空间诱变植物乳杆菌SS18-116对高脂血症大鼠血脂的影响

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(1.北京农学院食品科学与工程学院,微生态制剂关键技术开发北京市工程实验室,北京食品质量 与安全实验室,北京市农产品有害微生物及农残安全检测与控制重点实验室,北京 102206; 2.富乐顿生物工程科技(北京)有限公司,北京 100022)

血清胆固醇浓度升高是诱发冠心病和动脉粥样硬化等心血管疾病的主要风险因素之一[1-2]。人体血清总胆固醇含量每高于正常水平1 mmol/L,冠心病等心血管疾病发生率增加35%左右;而每降低1%,冠心病发生率减少2%～3%[3]。及时预防和治疗高脂血症可有效降低其并发症的患病风险[4]。目前临床上常用他汀类和贝特类药物来调节血清胆固醇含量,该类药物虽能有效降低血清胆固醇含量,但其价格昂贵且会对人体健康产生一些副作用[5]。因此,开发研制安全无副作用、价格低廉的功能性特医食品至关重要。

近年研究发现,很多产胞外多糖的益生乳酸菌不仅可以促进肠道菌群平衡,亦能安全有效地降低血清胆固醇含量[6-8]。乳酸菌胞外多糖(Extracellular polysaccharides,EPS)在结构和单糖组成广泛多样,摄入机体时对人体健康有积极促进作用,如降低胆固醇[9]、抗氧化[10]、抗肿瘤[11]、免疫调节[12]和益生元[13]等作用,在保健品和药品等产业中展现出一定潜力。

本文利用搭载天宫2号和神舟11号飞船经太空诱变返回地面后筛选得到的高产胞外多糖且具有抗氧化活性的空间诱变植物乳杆菌SS18-116,通过大鼠高脂血症模型体内试验确定其降低血清胆固醇和甘油三酯功效,为开发研制降血脂功能性食品及微生态制剂提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

空间诱变植物乳杆菌SS18-116 保藏于富乐顿生物工程科技(北京)有限公司空间微生物菌种库,由地面菌株GS18(原菌株代号为LCT-LP1,EPS产量为1.30 g/L)经空间环境诱变的植物乳杆菌SS18中筛选确定为高产EPS并具有体外抗氧化活性的菌株(EPS产量为1.97 g/L);MRS培养基 配方与制法见参考文献[14];48只8周龄无特定病原体动物(specific pathogen free,SPF)级雄性Wistar大鼠(动物实验场所:北京隆安实验动物养殖中心,许可证号:SYXK(京)2014-0040) 北京维通利华实验动物技术有限公司,体重250～300 g,无菌分笼饲养,自由饮食进水,环境温度(24±2) ℃,相对湿度55%±5%,饲养房间控制12 h光照,12 h黑暗;SPF级基础饲料(20.8%粗蛋白、4.5%粗脂肪、6.83%粗灰分、10%水分、4.4%粗纤维、1.23%钙、0.96%磷,均为质量分数)、SPF级高脂饲料(78.8%基础饲料、1%胆固醇、10%蛋黄粉、10%猪油、0.2%胆盐) 北京维通利华实验动物技术有限公司提供;血清总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)生化试剂盒 北京中生北控生物科技股份有限公司。

CR3i型冷冻离心机 美国Thermo公司;FreeZone®型真空冷冻干燥机 美国LABCONCO公司;Biofugestratos型大容量台式冷冻离心机 美国热电公司;MLS-3750型全自动高压蒸汽灭菌锅 日本SANYO公司;7080E全自动生化分析仪 日本日立公司。

1.2 实验方法

1.2.1 受试物的制备 将甘油保种的植物乳杆菌GS18和SS18-116按2%的接种量于MRS培养基中活化,于37 ℃培养16 h;经传代2次后扩大培养,于4 ℃条件下4000 r/min离心20 min;添加发酵液十分之一体积的15%脱脂奶粉冻干保护剂后冷冻真空干燥制备成菌粉[15]。将冻干菌粉以MRS琼脂培养基倾注平板培养法测定冻干菌粉活菌数,设三次重复,37 ℃培养36 h后计数,得到GS18和SS18-116冻干菌粉活菌数分别为4.5×1010和4.8×1010CFU/g。将受试物以37 ℃温热无菌生理盐水稀释到109CFU/mL后灌胃大鼠。

