瑞士乳杆菌TS206对小鼠血脂及粪便胆汁酸水平的调控影响

2017-06-29 08:40庞广昌闫亚丽陈庆森
食品科学 2017年11期
关键词:胆汁酸灌胃益生菌

王 泳,叶 雷,贾 彦,庞广昌,赵 培,闫亚丽*,陈庆森*

(天津市食品生物技术重点实验室,天津商业大学生物技术与食品科学学院,天津 300134)

瑞士乳杆菌TS206对小鼠血脂及粪便胆汁酸水平的调控影响

王 泳,叶 雷,贾 彦,庞广昌,赵 培,闫亚丽*,陈庆森*

(天津市食品生物技术重点实验室,天津商业大学生物技术与食品科学学院,天津 300134)

探讨瑞士乳杆菌TS206(Lactobacillus helveticus TS206)对小鼠血脂水平的影响。以健康BABL/c小鼠为对象,设置实验组和对照组,分别以L. helveticus TS206菌悬液和生理盐水(0.2 mL/d)连续灌胃7 周,监测小鼠体质量和血脂(总胆固醇(total serum cholesterol,TC)、甘油三酯(triglycerides,TG)水平、高密度脂蛋白胆固醇(high density lipoprotein cholesterol,HDL-C)和低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein cholesterol,LDL-C))以及粪便总胆汁酸(total bile acid,TBA)水平的变化。灌胃L. helveticus TS206后,小鼠体质量增量显著高于对照组(P<0.05,P<0.01);血清中TC、TG和LDL-C水平均显著降低(P<0.05),灌胃停止1 周后基本恢复到对照组水平;L. helveticus TS206菌悬液和生理盐水小鼠血清中HDL-C含量均无显著性变化;TBA水平呈先下降后上升趋势,且3 周后TBA水平显著低于对照组(P<0.05)。研究结果表明,L. helveticus TS206能促进健康小鼠体质量增加,并有效调控其血脂水平,提示口服L. helveticus TS206菌剂可能会降低患心脑血管疾病的风险。

瑞士乳杆菌TS206;血脂;总胆汁酸;心脑血管疾病

引文格式:

王泳, 叶雷, 贾彦, 等. 瑞士乳杆菌TS206对小鼠血脂及粪便胆汁酸水平的调控影响[J]. 食品科学, 2017, 38(11): 196-201. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201711031. http://www.spkx.net.cn

WANG Yong, YE Lei, JIA Yan, et al. Lactobacillus helveticus TS206 regulates serum lipid levels and fecal bile acid levels in mice[J]. Food Science, 2017, 38(11): 196-201. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201711031. http://www.spkx.net.cn

随着人们生活水平的日益提高,各种高脂肪、高热量、高胆固醇的食品充斥着人们的饮食,造成胆固醇代谢紊乱,严重威胁人们的身体健康。胆固醇的正常代谢是维持机体健康的关键因素之一,当血清胆固醇偏高时会增加肥胖、动脉粥样硬化、冠心病等心脑血管疾病的风险。研究表明,在西方发达国家心脑血管疾病患者的死亡率排在第一位,预计到2030年,心脑血管疾病会涉及全球2000多万人口[1]。目前通过改善饮食结构来控制胆固醇摄入量的方法效率较低,主要是由于低脂肪的饮食口感差,很难被消费者所接受。因此,寻找更加安全方便、易于接受的降胆固醇方法变得尤为重要[2]。

