空間誘變植物乳桿菌SS18-116對高脂血癥大鼠血脂的影響

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(1.北京農(nóng)學院食品科學與工程學院,微生態(tài)制劑關鍵技術開發(fā)北京市工程實驗室,北京食品質(zhì)量 與安全實驗室,北京市農(nóng)產(chǎn)品有害微生物及農(nóng)殘安全檢測與控制重點實驗室,北京 102206; 2.富樂頓生物工程科技(北京)有限公司,北京 100022)

血清膽固醇濃度升高是誘發(fā)冠心病和動脈粥樣硬化等心血管疾病的主要風險因素之一[1-2]。人體血清總膽固醇含量每高于正常水平1 mmol/L,冠心病等心血管疾病發(fā)生率增加35%左右;而每降低1%,冠心病發(fā)生率減少2%～3%[3]。及時預防和治療高脂血癥可有效降低其并發(fā)癥的患病風險[4]。目前臨床上常用他汀類和貝特類藥物來調(diào)節(jié)血清膽固醇含量,該類藥物雖能有效降低血清膽固醇含量,但其價格昂貴且會對人體健康產(chǎn)生一些副作用[5]。因此,開發(fā)研制安全無副作用、價格低廉的功能性特醫(yī)食品至關重要。

近年研究發(fā)現(xiàn),很多產(chǎn)胞外多糖的益生乳酸菌不僅可以促進腸道菌群平衡,亦能安全有效地降低血清膽固醇含量[6-8]。乳酸菌胞外多糖(Extracellular polysaccharides,EPS)在結構和單糖組成廣泛多樣,攝入機體時對人體健康有積極促進作用,如降低膽固醇[9]、抗氧化[10]、抗腫瘤[11]、免疫調(diào)節(jié)[12]和益生元[13]等作用,在保健品和藥品等產(chǎn)業(yè)中展現(xiàn)出一定潛力。

本文利用搭載天宮2號和神舟11號飛船經(jīng)太空誘變返回地面后篩選得到的高產(chǎn)胞外多糖且具有抗氧化活性的空間誘變植物乳桿菌SS18-116,通過大鼠高脂血癥模型體內(nèi)試驗確定其降低血清膽固醇和甘油三酯功效,為開發(fā)研制降血脂功能性食品及微生態(tài)制劑提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

空間誘變植物乳桿菌SS18-116 保藏于富樂頓生物工程科技(北京)有限公司空間微生物菌種庫,由地面菌株GS18(原菌株代號為LCT-LP1,EPS產(chǎn)量為1.30 g/L)經(jīng)空間環(huán)境誘變的植物乳桿菌SS18中篩選確定為高產(chǎn)EPS并具有體外抗氧化活性的菌株(EPS產(chǎn)量為1.97 g/L);MRS培養(yǎng)基 配方與制法見參考文獻[14];48只8周齡無特定病原體動物(specific pathogen free,SPF)級雄性Wistar大鼠(動物實驗場所:北京隆安實驗動物養(yǎng)殖中心,許可證號:SYXK(京)2014-0040) 北京維通利華實驗動物技術有限公司,體重250～300 g,無菌分籠飼養(yǎng),自由飲食進水,環(huán)境溫度(24±2) ℃,相對濕度55%±5%,飼養(yǎng)房間控制12 h光照,12 h黑暗;SPF級基礎飼料(20.8%粗蛋白、4.5%粗脂肪、6.83%粗灰分、10%水分、4.4%粗纖維、1.23%鈣、0.96%磷,均為質(zhì)量分數(shù))、SPF級高脂飼料(78.8%基礎飼料、1%膽固醇、10%蛋黃粉、10%豬油、0.2%膽鹽) 北京維通利華實驗動物技術有限公司提供;血清總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)生化試劑盒 北京中生北控生物科技股份有限公司。

CR3i型冷凍離心機 美國Thermo公司;FreeZone®型真空冷凍干燥機 美國LABCONCO公司;Biofugestratos型大容量臺式冷凍離心機 美國熱電公司;MLS-3750型全自動高壓蒸汽滅菌鍋 日本SANYO公司;7080E全自動生化分析儀 日本日立公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 受試物的制備 將甘油保種的植物乳桿菌GS18和SS18-116按2%的接種量于MRS培養(yǎng)基中活化,于37 ℃培養(yǎng)16 h;經(jīng)傳代2次后擴大培養(yǎng),于4 ℃條件下4000 r/min離心20 min;添加發(fā)酵液十分之一體積的15%脫脂奶粉凍干保護劑后冷凍真空干燥制備成菌粉[15]。將凍干菌粉以MRS瓊脂培養(yǎng)基傾注平板培養(yǎng)法測定凍干菌粉活菌數(shù),設三次重復,37 ℃培養(yǎng)36 h后計數(shù),得到GS18和SS18-116凍干菌粉活菌數(shù)分別為4.5×1010和4.8×1010CFU/g。將受試物以37 ℃溫熱無菌生理鹽水稀釋到109CFU/mL后灌胃大鼠。

