植物乳杆菌NCU116的益生功能及其作用机制

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益生菌是由单一或多种微生物构成的活菌,当摄入一定剂量时,能通过改善宿主肠道微生态平衡来促进人体健康。益生菌具有促进肠道菌群平衡、缓解代谢综合征和免疫调节等多种功能。本论文以本实验室前期分离的体外活性较强的植物乳杆菌NCU116为研究对象,探讨其对肠道菌群的调节作用;对便秘、高脂血症、脂肪肝、结肠炎和糖尿病的缓解作用;并基于代谢组学技术检测其对高脂血症和糖尿病血清中的特征代谢标志物的影响。主要研究内容与结论归纳如下:(1)小鼠被随机分为4组,给予小鼠灌胃不同剂量植物乳杆菌NCU116或生理盐水,连续5周。与正常组相比,植物乳杆菌NCU116组小鼠肠道内乳酸杆菌、双歧杆菌的菌群显著升高;此外,该菌还在产生短链脂肪酸、抑制氧化应激和调节血清细胞因子方面具有一定的作用。(2)通过洛哌丁胺皮下注射建立小鼠便秘模型,灌胃不同剂量植物乳杆菌NCU116,连续15天。与便秘模型组相比,植物乳杆菌NCU116组在粪便指标、肠道推进率、短链脂肪酸、结肠病理与结肠间质细胞免疫表达方面具有显著改善。结果证实,植物乳杆菌NCU116对洛哌丁胺诱导的小鼠便秘症状具有缓解作用。(3)研究植物乳杆菌NCU116对高脂高胆固醇饲料喂养大鼠胆固醇的降低作用。大鼠随机分为4组:正常组,高脂模型组,高脂模型+植物乳杆菌NCU116低、高剂量组,连续灌胃干预5周。结果显示,植物乳杆菌NCU116表现出降低血脂水平、修复胰腺和脂肪组织损伤的能力;此外,该益生菌还可显著提高低密度脂蛋白受体(LDL receptor)和胆固醇7α-羟化酶(CYP7A1)等基因的表达。表明植物乳杆菌NCU116可能是通过调节低密度脂蛋白受体和胆固醇7α-羟化酶的基因表达进而调控脂质代谢和降低胆固醇水平。(4)研究植物乳杆菌NCU116对高脂饮食诱导非酒精性脂肪肝大鼠肝功能、氧化应激和脂质代谢的影响。实验5周后,植物乳杆菌NCU116组表现出修复肝功能、缓解肝病理损伤、降低肝脏脂肪堆积的功能。此外,该菌还能显著降低血清内毒素和促炎因子、调节肠道菌群、调节脂质代谢基因表达。结果显示,植物乳杆菌NCU116缓解非酒精性脂肪肝可能是通过抑制脂肪合成、促进脂肪分解与氧化等相关基因表达来实现的。(5)建立基于超高效液相色谱串联四级杆飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF/MS)的代谢组学方法,分析植物乳杆菌NCU116对高脂饮食大鼠血清中代谢标记物的影响。通过非配对t检验、主成分分析、偏最小二乘法分析和分层聚类分析方法可知,4组样本具有较好的分离度。高脂饮食对大鼠血清中亚精胺、维生素B5、吲哚丙烯酸、吲哚、5-羟吲哚乙醛、甘氨胆酸、胆氯素、羟基乙酸、亮氨酸、2-苯基乙醇葡糖苷酸、牛磺胆酸、2-花生酰基甘油、孕二醇-3-葡萄糖苷酸等化合物代谢均有影响;但植物乳杆菌NCU116仅在吲哚丙烯酸、甘氨胆酸、胆氯素、羟基乙酸、牛磺胆酸、2-花生酰基甘油和孕二醇-3-葡萄糖苷酸等生物标记物上发挥较好的调节作用。提示该菌可通过这些生物标记物来调节机体内脂质、葡萄糖、氨基酸等代谢途径发挥抑制高脂血症作用。(6)采用三硝基苯磺酸(TNBS)诱导建立结肠炎小鼠模型,研究植物乳杆菌NCU116及其发酵胡萝卜汁对该症状的影响。小鼠被随机分正常组、结肠炎模型组、植物乳杆菌NCU116组、植物乳杆菌NCU116发酵胡萝卜汁组和未发酵胡萝卜汁组,连续灌胃5周。结果显示,经植物乳杆菌NCU116及其发酵胡萝卜汁干预后,结肠炎小鼠体重较快恢复并有所增长,氧化应激和促炎因子水平降低,结肠粪便短链脂肪酸水平显著升高,结肠黏膜损伤明显降低。通过与未发酵胡萝卜汁对比可知,植物乳杆菌NCU116及其发酵胡萝卜汁对结肠炎的缓解作用与植物乳杆菌NCU116的供给密切相关。(7)探讨植物乳杆菌NCU116及其发酵胡萝卜汁对高脂饮食结合链脲佐菌素诱导的II型糖尿病大鼠降血糖作用及其机制。大鼠被随机分为正常组、糖尿病组、植物乳杆菌NCU116组、植物乳杆菌NCU116发酵胡萝卜汁组和未发酵胡萝卜汁组,连续灌胃5周。结果表明,植物乳杆菌NCU116及其发酵胡萝卜汁对大鼠血糖、血脂、激素具有调节作用,同时对短链脂肪酸水平具有升高作用;还能修复氧化应激损伤、胰腺与肾脏病理损伤,并能调节低密度脂蛋白受体、胆固醇7α-羟化酶、葡萄糖转运蛋白4、过氧化物酶体增殖因子活化受体α和丫的基因表达。本实验首次证实植物乳杆菌NCU116及其发酵胡萝卜汁对II型糖尿病具有一定的缓解作用。(8)利用UPLC-Q-TOF/MS等代谢组学技术来探讨植物乳杆菌NCU116及其发酵胡萝卜汁对II型糖尿病大鼠代谢标记物变化的影响。通过非配对t检验,主成分分析和偏最小二乘法分析可知,植物乳杆菌NCU116及其发酵胡萝卜汁对糖尿病大鼠血清中腺苷、5-羟吲哚乙醛、脯氨酸、甘氨胆酸、牛磺鹅去氧胆酸、鞘氨醇、茶碱和牛磺胆酸代谢均有影响,并通过调节机体内葡萄糖、脂肪酸、胆酸和氨基酸等代谢途径发挥抗糖尿病作用。另外,植物乳杆菌NCU116及其发酵胡萝卜汁表现出的缓解糖尿病症状的功能与植物乳杆菌NCU116的补充有关。
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