秀麗隱桿線蟲模型在食品營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

楊 番，夏程程，鐘曉凌，李 琴，李 茜，張智源，史文博，徐 寧，吳 茜，胡 勇，柳志杰，汪 超，周夢(mèng)舟,*

（1.湖北工業(yè)大學(xué) 工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北省食品發(fā)酵工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430068；2.武漢市環(huán)境檢測(cè)中心，湖北 武漢 430015；3.湖北省阿克瑞德檢驗(yàn)檢測(cè)有限公司，湖北 武漢 430077）

食品營(yíng)養(yǎng)逐步引起國(guó)民的重視，市場(chǎng)上各種功能性食品、營(yíng)養(yǎng)素應(yīng)運(yùn)而生。長(zhǎng)期以來，科研人員利用小鼠、狗、猩猩等動(dòng)物模型進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)研究。動(dòng)物模型在很大程度上提高了人體食用新型功能性食品和藥品的安全性，能夠?qū)δ苄允称返臓I(yíng)養(yǎng)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)為證明營(yíng)養(yǎng)素是否對(duì)慢性疾病具有一定功效提供理論支撐。然而對(duì)動(dòng)物模型的使用一直存在爭(zhēng)議，動(dòng)物保護(hù)主義者認(rèn)為，利用活的生物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)動(dòng)物而言是一種非人道主義的折磨。同時(shí)，哺乳動(dòng)物模型還存在一些問題，如實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)、成本較高。秀麗隱桿線蟲這種無脊椎真核生物為營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)提供了另一種選擇。在低等生物和高等生物中，基因的結(jié)構(gòu)和功能是相似的。用較易研究的生物作為模型，研究其基因的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能，由此獲得的信息不僅可以類比于其他較難研究的生物，還可用于預(yù)測(cè)相似的人體基因的功能[1]。

秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）作為模式生物具有易于在實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)、世代短、子代多的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其腸細(xì)胞與人類相似，因此是一種較為理想的模式生物。本文以秀麗隱桿線蟲為模型，對(duì)食品中活性因子的營(yíng)養(yǎng)功能進(jìn)行分類，并對(duì)秀麗隱桿線蟲在食品營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)研究中的進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，為食品營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)以及功能性食品的研發(fā)提供依據(jù)。

1 利用秀麗隱桿線蟲作為模式生物的優(yōu)勢(shì)

秀麗隱桿線蟲以細(xì)菌為食物，體長(zhǎng)通常為1 mm，通身透明、易于觀察，對(duì)人類以及環(huán)境沒有危害。1963年，英國(guó)的Brenner首次發(fā)現(xiàn)了秀麗隱桿線蟲成蟲是研究發(fā)育生物學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)的理想模式動(dòng)物[1]。經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)，秀麗隱桿線蟲已成為研究細(xì)胞凋亡、神經(jīng)發(fā)育和學(xué)習(xí)記憶等多種復(fù)雜生命現(xiàn)象調(diào)控機(jī)制及環(huán)境化學(xué)品毒性評(píng)價(jià)的重要模式生物之一[2]。

1.1 易于培養(yǎng)

在實(shí)驗(yàn)室中通常選用NGM（nematode growth media）培養(yǎng)基，用大腸桿菌（OP50）進(jìn)行平板涂布喂食，使秀麗隱桿線蟲生長(zhǎng)繁殖。秀麗隱桿線蟲在生化培養(yǎng)箱20 ℃下平均壽命約為2～3 周，產(chǎn)卵后長(zhǎng)成成蟲只需要3～4 d。同時(shí)每只雌雄同體的成蟲在3～4 d內(nèi)大約可以產(chǎn)卵400 個(gè)，進(jìn)行線蟲同期化處理后即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[3]。相對(duì)于其他模式生物而言，秀麗隱桿線蟲培養(yǎng)成本較低、占地面積相對(duì)較少、生長(zhǎng)繁殖快且易于實(shí)驗(yàn)室操作。

1.2 易于觀察研究

對(duì)秀麗隱桿線蟲腸道的研究得益于其機(jī)體的透明性[4]，從而可以看到蟲體的內(nèi)部組織。秀麗隱桿線蟲對(duì)遺傳操作的適應(yīng)性使得研究人員可以使用熒光標(biāo)記，如綠色熒光蛋白構(gòu)建轉(zhuǎn)錄和翻譯[5]。因此，微生物在秀麗隱桿線蟲體內(nèi)可以實(shí)時(shí)顯現(xiàn)。