1.2.2 動物分組及受試物灌胃 將48只雄性大鼠適應性喂養(yǎng)基礎飼料7 d,自由飲食,隨機分為對照組、高脂模型組、GS18組和SS18-116組,對照組飼喂基礎飼料,其余各組均飼喂高脂飼料,對照組和高脂模型組灌胃生理鹽水,GS18組和SS18-116組灌胃相應活菌制劑(109CFU/mL),四組均按照3.0 mL/kg bw進行灌胃,每周記錄體重并根據(jù)體重調(diào)整灌胃劑量,每天早晨8:00進行灌胃。

1.2.3 測定指標 受試物連續(xù)灌胃8 w,在灌胃試驗第0、2、4、6和8 w分別尾靜脈采血,采血前禁食12 h,在4 ℃條件下以3000 r/min離心10 min分離血清,按試劑盒要求測定血清TC、TG、LDL-C和HDL-C含量,并計算動脈粥樣硬化指數(shù)(AI)和抗動脈粥樣硬化指數(shù)(AAI)[16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理運用SPSS 19.0軟件進行方差分析,數(shù)據(jù)結果用平均值±標準誤差的形式表示,使用LSD進行多重比較,以P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 植物乳桿菌SS18-116對高脂血癥大鼠血清TC的影響

血清總膽固醇是指以不同脂蛋白形式分布于血液中的膽固醇總和,血液中膽固醇含量過高,會堆積于動脈血管壁,引發(fā)動脈粥樣硬化。由圖1可知,第4 w時,高脂模型組血清TC顯著(P<0.05)高于對照組,表明成功建立了高脂血癥模型,且SS18-116組血清TC顯著低于高脂模型組;第6 w時,SS18-116組血清TC含量顯著(P<0.05)低于高脂模型組;第8 w時,SS18-116組血清TC顯著(P<0.05)低于高脂模型組和GS18組,表明空間誘變植物乳桿菌SS18-116能有效降低高脂血癥大鼠血清TC。

圖1 植物乳桿菌SS18-116 對高脂血癥大鼠血清TC的影響Fig.1 Effects of L. plantarum SS18-116 on the contents of serum TC in hyperlipidemia rats注:同一時間內(nèi),不同字母表示差異顯著P<0.05; 字母相同表示差異不顯著P>0.05;圖2～圖6同。

2.2 植物乳桿菌SS18-116對高脂血癥大鼠血清TG的影響

血清甘油三酯大部分來源于食物中的脂肪,主要存在于前β-脂蛋白和乳糜顆粒中。由圖2可知,第4 w時,高脂模型組血清TG顯著高于(P<0.05)對照組,表明成功建立了高脂血癥模型;第8 w時,GS18組和SS18-116組血清TG含量均顯著低于高脂模型組(P<0.05)。表明空間誘變植物乳桿菌SS18-116能有效降低高脂血癥大鼠血清TG。

圖2 空間誘變植物乳桿菌SS18-116 對高脂血癥大鼠血清TG的影響Fig.2 Effects of L. plantarum SS18-116 on the contents of serum TG in hyperlipidemia rats

2.3 植物乳桿菌SS18-116對高脂血癥大鼠血清HDL-C的影響

血清高密度脂蛋白膽固醇具有運轉血清膽固醇到肝臟的功能,并且可以防止膽固醇在血管內(nèi)壁細胞中沉積,通常HDL-C濃度升高有利于預防心血管疾病。由圖3可知,第4 w時,高脂模型組血清HDL-C顯著(P<0.05)低于對照組,表明成功建立了高脂血癥模型;第6～8 w,GS18組血清HDL-C濃度相較于高脂模型組和SS18-116組有所升高,但無顯著性差異。

圖3 空間誘變植物乳桿菌SS18-116 對高脂血癥大鼠血清HDL-C的影響Fig.3 Effects of L. plantarum SS18-116 on the content of serum HDL-C in hyperlipidemia rats

2.4 植物乳桿菌SS18-116對高脂血癥大鼠血清LDL-C的影響

血清低密度脂蛋白膽固醇通常被認為是導致動脈粥樣硬化疾病的脂蛋白。由圖4可知,第4 w時,高脂模型組血清LDL-C顯著(P<0.05)高于對照組,表明成功建立了高脂血癥模型;第8 w時,與高脂模型組和GS18組相比,SS18-116組血清LDL-C顯著(P<0.05)降低。表明空間誘變植物乳桿菌SS18-116能有效降低高脂血癥大鼠血清LDL-C。

