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Introduction
炎症性肠病（Inflammatory bowel disease，IBD）是一种病因不明的免疫介导的慢性炎症性疾病，包括克罗恩病和溃疡性结肠炎（Ulcerative colitis，UC）。肠道微生物群和饮食模式是IBD发生的重要因素之一，因此重塑健康肠道微生物群落结构被认为是预防和治疗UC的有效治疗策略。特别地，在抗生素具有耐药性的问题和药物治疗会产生潜在副作用的大环境下，食物治疗代替药物治疗将成为治疗慢性疾病治疗的新方向。在一百年前，通过调查研究，猜测保加利亚人寿命较长的原因可能是他们经常饮用含有益生菌的发酵牛奶，并提出了“酸奶长寿“的理论。而在此期间，首次从保加利亚酸奶分离出一种乳酸菌，被称为“保加利亚乳杆菌”，推动了保加利亚酸奶在全世界范围内推广。
河池市位于中国西南方向，被誉为世界长寿之乡。酸笋作为当地传统调味佳品，深受当地居民喜爱，常常是必备食材之一。制作酸笋的过程中，当地竹笋和山泉水被使用，并在适量的盐下进行腌制。乳酸菌则是该发酵过程中的主要优势菌群。目前已有大量研究证实，当地独特的水质和空气对当地居民的健康长寿贡献巨大。然而，令人遗憾的是，几乎没有关于当地传统食物中益生效应的乳酸菌与健康的关联研究报道。为了解答上述问题，采集了河池市的酸笋样本，分离了其中的乳酸菌，并对其耐受酸、胆盐以及模拟胃肠道液体的能力和疏水性进行了检测。此外，还利用鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus GG）作为阳性对照，探讨了这两种筛选菌株Lactiplantibacillus pentosus YQ001和Lentilactobacillus senioris YQ005在DSS诱导的小鼠结肠炎中的益生作用机制。
Results and Discussion
从发酵竹笋（FBS）中分离到124株乳酸菌，根据16s rDNA序列分析鉴定，分别隶属于11个种。优势菌种为Weissella cibaria共30株，占比24.2%，其次为Lentilactobacillus senioris共21株，占比16.9%；Lactobacillus selangorensis共21株，占比16.9%；Lentilactobacillus parabuchneri和Lactiplantibacillus pentosus各自15株，占比12.1%。
图1 124株发酵竹笋乳杆菌16S rRNA基因测序的系统发育树
菌株在体内发挥作用的前提是具备足够耐受性，能够短暂地在胃酸和胆汁环境中有一定的存活率。因此，对部分乳酸菌进行了模拟人工胃肠液测试来确保乳酸菌能够以活的形式进入人类消化道，同时使用疏水性测试来评估菌株在肠道上的黏附能力。在pH 2.5和0.3%（m/V）胆盐的环境中，没有任何一株乳酸菌能够在这种条件下正常生长。然而，在4h处理后，有5株乳酸菌成功存活下来。L. pentosus YQ001和L. senioris YQ005在经过模拟人工胃肠液处理5 h后的存活率分别为（0.012 ± 0.002）‰和（0.017 ± 0.008）‰。此外，它们的疏水率分别是（2.43 ± 0.4）%和（93.33 ± 1.25）%。
这些体外试验结果表明，L. pentosus YQ001和L. senioris YQ005具备在胃肠液中生存并呈现潜在益生菌特性的能力。它们在应对胃酸和胆汁的适应性方面相对较高，同时具备一定的肠道黏附能力。这些特征为它们在人类肠道内发挥益生菌作用提供了基础，进一步研究它们的益生菌机制和应用潜力具有重要意义。
与接受DSS处理的UC小鼠组相比，摄入乳酸菌的实验组的UC小鼠在体重变化、脾脏质量和结肠重长比方面显示了积极的结果，尽管其效果存在一定程度的差异。具体而言，相对于c. pentosus YQ001和LGG，L. senioris YQ005对UC小鼠产生了更为显著的益生作用。这些发现表明，摄入乳酸菌对于改善UC小鼠的情况具备积极影响，但不同菌株的效果略有差异。其中，L. senioris YQ005乳酸菌表现出最为突出的益生作用。
图2 3种乳酸杆菌治疗缓解DSS性结肠炎的比较
通过摄入L. Pentosus YQ001和L. senioris YQ005，UC小鼠肠道微生物多样性显著增加。在DSS、LGG、YQ001和YQ005组中，Akkermansia的比例分别为4.79%、9.63%、10.83%和8.48%，而在CON组中几乎不存在Akkermansia。同时，LEfSe分析显示各组间生物学差异一致。值得注意的是，相比于LGG和c. pentosus YQ001，L. senioris YQ005显著增加了肠道微生物群的α-多样性。在门水平上，显著增加Bacteroidetes的丰度。在属水平上，Muribaculaceae丰度显著增加（P＜0.0001），Turicibacter丰度呈下降趋势。
图3 DSS诱导结肠炎小鼠模型细菌多样性分析及3种乳酸杆菌处理后细菌群落结构比较
