FSHW | L. plantarum MWFLp-182緩解ABAP誘導的氧化損傷和關鍵基因分析

本文系Food Science and Human Wellness原創編譯，歡迎分享，轉載請授權。

1

Introduction

隨著社會的發展，老年人的健康和長壽問題近年來引起了人們的廣泛關注。老年人易患阿爾茨海默病、帕金森病等一系列疾病。這主要是由于機體老化、細胞保護機制降低以及細胞內活性氧（ROS）含量增加所致。ROS活性的增加導致氧化應激，產生超氧陰離子、羥基自由基和過渡金屬等自由基。氧化應激伴隨著一系列損害機體的遺傳、細胞和表觀遺傳變化。因此，緩解氧化不僅可以從衰老角度值得關注而且更在抗炎、預防炎癥的角度有著重要的意義。

益生菌被定義為“活的微生物，當足夠的量時，對宿主的健康有益”。乳酸菌（LAB）是最常見的益生菌。植物乳桿菌（Lactiplantibacillus plantarum）是一種革蘭氏陽性菌，具有很好的抗氧化、抗炎、抗菌、抗癌等功能，近年來關注的益生菌緩解氧化應激、抗炎等角度受到了廣泛的關注，但目前基因組層面的關鍵抗氧化基因數據并不健全，因此，開發新的抗氧化菌株并解析其關鍵調控基因顯得尤為重要。

大連工業大學食品學院牟光慶教授團隊聶輝博士從廣西賀州市長壽老人糞便中分離出135 株菌株。L. plantarum MWFLp-182顯示出最高的抗氧化活性和良好的安全性。具有常見益生特性的L. plantarum MWFLp-182在2,2'-偶氮(2-甲基丙脒)二鹽酸（ABAP）處理HT-29細胞中的抗氧化和抗炎活性。為了更好地了解L. plantarum MWFLp-182的抗氧化機制，該團隊研究了L. plantarum MWFLp-182的基因組，分析了核心基因和氧化應激耐受基因。這為后續抗氧化功能調控基因的鑒定和高通量測序提供了可靠的理論基礎。

2

Results and Discussion

植物乳桿菌MWFLp-182基因組特征分析

L. plantarum MWFLp-182的全基因組測序如圖1所示。L. plantarum MWFLp-182全基因組長3 310 756 bp, GC含量為44.49%，包含3 169 個預測基因，其中蛋白cds 3 085 個，tRNA 68 個，rRNA 16 個。68 個tRNA編碼序列對應21 個氨基酸（表S2），分別是丙氨酸（Ala, 3）、天冬氨酸（Asn, 4）、天冬氨酸（Asp, 3）、半胱氨酸（Cys, 1）、谷氨酰胺（Gln, 3）、谷氨酸（Glu, 3）、甘氨酸（Gly, 6）、組氨酸（His, 2）、異亮氨酸（Ile, 3）、亮氨酸（Leu, 6）、賴氨酸（Lys, 4）、蛋氨酸（Met, 3）、苯丙氨酸（Phe, 2）、脯氨酸（Pro, 3）、絲氨酸（Ser, 4）、蘇氨酸（Thr, 4）、色氨酸（Trp, 1）、酪氨酸（Tyr, 2）、纈氨酸（Val, 3）和未檢測（3）。

圖1. L. plantarum MWF Lp-182全基因組圈圖

L. plantarumMWFLp-182黏附性、自聚、共聚和胃腸液耐受性

L. plantarum MWFLp-182的黏附能力與LGG相似(圖2A)。L. plantarum MWFLp-182或LGG處理后HT-29細胞存活率均大于90%(圖2B)。因此，L. plantarum MWFLp-182不具有細胞毒性。L. plantarum MWFLp-182和LGG在24 h后的自動聚集率分別為89.39%和70.82%(圖3A)。如圖3B所示，L. plantarum MWFLp-182和LGG與沙門氏菌共聚集，共聚集率分別為56.2%和43.91%。模擬胃腸道液后，L. plantarum MWFLp-182和LGG的存活率分別為89.45%和75.7%（表2）。

圖2乳酸菌細胞毒性和黏附性

圖3 L. plantarum MWFLp-182和LGG自聚和共聚特性

L. plantarumMWFLp-182益生性相關基因的鑒定

利用L. plantarum MWFLp-182的基因組數據分析了與膽鹽抗性、黏附、營養合成和降膽固醇作用相關的基因。數據庫顯示，L. plantarum MWFLp-182包含11 個與膽鹽抗性相關的基因；7 個與黏附相關的基因；1 個基因與降低膽固醇的作用有關；1 個營養合成相關基因；以及10 個與氧化應激耐受性相關的基因。從ResFinder和Disinfinder數據庫中未發現L. plantarum MWFLp-182中編碼抗性組和可轉移抗生素耐藥基因的基因。