圖4 植物乳桿菌SS18-116 對高脂血癥大鼠血清LDL-C的影響Fig.4 Effects of L. plantarum SS18-116 on the content of serum LDL-C in hyperlipidemia rats

2.5 空間誘變植物乳桿菌SS18-116對高脂血癥大鼠AI值的影響

1983年,Higuchi等[17]首次提出AI概念,并將其作為衡量心血管疾病風險評估指標。由圖5可知,第4 w時,高脂模型組AI值顯著(P<0.05)高于對照組,表明成功建立了高脂血癥模型;第6 w時,SS18-116組AI值顯著(P<0.05)低于高脂模型組;第8 w時,與高脂模型組相比,SS18-116組AI值顯著(P<0.05)降低,而GS18組AI值無顯著性變化。表明植物乳桿菌SS18-116能有效降低動脈粥樣硬化患病風險。

圖5 空間誘變植物乳桿菌SS18-116 對高脂血癥大鼠AI值的影響Fig.5 Effects of L. plantarum SS18-116 on AI value of hyperlipidemia rats

2.6 空間誘變植物乳桿菌SS18-116對高脂血癥大鼠AAI值的影響

AAI值反映了機體對動脈粥樣硬化疾病的抵抗能力。由圖6可知,第4 w時,高脂模型組AAI值顯著(P<0.05)高于對照組,表明成功建立了高脂血癥模型;在第8 w時與高脂模型組相比,SS18-116組AAI值顯著升高(P<0.05),而GS18組無顯著變化。這與2.5 SS18-116對高脂血癥大鼠AI值的影響效果類似。表明植物乳桿菌SS18-116能有效抵抗動脈粥樣硬化疾病患病風險。

圖6 空間誘變植物乳桿菌SS18-116 對高脂血癥大鼠AAI值的影響Fig.6 Effects of L. plantarum SS18-116 on AAI value of hyperlipidemia rats

3 討論

本文研究了空間誘變植物乳桿菌SS18-116對大鼠高脂血癥模型動物血清膽固醇和甘油三酯的降低作用。第8 w時,SS18-116組大鼠血清TC、TG、LDL-C和AI值均顯著(P<0.05)低于高脂模型組和GS18組,血清HDL-C濃度相較于高脂模型組和GS18組有所升高,但沒有顯著性差異;SS18-116組血清AAI值顯著(P<0.05)高于高脂模型組,表明空間誘變植物乳桿菌SS18-116相較于GS18菌株降低大鼠血清膽固醇和甘油三酯作用效果更好。

這與已報道的文獻結果相似,Maeda等[18-19]研究發(fā)現(xiàn)灌胃產(chǎn)EPS的開菲爾乳桿菌能夠顯著降低大鼠血清膽固醇水平;Uchida等[20]研究了產(chǎn)EPS的開菲爾乳桿菌對高膽固醇飲食家兔的抗動脈粥樣硬化作用,結果表明該菌株顯著降低肝臟膽固醇含量,減緩了家兔動脈粥樣硬化病變程度;London等[21]研究了產(chǎn)EPS的乳酸菌對高脂血癥小鼠的影響,結果顯示小鼠血清TC和TG分別極顯著和顯著降低。聶彥芬等[22]研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)EPS的副干酪乳桿菌飼喂蛋雞,能夠顯著降低肝臟中丙二醛含量,顯著提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶水平,使機體免受自由基和脂質(zhì)過氧化的損傷,達到保肝護肝的目的。

目前,有關于產(chǎn)EPS的菌株降血脂機理已有大量報道,Pereira等[23]發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)EPS益生菌可以促進更多的游離膽酸排泄,進而減少血清膽固醇含量。除EPS對膽固醇代謝有影響外,乳酸菌本身也對膽固醇具有一定吸收作用。Dambekodi等[24]研究發(fā)現(xiàn),長雙歧桿菌可將腸道中大部分膽固醇吸收到細胞內(nèi)。此外EPS具有一定的黏附作用,能夠非特異性的黏附在腸道表面,使菌體更容易定植于腸道中,有利于促進膽固醇的吸收[25]?？臻g誘變植物乳桿菌SS18-116降血脂機理一方面可能緣于空間誘變植物乳桿菌SS18-116菌體本身的吸收作用和促進膽固醇代謝作用;另一方面可能緣于該菌株所產(chǎn)EPS對膽固醇的代謝作用和其黏附性促進菌體的定植。具體降血脂方式有待于進一步研究。