2 在食品營(yíng)養(yǎng)方面秀麗隱桿線蟲與人類信號(hào)通路的同源性

1998年人們已完成對(duì)秀麗隱桿線蟲的基因組測(cè)序，其基因與人類基因的同源性達(dá)40%[6]。研究表明，秀麗隱桿線蟲是一種多細(xì)胞真核生物，保守估計(jì)約有65%的基因與人類疾病相關(guān)[7]，同時(shí)，其已被證明有12 條信號(hào)通路與人體的信號(hào)通路相同[8]，其中大部分信號(hào)通路都與營(yíng)養(yǎng)代謝密切相關(guān)（表1）。

表1 在食品營(yíng)養(yǎng)方面秀麗隱桿線蟲與人類的同源信號(hào)通路Table 1 Homologous signaling pathways of Caenorhabditis elegans and humans

2.1 胰島素信號(hào)通路

生物學(xué)界關(guān)于衰老遺傳學(xué)的知識(shí)和信息大部分來源于對(duì)秀麗隱桿線蟲的研究[16]。由于人與許多哺乳動(dòng)物以及秀麗隱桿線蟲均具有daf-16基因，同時(shí)胰島素信號(hào)通路高度保守[17]，因此對(duì)秀麗隱桿線蟲胰島素信號(hào)通路的研究有助于更好地了解人類衰老以及食品營(yíng)養(yǎng)對(duì)壽命的影響。

daf-16在體內(nèi)大多數(shù)細(xì)胞中十分活躍，與人體內(nèi)FOXO家族調(diào)節(jié)基因具有同源性[18]。研究發(fā)現(xiàn)，daf-16的活性與秀麗隱桿線蟲的壽命具有關(guān)聯(lián)性，daf-16的活性越高其壽命越長(zhǎng)[19]。daf-2信號(hào)通路是線蟲中最具有代表性同時(shí)也是研究的最透徹的兩條信號(hào)通路之一[20]。daf-2是胰島素生長(zhǎng)因子信號(hào)通路中的單一受體，主要通過隔離細(xì)胞質(zhì)中的叉頭轉(zhuǎn)錄因子daf-16縮短秀麗隱桿線蟲的壽命[21]。daf-2與胰島素受體有36%的同源性，與胰島素樣生長(zhǎng)因子有35%的同源性[22]。daf-2的羧基末端有一個(gè)與哺乳動(dòng)物胰島素受體底物相似的功能區(qū)域[23]，有同源的自動(dòng)磷酸化區(qū)域，在人胰島素受體中，自動(dòng)磷酸化對(duì)蛋白酪氨酸激酶的活性發(fā)揮正調(diào)控作用[24]。

2.2 MAPK信號(hào)通路

p38 MAPK、ERK MAPK、JNK MAPK是3 條重要的MAPK信號(hào)傳導(dǎo)途徑[25]。分別對(duì)應(yīng)于秀麗隱桿線蟲中的pmk-1、mpk-1和kgb-1信號(hào)途徑，其中pmk-1在抗病原菌的免疫應(yīng)激中發(fā)揮重要作用[26]。MAPKKK、MAPKK、MAPK 3 種激酶依次激活，共同調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、炎癥反應(yīng)等多種重要的細(xì)胞生理過程[27]。

2.3 TGF-β信號(hào)通路

研究表明，dbl-1基因是TGF-β在秀麗隱桿線蟲中的同源基因[28]，與形體大小以及生殖系統(tǒng)相關(guān)，同時(shí)具有免疫調(diào)節(jié)抵抗病原菌的作用[29]。經(jīng)典的TGF-β信號(hào)通路廣泛地參與了秀麗隱桿線蟲的各項(xiàng)生理活動(dòng)，包括休眠態(tài)幼蟲的形成、脂肪代謝、進(jìn)食速率、壽命調(diào)節(jié)等[30]。TGF-β信號(hào)通路在秀麗隱桿線蟲抗銅綠假單胞菌的逃避行為中發(fā)揮正調(diào)控作用。因此，可以通過對(duì)TGF-β通路的免疫調(diào)節(jié)抵抗致病菌來了解、鑒別動(dòng)物體中的致病菌，以及其抵抗致病菌的作用機(jī)制[31]。