近年来,益生菌在人类营养与健康中的作用日益凸显,而其对机体胆固醇代谢的影响也成为了国内外学者的研究焦点。20世纪70年代Mann等[3]就发现非洲土著居民饮用的含乳酸菌的发酵酸乳具有降低血清胆固醇的功能,且这些土著居民极少患高胆固醇血症、心脑血管疾病和肥胖症等。这些发现掀起了国内外益生菌调节血清胆固醇的研究热潮。Alalin等[4]研究了普通酸奶和添加了嗜酸乳杆菌的酸奶对小鼠体质量增长、血清总胆固醇(total serum cholesterol,TC)、高密度脂蛋白胆固醇(high density lipoprotein cholesterol,HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein cholesterol,LDL-C)、甘油三酯(triglycerides,TG)的含量以及粪便中乳杆菌及大肠菌群数量的影响,结果显示嗜酸乳杆菌酸乳能显著降低小鼠血清TC和LDL-C浓度。随后,Satoshi等[5]发现含有瑞士乳杆菌的奶酪能有效减少大鼠肠系膜的脂肪组织总量及血清中LDL-C含量。Cavallini等[6]研究发现含有益生菌的豆酱能够显著降低机体血清中非HDL-C含量,增加血清中HDL-C等“好的”胆固醇含量,而且造成这种现象的原因可能是因为益生菌能够调节肠道菌群的平衡,影响体内胆固醇代谢从而调节血清胆固醇含量,降低了心脑血管疾病的患病风险。Nguyen等[7]发现从新生婴儿粪便中筛选出的Lactoballus plantum PH04能够降低高脂血症小鼠血清中TC含量和TG含量。Hossein等[8]研究表明,来源于婴儿粪便中的Lactoballus plantum A7同样能够降低高脂模型小鼠血清TC含量和TG含量。

粪便中的胆汁酸来源于肠道细菌的代谢产物,目前越来越多的研究认识到肠道中胆汁酸水平与某些疾病之间的关系。Keating等[9]研究发现肠道胆汁酸除了可以促进脂类的消化吸收,其对肠道生理的调节也具有重要作用,如调节肠上皮稳态和肠屏障等功能;Ou等[10]通过探讨高脂肪和高蛋白膳食对结肠癌发病风险的影响,发现粪便胆汁酸水平与结肠癌的发病相关;Duboc等[11]发现粪便胆汁酸与炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)发病相关,IBD患者的粪便胆汁酸含量显著高于健康受试者。

前期研究已经表明Lactobacillus helveticus TS206能够通过促进肠道有益菌增殖,抑制致病菌生长来维持肠道微生物区系的平衡[12],并且能够有效地调节肠黏膜免疫应答维护肠黏膜免疫平衡[13]。本研究在前期研究结论的基础上开展L. helveticus TS206对健康小鼠血脂调控能力的研究,并结合肠道胆汁酸的研究更加全面地阐述益生菌对机体胆固醇代谢的影响。此外,本研究选取健康小鼠为研究对象,而不同于以往研究中建立的非常态模型,旨在探究L. helveticus TS206在个体常态下对机体血脂水平的影响,这将为健康个体摄取益生菌提供可靠的消费理念和依据,也将为进一步研究益生菌通过调节肠道菌群结构影响机体胆固醇代谢的机理提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

90 只6 周龄BABL/c雄性小鼠16~20 g,SPF级,购自中国人民解放军军事医学科学院实验动物中心,许可证号:SCXK(京)2009-0017;瑞士乳杆菌TS206(Lactobacillus helveticus TS206)由天津商业大学实验室保藏。

TC测定试剂盒、TG测定试剂盒、HDL-C测定试剂盒、LDL-C测定试剂盒 北京北化康泰临床试剂有限公司;总胆汁酸(total bile acid,TBA)测定试剂盒南京建成生物工程研究所。

1.2 仪器与设备

3K15高速冷冻离心机 德国Sigma公司;LD5-10低速离心机 北京医用离心机厂;Spectra Max M5全自动酶标仪 美国Molecular Devices公司;DNP-9082电热恒温培养箱 上海沪西分析仪器厂有限公司。

1.3 方法

1.3.1 动物实验与分组

90 只SPF级雄性BABL/c小鼠适应性喂养1 周后随机分为对照组和实验组,每组45 只;实验组小鼠每天灌胃0.2 mL L. helveticus TS206菌悬液(菌体浓度3×108~4×108CFU/mL,参考文献[14]的方法),对照组小鼠每天灌胃等量的生理盐水;连续灌胃7 周,灌胃结束后再继续自由饮食饮水饲养1 周;实验期间各组小鼠均饲喂普通繁育饲料,自由进食和饮水。

