠道菌群的结构、组成和代谢产物,以及与脂质代谢相关的基因表达水平,确定罗伊氏乳杆菌和波罗的海乳杆菌对脂质代谢基因表达水平的机制和影响。这可能为从肠道中发现和开发新型降脂益生菌提供新的见解。
2025年5月11日,江苏省农业科学院农产品加工研究所和江苏大学食品与生物工程学院的Dajing Li和Zhuqing Dai团队在国际期刊《Food Research International》在线发表题为“Screening and identification of intestinal lipid-lowering probiotics and their effect on regulating lipid metabolism in C57BL/6J mice”的研究性论文。补充LR和LB可延迟C57BL/6J小鼠的体重增加、脂肪组织、肝脂质积累和减轻高脂肪饮食(HFD)诱导的氧化应激紊乱。
图1 菌株的胆固醇清除率(A)、甘油三酯降解率(B)、抑制率(C)和胆固醇酯酶活性(D)
在本研究中,共从健康人的粪便中分离和筛选出108株益生菌菌株,并根据其胆固醇清除率筛选出5株益生菌菌株(1-5、2-3、3-4、3-11和5-10),并鉴定菌株。L.b、L.r和L.g的TC清除率分别为30.34±0.29%、29.04±1.23%和27.60±0.71%(图1A)。5种供试菌株的TG降解率在42.95%至83.99%之间(图1B)。L.r的TG降解率最高,分别为83.99±3.60%。L.rha的最低降解率为42.95±2.85%。所有5种测试菌株中胰脂肪酶的抑制率均达到80%以上(图1C)。L.b对胰脂肪酶活性的抑制率最高,分别为96.17±1.37%。L.r的胆固醇酯酶活性最低,分别为56.14±2.31U/L,具有很强的抑制胆固醇吸收能力(图1D)。L.rha的胆固醇酯酶活性最高,分别为82.09±2.71U/L,是L.r.的1.46倍。。
图2 菌株在胆汁盐-MRS培养基上的沉淀圈(A)和BSH含量(B)。
根据胆汁盐-MRS培养基中菌株周围存在沉淀环(图2A),可以初步确定L.g、L.r和L.b具有BSH活性。进一步测定菌株BSH的含量。如图2B所示,L.b和L.r的BSH含量较高,分别为89.26±3.16ng/L和87.93±2.85ng/L。L.g和L.rha的最低BSH含量分别为77.14±3.13ng/L和77.52±1.74。
图3菌株的抗氧化能力影响DPPH自由基清除率(A)、ABTS自由基清除率(B)和抗脂质过氧化率(C)。
供试菌株的DPPH自由基清除率达到80%以上(图3A),其中L.b的清除率最高,为95.87±1.07%。ABTS自由基清除率为41.69–69.40%,其中L.r的ABTS自由基清除率最高(69.40±0.96%)。不平衡的脂质过氧化会损害机体,与炎症、自身免疫、心脑血管疾病等的形成有关。5种菌株表现出不同的抗脂质过氧化能力,L.r的抗脂质过氧化率最高,分别为41.67±1.05%(图3C)。
图4 菌株干预对小鼠组织重量变化(A)、体重增加(B)、附睾脂肪(C)、肾周脂肪(D)、背脂肪(E)和肠系膜脂肪(F)的影响。
HFD组的食物摄入量低于CK组,这可能是由于脂质摄入过多,以及小鼠代谢紊乱,导致食欲下降(各组小鼠摄食量数字见补充文本)。小鼠的体重在8周HFD结束时显着增加(图4A),然而,L.r治疗的小鼠的体重增加率显着降低。如图4B所示,BLK组小鼠增加5.91±0.46g,HFD组增加18.05±0.34g,L.r和L.b治疗组的体重增加显着降低。与BLK组相比,附睾、肾周、背侧和肠系膜脂肪的重量显著增加。通过L.r和L.b的管饲处理,所有脂肪组织的重量均显著减轻。L.r-L脂肪组织重量最低,附睾脂肪、肾周脂肪、背脂肪和肠系膜脂肪的重量与HFD组相比分别减少了42.86%、41.44%、30.77%和46.59%(p<0.05)。以上结果表明,HFD通过增加食欲和增加脂肪组织积累导致肥胖来增加饮食摄入量,表明建模成功,其中L.r-L可以显着改善由HFD引起的肥胖。
图5 菌株干预对小鼠肝组织(A)(400×)、TC(B)、TG(C)、HDL-C(D)和LDL-C(E)病理组织形态学的影响。
BLK组的汇区结构清晰,周围肝细胞排列整齐,细胞边界清晰完整(图5A)。HFD组肝细胞内组织细胞损伤明显,脂肪空泡和变形明显,炎性浸润明显,纤维化严重,中央静脉出血较多。与HFD组相比,L.r-L组对肝脏组织结构的损伤显著改善且优于其他组。此外,肝脏脂肪的积累显示出类似的结果。HFD组小鼠肝脏中TC、TG和LDL-C水平分别比BLK组高1.54倍、1.37倍和1.52倍(图5)。上述3种指示菌在胃内给予L.r和L.b菌株后减少。L.r-L组和L.b-L组的LDL-C含量分别比HFD组降低33.83%和28.46%(图5E),并且与BLK组无显著差异(p<0.05)。HFD组HDL-C水平显著低于BLK组,L.b-H组HDL-C最高水平为3.46±0.12mmol/L,与BLK组无显著差异。
总之,在这项研究中,研究了来自健康体重(18.5kg/m2≤BMI<24kg/m2)个体粪便微生物群的新型降脂菌株L.b和L.r。在HFD小鼠模型中,L.b和L.r两种菌株显着降低了小鼠和脂肪组织的体重增加,并下调了IL-6和IL-1β的表达。L.r调节肝脂水平和氧化应激水平紊乱,恢复HFD诱导的肝组织结构损伤。通过调节LDLR、SREBP1、DGAT1、LXR、SHP和FXR等关键调节因子,L.b和L.r均减弱了TC和TG积累的合成,减少了肠道对胆固醇的吸收。同时,LB和LR恢复了肠道微生物群的丰度和多样性,并增加了其代谢物SCFA的含量。研究结果为开发新的降脂益生菌菌株提供了科学支持。
参考文献:Huili Jing, Yangyang Dong, Zhaoqing Yu, Qianjin Ni, Haihong Wu, Cunshan Zhou, Guodong Zhang, Dajing Li, Zhuqing Dai, Screening and identification of intestinal lipid-lowering probiotics and their effect on regulating lipid metabolism in C57BL/6J mice, Food Research International, Volume 214, 2025, 116630, ISSN 0963-9969, https://doi.org/10.1016/j.foodres.2025.116630.
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