肠道微生物组对哺乳动物血液产生重大影响。大约有46%的血液代谢物与肠道微生物组有关。根据PCA和PLS-DA分析，CON组、YQ001组和YQ005组小鼠的血清代谢产物相似。为了进一步挖掘CON组、DSS组和乳酸菌处理组小鼠血清之间的差异代谢物，并探讨不同菌株对宿主血清代谢的深远影响，运用OPLS-DA模型进行了每两组之间的比较。根据P＜0.05和VIP＞2.5为标准，筛选出组间的差异代谢物，并选取了互作较多、评分较高的差异代谢物进行了总体比较。YQ001和YQ005组的小鼠血清中，（R）-pelletierine（P＜0.0001）、Polyoxyethylene 40、Cinnamic acid （P＜0.0001）和Equol 4'-O-glucuronide这些代谢物水平得到了调节，趋向于CON组小鼠的代谢物水平。根据先前的研究，Cinnamic acid具有抗炎、降糖、降血脂和抗菌活性的潜力。与L. senioris YQ005组相关的血清代谢物水平变化可能是肠道健康的潜在生物学指标。这些发现为深入了解肠道菌群与宿主之间的相互作用以及其对宿主健康的影响提供了重要的线索。
图4 三种乳酸杆菌治疗DSS诱导结肠炎后血清代谢物水平的比较
为了研究L. pentosus YQ001和L. senioris YQ005对肠道免疫相关微环境的调节作用，采用RT-qPCR法检测小鼠结肠组织的炎症细胞因子（IL-1β、IL-6、IL-6、IL-10、TNF-α 和 IFN-γ）和紧密连接蛋白细胞因子（ZO-1、Claduin和Occludin）的表达水平，同时也检测了抗菌肽（Cathelicidin-related antimicrobial peptide，CRAMP）和TLR4基因的表达水平。对小鼠结肠组织进行了形态学分析，以评估这三株乳酸菌对外周免疫微环境的免疫调节影响。研究结果表明，乳酸菌可能具有对结肠免疫微环境的免疫调节作用。需要注意的是，不同菌株对小鼠免疫微环境的调节作用程度不同，与观察到的病理指标差异趋势相一致的。其中，L. senioris YQ005表现出最显著的调节作用，其次为L. pentosus YQ001，最后则是LGG。
图5 乳酸杆菌处理对小鼠结肠组织免疫微环境的影响
图6 乳酸杆菌对小鼠结肠组织病理学的影响
Conclusion
L. pentosus YQ001和L. senioris YQ005的摄入能够通过调节DSS诱导的UC小鼠肠道菌群失调来改善肠道免疫功能和肠道屏障功能。这包括增加有益细菌的丰度，如Akkermansia、Alistipes和Muribaculaceae，同时减少致病菌Turicibacter的丰度。此外，L. pentosus YQ001和L. senioris YQ005可促进CRAMP基因的表达，并抑制TLR4信号通路，从而缓解UC症状。与益生菌LGG相比，L. senioris YQ005的治疗效果最显著，其次是c. pentosus YQ001。这些结果表明，L. pentosus YQ001和L. senioris YQ005具有作为预防和治疗UC益生菌候选株的潜力。
值得一提的是，L. senioris YQ005的标准菌株L. senioris DSM 24302T于2012年从日本的一名健康百岁老年人的粪便中分离出来，但其益生潜力尚未被研究。L. senioris YQ005的益生性能凸显了运用特殊生境和特殊食物源材料建立细菌可培养组学，以筛选出更多具有益生特性的可培养细菌的重要性。作为一种可培养的益生菌，L. senioris YQ005需要更加全面深入的研究，以丰富益生菌资源库。
第一作者
刘相汝，女，籍贯：广西壮族自治区河池市。现重庆医科大学公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学专业博士一年级在读，导师：裴得胜教授。硕士为重庆医科大学公共卫生学院公共卫生学院卫生检验学专业学术型硕士研究生，导师：邱景富教授。研究方向：微生物，肠道菌群，论文题目：厌氧特境中乳酸菌对结肠炎小鼠肠道稳态调节研究。
通信作者
尹琦，女，重庆医科大学公共卫生学院，副研究员，硕士研究生导师。近年研究方向：肺-肠轴微生物组与免疫应答；特殊生境厌氧微生物分类；病原菌生物膜感染。一作/通讯作者身份发表相关领域SCI论文17篇，包括中科院JCR一、二区及医学领域TOP期刊。主持科研项目：重庆市科学技术局2021年博士“直通车”科研项目，在研；国家自然科学基金，青年项目，在研；重庆医科大学2021年度智慧医学项目，一般项目，在研；重庆市教育委员会科学技术研究项目，青年项目，在研；中国博士后基金第62批面上资助，结题。
Lactobacillus from fermented bamboo shoots prevents inflammation in DSS-induced colitis mice via modulating gut microbiome and serum metabolites