1.3.2 小鼠生长状态和体质量的测定

56 d动物实验期间,每天观察受试小鼠的生长状态;每7 d称1 次小鼠体质量,并分别在实验第7、28、42、56天计算每组小鼠体质量增量。

1.3.3 样本采集

分别在实验开始后第0、7、14、21、28、35、42、49、56天,禁食不禁水12 h后,每组小鼠中随机抽取5 只,眼球摘除取血,37 ℃条件下让血液凝固1 h,4 ℃静置2 h;再在4 ℃条件下3 000 r/min离心10 min,得到血清分装后-80 ℃冰箱保存备用。

1.3.4 小鼠血脂水平和粪便TBA水平的测定

1.3.4.1 小鼠血脂水平的测定

上述方法得到的各组小鼠血清按照试剂盒说明书分别检测血清中TC、TG、HDL-C、LDL-C含量,并按式(1)计算动脉粥样硬化指数(atherosclerotic index,AI)。

1.3.4.2 小鼠粪便中TBA含量的测定

将采集的小鼠粪便进行真空冷冻干燥,去除粪便中水分。取20 mg干燥后的小鼠粪便,加入1 mL叔丁醇溶液(体积比1∶100),涡旋混匀,37 ℃水浴15 min后涡旋混匀10 s,最后在4 ℃、10 000×g离心2 min取上清液。按照TBA试剂盒说明书测定上清液中TBA含量。

1.4 数据分析

用SPSS 19软件对数据进行单因素方差分析和配对t检验分析;数据利±s表示;P<0.05表示差异显著,P<0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 L. helveticus TS206对小鼠生长状态和体质量的影响

TS206对小鼠体质量增量的影响Fig. 1 Effect of L. helveticus TS206 on body weight gain in mice图1L. helveticus

由图1可知,实验期间从小鼠的生长状态可以看出,与对照组相比,实验组小鼠皮毛更加光滑鲜亮,精神更加活跃;两组小鼠食欲正常,采食量并无显著差异。图1显示的小鼠体质量增量的变化结果表明,实验期间对照组与正常组小鼠的体质量都逐渐增加。灌胃7 d后,实验组小鼠体质量增量显著高于对照组(P<0.05),并且一直持续到实验结束,研究结束时实验组小鼠体质量增量比对照组小鼠体质量增量高75.2%,差异极显著(P<0.01)。

2.2 L. helveticus TS206对小鼠血脂水平的影响

2.2.1 L. helveticus TS206对小鼠血脂水平的影响

TS206对小鼠血脂水平的影响Fig. 2 Effect of L. helveticus TS206 on serum lipids in mice图2L. helveticus

从图2a可以看到,实验第7天开始益生菌灌胃组小鼠血清TC浓度开始降低,到实验第14、21天,益生菌灌胃组小鼠血清TC浓度显著低于对照组(P<0.05);在实验第28天,益生菌灌胃组小鼠血清TC浓度降到最低水平,此时益生菌灌胃组小鼠血清TC浓度与对照组相比降低了36%,差异具有极显著性(P<0.01);此后几周内益生菌灌胃组小鼠血清TC浓度缓慢升高但仍然显著低于对照组(P<0.05);在灌胃第49天和停止灌胃后1周,虽然益生菌灌胃组小鼠血清TC浓度仍低于对照组9.7%,已无显著性差异(P>0.05)。结果说明,一定剂量的L. helveticus TS206可以显著降低机体血清TC含量,并且随摄入时间的延长这种作用更趋稳定。

由图2b可知,灌胃7 d后益生菌灌胃组小鼠血清TG含量迅速降低,与对照组相比降低了59.5%,差异具有显著性(P<0.05);在接下来的4 周内实验组小鼠血清TG含量变化不大,但与对照组相比差异仍然极显著(P<0.01);随后,益生菌灌胃组小鼠血清TG含量开始缓慢上升,停止灌胃后1周(第56天),益生菌灌胃组小鼠血清TG含量相对于对照组升高了9.4%,但无显著性差异(P>0.05)。结果说明,L. helveticus TS206摄入初期可以迅速降低机体血清TG含量,但随摄入时间的延长这种作用具有减弱的趋势。