1.2.2 动物分组及受试物灌胃 将48只雄性大鼠适应性喂养基础饲料7 d,自由饮食,随机分为对照组、高脂模型组、GS18组和SS18-116组,对照组饲喂基础饲料,其余各组均饲喂高脂饲料,对照组和高脂模型组灌胃生理盐水,GS18组和SS18-116组灌胃相应活菌制剂(109CFU/mL),四组均按照3.0 mL/kg bw进行灌胃,每周记录体重并根据体重调整灌胃剂量,每天早晨8:00进行灌胃。

1.2.3 测定指标 受试物连续灌胃8 w,在灌胃试验第0、2、4、6和8 w分别尾静脉采血,采血前禁食12 h,在4 ℃条件下以3000 r/min离心10 min分离血清,按试剂盒要求测定血清TC、TG、LDL-C和HDL-C含量,并计算动脉粥样硬化指数(AI)和抗动脉粥样硬化指数(AAI)[16]。

1.3 数据处理

数据处理运用SPSS 19.0软件进行方差分析,数据结果用平均值±标准误差的形式表示,使用LSD进行多重比较,以P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 植物乳杆菌SS18-116对高脂血症大鼠血清TC的影响

血清总胆固醇是指以不同脂蛋白形式分布于血液中的胆固醇总和,血液中胆固醇含量过高,会堆积于动脉血管壁,引发动脉粥样硬化。由图1可知,第4 w时,高脂模型组血清TC显著(P<0.05)高于对照组,表明成功建立了高脂血症模型,且SS18-116组血清TC显著低于高脂模型组;第6 w时,SS18-116组血清TC含量显著(P<0.05)低于高脂模型组;第8 w时,SS18-116组血清TC显著(P<0.05)低于高脂模型组和GS18组,表明空间诱变植物乳杆菌SS18-116能有效降低高脂血症大鼠血清TC。

图1 植物乳杆菌SS18-116 对高脂血症大鼠血清TC的影响Fig.1 Effects of L. plantarum SS18-116 on the contents of serum TC in hyperlipidemia rats注:同一时间内,不同字母表示差异显著P<0.05; 字母相同表示差异不显著P>0.05;图2～图6同。

2.2 植物乳杆菌SS18-116对高脂血症大鼠血清TG的影响

血清甘油三酯大部分来源于食物中的脂肪,主要存在于前β-脂蛋白和乳糜颗粒中。由图2可知,第4 w时,高脂模型组血清TG显著高于(P<0.05)对照组,表明成功建立了高脂血症模型;第8 w时,GS18组和SS18-116组血清TG含量均显著低于高脂模型组(P<0.05)。表明空间诱变植物乳杆菌SS18-116能有效降低高脂血症大鼠血清TG。

图2 空间诱变植物乳杆菌SS18-116 对高脂血症大鼠血清TG的影响Fig.2 Effects of L. plantarum SS18-116 on the contents of serum TG in hyperlipidemia rats

2.3 植物乳杆菌SS18-116对高脂血症大鼠血清HDL-C的影响

血清高密度脂蛋白胆固醇具有运转血清胆固醇到肝脏的功能,并且可以防止胆固醇在血管内壁细胞中沉积,通常HDL-C浓度升高有利于预防心血管疾病。由图3可知,第4 w时,高脂模型组血清HDL-C显著(P<0.05)低于对照组,表明成功建立了高脂血症模型;第6～8 w,GS18组血清HDL-C浓度相较于高脂模型组和SS18-116组有所升高,但无显著性差异。

图3 空间诱变植物乳杆菌SS18-116 对高脂血症大鼠血清HDL-C的影响Fig.3 Effects of L. plantarum SS18-116 on the content of serum HDL-C in hyperlipidemia rats

2.4 植物乳杆菌SS18-116对高脂血症大鼠血清LDL-C的影响

血清低密度脂蛋白胆固醇通常被认为是导致动脉粥样硬化疾病的脂蛋白。由图4可知,第4 w时,高脂模型组血清LDL-C显著(P<0.05)高于对照组,表明成功建立了高脂血症模型;第8 w时,与高脂模型组和GS18组相比,SS18-116组血清LDL-C显著(P<0.05)降低。表明空间诱变植物乳杆菌SS18-116能有效降低高脂血症大鼠血清LDL-C。