L. plantarumMWFLp-182緩解ABAP誘導HT-29細胞損傷

如圖4所示，綠色熒光表示ROS含量。ABAP對HT-29細胞造成損傷，使其熒光強度增加。L. plantarum MWFLp-182和LGG處理HT-29細胞的熒光度低于ABAP處理HT-29細胞的熒光度。由此可見，L. plantarum MWFLp-182和LGG均能降低氧化應激對細胞的損傷，且L. plantarum MWFLp-182比LGG更有效。通過觀察植物L. plantarum MWFLp-182對ABAP刺激HT-29細胞的TJ、炎癥和氧化細胞因子的表達（圖5）。與正常組（K）相比，ABAP刺激組可促進促炎因子（IL-1β、IL-6）和MDA的表達（P < 0.05）。添加L. plantarum MWFLp-182可顯著下調ABAP損傷HT-29細胞中IL-6、IL-1β和MDA的表達（P < 0.05），顯著上調SOD3、GPx、IL-10、Nrf2、HO-1、Bcl-2、ZO-1、Claudin-1和Occludin的表達（P < 0.05），表明ABAP誘導的損傷癥狀得到有效緩解。這些結果表明，L. plantarum MWFLp-182可緩解ABAP損傷HT-29細胞的炎癥、氧化應激和腸道屏障損傷。

如圖6所示，與對照組（C）相比，ABAP組TJ蛋白ZO-1、Claudin-1和Occludin的表達明顯降低。重要的是，L. plantarum MWFLp-182顯著緩解了TJ蛋白ZO-1、Claudin-1和Occludin水平的降低（P < 0.05）。

圖4. L. plantarumMWFLp-182和LGG預處理對ABAP誘導HT-29細胞ROS水平的影響

圖5 L. plantarum MWFLp-182對炎癥、氧化應激和腸屏障相關基因的影響

圖6 L. plantarum MWFLp-182對腸屏障相關蛋白表達的影響

3

Conclusion

本研究從廣西賀州市長壽老人糞便中分離到L. plantarum MWFLp-182，發現其具有11 個膽鹽耐藥基因、7 個黏附基因，無可轉移的抗生素耐藥基因。L. plantarum MWFLp-182具有較強的模擬胃腸液耐受能力，在pH為2的條件下生長良好。L. plantarum MWFLp-182具有抗氧化和抗炎活性，抗炎因子（IL-10）、抗氧化細胞因子（SOD、GPx）、Bcl-2和TJ蛋白及其基因表達增強。因此，作者的研究促進了抗氧化菌株的開發，為抗氧化菌的高通量測序篩選提供了數據和理論支持。

第一作者簡介

聶輝，大連工業大學在讀博士生（定向，賀州學院教師），主要研究方向：益生菌抗衰老活性研究。主持廣西自然科學基金青年項目一項，主持研究生創新研究項目一項，在Food Chemistry, Food Science and Human Wellness等高水平期刊發表論文2 篇。

通信作者簡介

牟光慶，大連工業大學食品學院二級教授，博士生研究生導師。研究方向：1.益生菌特性及組學研究；2.益生菌開發技術研究；3.乳品科學研究；4.乳品加工關鍵技術研究。遼寧省特聘教授，遼寧省“百千萬人才工程”百人層次，入選遼寧省“優秀人才”支持計劃，遼寧省第八屆“教學名師”。主持國家自然科學基金面上基金、國家“十四五”“十三五”“十二五”等國家重點研發計劃項目、國家863子項目等國家、省部級課題20余項。獲國家技術發明二等獎、遼寧省科技進步二等獎等國家、省部級科技獎項10余項。在國內外期刊發表研究論文100余篇；獲授權發明專利多項；出版著作、教材12 部。

Improvement of Lactiplantibacillus plantarum MWFLp-182 on oxidative deficits induced by in 2,2’-azobis(2-methylpropionamidine) dihydrochloride and the relating key gene analysis

Hui Niea,b,c, Xutong Maa,b, Fanyu Konga,b, Yanghe Luoc, Guangqing Mua,b,*, Xiaomeng Wua,b,*

a School of Food Science and Technology, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China

b Dalian Probiotic Function Research Key Laboratory, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China

c Guangxi Key Laboratory of Health Care Food Science and Technology, Hezhou University, Hezhou 542899, China

*Corresponding authors.

Abstract

Lactiplantibacillus plantarum MWFLp-182 was originally isolated from the feces of long-living elderly individuals in Hezhou city, Guangxi, China. L. plantarum MWFLp-182 showed favorable gastric and intestinal tolerance compared with Lactiplantibacillus rhamnosus GG (LGG). L. plantarum MWFLp-182 was further examined for its antioxidant and anti-inflammatory activity in ABAP-treated HT-29 cells. Importantly, it enhanced the expression of anti-inflammatory factor (interleukin-10 (IL-10)), antioxidant cytokines (superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GPx), nuclear factor erythroid 2-related factor (Nrf2), and hemeoxygenase 1 (HO-1)), B-cell lymphoma-2 (Bcl-2), and tight junction (Zonula occludens protein 1 (ZO-1), Claudin-1, and Occludin) proteins and genes, and reduced reactive oxygen species (ROS). The complete genome of L. plantarum MWFLp-182 contained a single circular chromosome that was 3257196 bp long, with a G + C content of 44.49%, and a single circular plasmid that was 53 560 bp long. The genes tpx, trxA, trxB, npr, nrdH, dps, recA, gpx, gshA and arsC in this strain were related to antioxidant function; the key genes involved in antioxidant function were further investigated. In this study, we identified a probiotic candidate with antioxidant properties.

Reference:

NIE H, MA X T, KONG F Y, et al. Improvement of Lactiplantibacillus plantarum MWFLp-182 on oxidative deficits induced by in 2,2’-azobis(2-methylpropionamidine) dihydrochloride and the relating key gene analysis[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(2): 9250026. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250026.

本文編譯內容由作者提供

編輯：王佳紅；責任編輯：孫勇

封面圖片：圖蟲創意