图2c表明,实验期间小鼠血清HDL-C含量变化不明显;在实验前3 周益生菌灌胃组小鼠血清HDL-C含量具有小幅度增加,但是与对照组相比这种幅度增加并没有形成显著性差异(P>0.05),实验后期两组小鼠血清HDL-C含量基本稳定在同一水平。结果说明,灌胃L. helveticus TS206未能引起HDL-C水平的显著变化,这可能与该菌的降胆固醇机制有关,但摄入一定剂量的L. helveticus TS206可能对维持机体HDL-C的正常水平具有重要作用。

图2d显示,实验期间两组小鼠血清LDL-C含量随时间变化。在灌胃开始后的前14 d内,L. helveticus TS206灌胃组小鼠血清LDL-C含量迅速降低,与对照组相比差异极显著(P<0.01);而从第21天开始,灌胃组小鼠血清LDL-C含量又恢复到与对照组无显著差异的水平(P>0.05),并且一直持续到实验结束。结果说明,摄入L. helveticus TS206短期内可以迅速降低机体血清LDL-C水平,尽管没有长期降低的作用,重要的是灌胃L. helveticus TS206可控制血清中LDL-C水平。

2.2.2 L. helveticus TS206对小鼠AI的影响

由图3可以看到,L. helveticus TS206灌胃可以降低小鼠AI;在灌胃前4 周益生菌灌胃组小鼠AI持续降低,在实验第28天降到最低,与对照组相比降低了76.9%,具有极显著性差异(P<0.01);随后,益生菌灌胃组小鼠AI有小幅度增加,但是在实验第35、42天仍然显著低于对照组(P<0.05);在灌胃第49天和停止灌胃后1 周,实验组小鼠AI与对照组已无显著差异(P>0.05),但是相对于灌胃前降低了77.1%,仍处于较低水平。结果说明,L. helveticus TS206的摄入可以明显降低机体动脉粥样硬化的患病风险,且具有持续性效果。

TS206对小鼠AI的影响Fig. 3 Effect of L. helveticus TS206 on atherosclerotic index in mice图3L. helveticus

2.3 瑞士乳杆菌对小鼠粪便TBA水平的影响

分别对益生菌灌胃组和对照组小鼠在灌胃后的第7、21、35、49天粪便中TBA进行测定,分析了L. helveticus TS206对小鼠TBA代谢的影响差异,结果如图4所示。

TS206对小鼠TBA代谢的影响Fig. 4 Effect of L. helveticus TS206 on metabolism of TBA in mice图4L. helveticus

由图4可以看到,整体上小鼠粪便中TBA的水平波动较大,益生菌灌胃组小鼠表现为随着灌胃时间延长TBA水平呈下降趋势,而对照组小鼠表现为随着灌胃时间延长TBA水平呈上升趋势;在灌胃开始后7 d,两组小鼠粪便中TBA水平并无明显差异(P>0.05),而在灌胃后第21天,对照组小鼠粪便中TBA水平显著高于实验组(P<0.05),而且随着灌胃时间的延长,这种差异表现得越显著,在灌胃第35天和第49天,对照组小鼠粪便中TBA水平极显著高于实验组(P<0.01)。

3 讨论与结论

临床上治疗高胆固醇血症的方法主要是通过服用他汀类、贝特类、胆酸结合树脂类化学药品,但这些药物作用不稳定,长期服用会引发肝脏受损等副作用,且价格昂贵。因此,寻找能够调节血清胆固醇含量,缓解并治疗高胆固醇血症的生物制剂具有十分广阔的应用前景。