Xiangru Liu, Xiaoling Lu, Hao Nie, Jing Yan, Zhiwen Ma, Hailin Li, Shixin Tang, Qi Yin*, Jingfu Qiu
School of Public Health, Chongqing Medical University, Chongqing 400016, China
*Corresponding author.
Abstract
Fermented bamboo shoots (FBS) is a region-specific food widely consumed in Southwestern China, with Lactobacillus as the predominant fermenting bacteria. However, the probiotic potential of Lactobacillus derived from FBS reminds largely unexplored, especially for diseases with a low prevalence in areas consuming FBS, namely, inflammatory bowel disease. In this study, Lactiplantibacillus pentosus YQ001 and Lentilactobacillus senioris YQ005 were screening by in vitro probiotic tests to further investigate the probioticlike bioactivity in dextran sulfate sodium (DSS)-induced ulcerative colitis (UC) mouse. They exhibited more positive probiotic effects than Lactobacillus rhamnosus GG in preventing intestinal inflammatory response. The results revealed that both strains improved the abundance of deficient intestinal microbiota in UC mice, including Muribaculaceae and Akkermansia. In the serum metabolome, they modulated the DSS-disturbed levels of metabolites, with significant increment of cinnamic acid. Meanwhile, they reduced the expression levels of interleukin-1β (IL-1β), interleukin-6 (IL-6) inflammatory factors and increased zonula occludens-1 (ZO-1), Occludin, and cathelicidin-related antimicrobial peptide (CRAMP) in the colon. Consequently, these results demonstrated that Lactobacillus spp. isolates derived from FBS showed promising probiotic activity based on the gut microbiome homeostasis modulation, anti-inflammation and intestinal barrier protection in UC mice.
Reference:
LIU X R, LU X L, NIE H, et al. Lactobacillus from fermented bamboo shoots prevents inflammation in DSS-induced colitis mice via modulating gut microbiome and serum metabolites[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(5): 2833-2846. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250229.
本文编译内容由作者提供
编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇
封面图片来源：图虫创意
为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。
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