图4 植物乳杆菌SS18-116 对高脂血症大鼠血清LDL-C的影响Fig.4 Effects of L. plantarum SS18-116 on the content of serum LDL-C in hyperlipidemia rats

2.5 空间诱变植物乳杆菌SS18-116对高脂血症大鼠AI值的影响

1983年,Higuchi等[17]首次提出AI概念,并将其作为衡量心血管疾病风险评估指标。由图5可知,第4 w时,高脂模型组AI值显著(P<0.05)高于对照组,表明成功建立了高脂血症模型;第6 w时,SS18-116组AI值显著(P<0.05)低于高脂模型组;第8 w时,与高脂模型组相比,SS18-116组AI值显著(P<0.05)降低,而GS18组AI值无显著性变化。表明植物乳杆菌SS18-116能有效降低动脉粥样硬化患病风险。

图5 空间诱变植物乳杆菌SS18-116 对高脂血症大鼠AI值的影响Fig.5 Effects of L. plantarum SS18-116 on AI value of hyperlipidemia rats

2.6 空间诱变植物乳杆菌SS18-116对高脂血症大鼠AAI值的影响

AAI值反映了机体对动脉粥样硬化疾病的抵抗能力。由图6可知,第4 w时,高脂模型组AAI值显著(P<0.05)高于对照组,表明成功建立了高脂血症模型;在第8 w时与高脂模型组相比,SS18-116组AAI值显著升高(P<0.05),而GS18组无显著变化。这与2.5 SS18-116对高脂血症大鼠AI值的影响效果类似。表明植物乳杆菌SS18-116能有效抵抗动脉粥样硬化疾病患病风险。

图6 空间诱变植物乳杆菌SS18-116 对高脂血症大鼠AAI值的影响Fig.6 Effects of L. plantarum SS18-116 on AAI value of hyperlipidemia rats

3 讨论

本文研究了空间诱变植物乳杆菌SS18-116对大鼠高脂血症模型动物血清胆固醇和甘油三酯的降低作用。第8 w时,SS18-116组大鼠血清TC、TG、LDL-C和AI值均显著(P<0.05)低于高脂模型组和GS18组,血清HDL-C浓度相较于高脂模型组和GS18组有所升高,但没有显著性差异;SS18-116组血清AAI值显著(P<0.05)高于高脂模型组,表明空间诱变植物乳杆菌SS18-116相较于GS18菌株降低大鼠血清胆固醇和甘油三酯作用效果更好。

这与已报道的文献结果相似,Maeda等[18-19]研究发现灌胃产EPS的开菲尔乳杆菌能够显著降低大鼠血清胆固醇水平;Uchida等[20]研究了产EPS的开菲尔乳杆菌对高胆固醇饮食家兔的抗动脉粥样硬化作用,结果表明该菌株显著降低肝脏胆固醇含量,减缓了家兔动脉粥样硬化病变程度;London等[21]研究了产EPS的乳酸菌对高脂血症小鼠的影响,结果显示小鼠血清TC和TG分别极显著和显著降低。聂彦芬等[22]研究发现产EPS的副干酪乳杆菌饲喂蛋鸡,能够显著降低肝脏中丙二醛含量,显著提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶水平,使机体免受自由基和脂质过氧化的损伤,达到保肝护肝的目的。

目前,有关于产EPS的菌株降血脂机理已有大量报道,Pereira等[23]发现高产EPS益生菌可以促进更多的游离胆酸排泄,进而减少血清胆固醇含量。除EPS对胆固醇代谢有影响外,乳酸菌本身也对胆固醇具有一定吸收作用。Dambekodi等[24]研究发现,长双歧杆菌可将肠道中大部分胆固醇吸收到细胞内。此外EPS具有一定的黏附作用,能够非特异性的黏附在肠道表面,使菌体更容易定植于肠道中,有利于促进胆固醇的吸收[25]。空间诱变植物乳杆菌SS18-116降血脂机理一方面可能缘于空间诱变植物乳杆菌SS18-116菌体本身的吸收作用和促进胆固醇代谢作用;另一方面可能缘于该菌株所产EPS对胆固醇的代谢作用和其黏附性促进菌体的定植。具体降血脂方式有待于进一步研究。