本研究给健康小鼠连续灌胃一定剂量的L. helveticus TS206后,发现灌胃L. helveticus TS206的小鼠体质量增量显著高于对照组(P<0.05),这可能是由于L. helveticus TS206进入或定殖在小鼠肠道后,使小鼠原有的菌相结构发生了改变,促进了乳酸菌、双歧杆菌等益生菌大量繁殖并定殖,减少肠杆菌类、肠球菌类等条件致病菌的数量,营造了小鼠肠道微生物的平衡状态,从而帮助提高机体肠道对营养物质的吸收,增强机体肠黏膜免疫和抗过敏作用[12-15]。由此,灌胃L. helveticus TS206小鼠较对照组小鼠生长状态更好,体质量增加较快。因此,猜测L. helveticus TS206能够通过维系肠道微生态的平衡,在健康范围内促进小鼠的营养代谢,从而改善小鼠生活状态,促进体质量的增加。

目前,国内外学者认为益生菌能够降胆固醇的机理主要包括以下几个方面:1)肠道细菌中的部分乳杆菌、双歧杆菌、肠球菌等菌株能产生胆盐水解酶(bile salt hydrolase,BSH),催化由肝脏合成的结合型胆汁盐产生去结合型胆汁盐并与血清中的胆固醇发生共沉淀从而降低胆固醇含量[16-17];2)益生菌能够从周围环境中吸收胆固醇至菌体细胞,从而降低胆固醇的含量[18];3)乳酸菌中部分菌株能够产生胆固醇还原酶,可以通过将胆固醇转变为粪固醇而排出体外[19]。在本研究中灌胃L. helveticus TS206后小鼠血清中TC、TG和LDL-C等各项与心脑血管疾病发病风险成正相关的指标的水平均在一定程度上得到了降低。El-Gawad[20]、Chiu[21]、王辑[22]等均研究发现相关益生菌能够显著降低机体血清中“坏胆固醇”的含量,与本实验结果相似。究其原因,可能是由于L. helveticus定殖于小鼠肠道后调整了肠道内菌群结构的消长,具有促进肠内短链脂肪酸(short chain fatty acid,SCFA)等有机酸分泌的菌种有效繁殖和提升,从而抑制胆固醇合成过程中关键酶的活性,降低了小鼠血清胆固醇含量[23-24];也可能是通过肠道内细胞信号通路途径控制脂蛋白受体的活性,从而有助于降低血清胆固醇水平[25]。到目前为止,益生菌调节肠道微生物与机体胆固醇代谢的确切关系仍需要进一步研究验证。HDL-C被称为“好胆固醇”,对心血管具有保护作用。在本实验过程中未发现灌胃L. helveticus TS206能够显著升高小鼠血清HDL-C的含量,这可能与菌种降胆固醇机制以及实验动物喂养的饲料成分组成有关。本研究通过引入AI的指标,进行判断动脉粥样硬化性冠脉疾病的危险状态,能够反映心血管疾病的易患程度,随着AI的减小,患冠脉疾病的危险性相应降低。从小鼠AI的分析结果可以揭示,灌胃一定剂量的L. helveticus TS206,7 d后小鼠AI显著降低,持续近30 d;表明长期适宜剂量的L. helveticus TS206的摄入对预防心血管疾病的发生具有重要作用。研究提示,AI的降低可能是由于L. helveticus TS206的摄入造成机体血清中TC含量降低,使得HDL-C的相对量升高,导致胆固醇运出动脉壁的量相对大于运进动脉壁的量,从而降低心血管疾病的发生率。

胆汁酸是通过胆固醇在肝脏中经过复杂的酶促反应而合成,它对于肠道中膳食脂肪和脂溶性维生素的吸收非常重要[26]。初级胆汁酸在肠道中能够促进脂类消化吸收,同时,肠道微生物与胆汁酸共代谢使其转变为次级胆汁酸,刺激胆汁酸通过相关细胞受体质量吸收回肝脏,经肝细胞处理后,与新合成的结合胆汁酸再进入肠道完成胆汁酸的肝肠循环[27]。因此,肠道菌群对胆汁酸代谢的调控作用对相关疾病例如脂肪吸收不良、肥胖和Ⅱ型糖尿病的发生和发展具有关键作用。

胆汁酸进入肠腔后与肠道微生物共代谢转变为次级胆汁酸,而次级胆汁酸能够导致大肠癌的发病风险[28]。而Zampa等[29]研究也证实,志愿者在补充Bif i dobacterium和Lactobacillus后粪便中的TBA含量显著下降。另外已经有研究者证实益生菌能够降低肠道内初级胆汁酸转化为次级胆汁酸,从而可能抑制恶性肿瘤的发生发展[30]。在本研究中,发现灌胃L. helveticus TS206能够降低小鼠肠道粪便内胆汁酸水平,对宿主的健康具有有益的作用,这与以上所报道的研究结果一致。对这一结论的分析可以提示,灌胃L. helveticus TS206菌剂可能会引起肠道内代谢胆汁酸的菌属变化,使得胆汁酸代谢为次级胆汁酸的含量减少,也有利于降低血清中游离的胆固醇。

本研究通过给健康小鼠实施长期灌胃L. helveticus TS206的策略,监控小鼠体质量的变化,并检测小鼠血清中血脂含量和粪便中TBA水平的变化,发现L. helveticus TS206能够在健康范围内促进小鼠的营养代谢,从而促进体质量明显地增加;研究还揭示,消费108CFU/mL剂量的菌体,可有效地降低健康小鼠血清中“坏胆固醇”的含量,以及降低粪便中TBA的水平,表现出较为突出的降低心脑血管疾病的患病风险的特殊属性,增加了L. helveticus TS206的开发价值;同时,本研究为进一步探讨肠道菌群与机体脂类代谢相关性提供了一定的参考。

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Lactobacillus helveticus TS206 Regulates Serum Lipid Levels and Fecal Bile Acid Levels in Mice

WANG Yong, YE Lei, JIA Yan, PANG Guangchang, ZHAO Pei, YAN Yali*, CHEN Qingsen*
(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology, College of Biotechnology and Food Science, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)

In order to explore the effect of Lactobacillus helveticus TS206 on serum lipid levels in mice, health BABL/c mice were divided into two groups. One group was given L. helveticus TS206 bacterial suspension by gavage for 7 consecutive weeks while the other was gavaged with normal saline as control. Body weight, serum lipid levels including total serum cholesterol (TC), triglycerides (TG), high density lipoprotein cholesterol (HDL-C) and low density lipoprotein cholesterol (LDL-C), and fecal total bile acid (TBA) levels were investigated in all mice. After the administration of L. helveticus TS206, body weight gains in mice were significantly higher than those in the control group (P < 0.05, P < 0.01), and the mean values of TC, TG and LDL-C were significantly decreased (P < 0.05), which were restored to normal a week after the administration of L. helveticus TS206. There was no significant change in serum HDL-C concentrations between both groups (P > 0.05). Fecal TBA concentration decreased in the intervention group, reaching a value significantly lower than that in the control group after three weeks of administration, while it increased in the control group. This study demonstrated that L. helveticus TS206 could promote body weight gain in healthy mice, and effectively regulate their serum lipid levels, suggesting that orally administered L. helveticus TS206 may reduce the risk of cardiovascular and cerebrovascular diseases.

Lactobacillus helveticus TS206; serum lipid; total bile acid; cardiovascular and cerebrovascular disease

10.7506/spkx1002-6630-201711031

TS201.3

A

1002-6630(2017)11-0196-06

2016-09-28

国家自然科学基金面上项目(31071522);天津市科技创新体系及条件平台建设项目(100005)

王泳(1993—),女,硕士研究生,研究方向为发酵生物技术、功能成分与肠道健康的关系。E-mail:15620616749@163.com

*通信作者:闫亚丽(1962—),女,副教授,硕士,研究方向为发酵生物技术、微生物学。E-mail:yyali@tjcu.edu.cn陈庆森(1957—),男,教授,硕士,研究方向为食源性生物活性物质与人类肠道健康、食品发酵与酿造技术。E-mail:chqsen@tjcu.edu.cn

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