3 秀麗隱桿線蟲在營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)研究中的應(yīng)用

3.1 抗衰老研究

衰老屬于自然退化的過程，主要表現(xiàn)為機(jī)體的功能退化和免疫力降低，最終導(dǎo)致機(jī)體死亡[32]。在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)了第1個(gè)衰老相關(guān)基因age-1和衰老相關(guān)通路IIS（胰島素/胰島素生長(zhǎng)因子-1信號(hào)通路）[33]。IIS通路是已知的調(diào)控生物體發(fā)育和衰老的最重要的信號(hào)通路[34]，具有高度的保守性，同時(shí)已被證明與人類具有相似的衰老進(jìn)程。大量研究表明多酚類化合物均具有抗衰老的作用。Kim等[35]發(fā)現(xiàn)原兒茶酸可以延長(zhǎng)秀麗隱桿線蟲的壽命，添加200 μmol/L原兒茶酸的秀麗隱桿線蟲平均壽命比對(duì)照組延長(zhǎng)5 d。Wood等[36]發(fā)現(xiàn)，用白藜蘆醇喂食秀麗隱桿線蟲可以延長(zhǎng)其壽命，其是通過激活sir-2.1基因完成的。Chen Wei等[37]發(fā)現(xiàn)松果菊苷可以顯著延長(zhǎng)秀麗隱桿線蟲的壽命，喂食200 μmol/L松果菊苷的秀麗隱桿線蟲平均壽命延長(zhǎng)了13.64%。Fei Tianyi等[38]發(fā)現(xiàn)茶水提取物可以延長(zhǎng)秀麗隱桿線蟲的壽命，用靈芝水提取物作為陽(yáng)性對(duì)照，正常培養(yǎng)基作為陰性對(duì)照，3 種濃度的紅茶、普洱茶和綠茶提取物均能顯著延長(zhǎng)秀麗隱桿線蟲的壽命。Taira等[39]發(fā)現(xiàn)沖繩蜂膠可以顯著延長(zhǎng)秀麗隱桿線蟲的壽命，hsp-16.2基因在秀麗隱桿線蟲中被pak-1阻斷失活，是壽命和抗壓力、熱沖擊性能的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之一，可作為預(yù)測(cè)壽命的壓力敏感指標(biāo)。添加0.5～1.0 μg/mL沖繩蜂膠可以使hsp-16.2基因表達(dá)上調(diào)（31.0±0.7）%；添加1 μg/mL沖繩蜂膠喂食秀麗隱桿線蟲，其壽命與對(duì)照組相比延長(zhǎng)了約33%，且沖繩蜂膠的效果明顯強(qiáng)于陽(yáng)性對(duì)照白藜蘆醇。

大量研究表明，秀麗隱桿線蟲壽命的延長(zhǎng)可能取決于daf-16基因。Zheng Shanqing等[40]發(fā)現(xiàn)綠原酸可能通過胰島素/類胰島素生長(zhǎng)因子信號(hào)通路調(diào)控下游daf-16基因以延長(zhǎng)秀麗隱桿線蟲壽命，與空白對(duì)照組相比，用50 μmol/L綠原酸處理的秀麗隱桿線蟲平均壽命延長(zhǎng)了23.3%，最大壽命從20 d延長(zhǎng)到25 d；受daf-16基因調(diào)控的下游基因sod-3、dod-3、hsp-12.6、hsp-16.1和hsp-16.2在野生型秀麗隱桿線蟲中表達(dá)均上調(diào)，綠原酸處理的秀麗隱桿線蟲壽命延長(zhǎng)取決于daf-16。劉冰冰[41]研究了鐵皮石斛多糖對(duì)秀麗隱桿線蟲壽命的影響。與對(duì)照組相比，鐵皮石斛多糖能夠顯著延長(zhǎng)秀麗隱桿線蟲的壽命，使其daf-16、hsp-16.2基因表達(dá)上調(diào)，其作用機(jī)制可能是通過胰島素信號(hào)通路調(diào)控下游daf-16基因完成對(duì)秀麗隱桿線蟲耐受能力的提高。Meng Fanhui等[42]發(fā)現(xiàn)添加3.94 mg/mL更年春可以顯著延長(zhǎng)秀麗隱桿線蟲的壽命，這取決于age-1和daf-16基因。Liao等[43]發(fā)現(xiàn)喂食秀麗隱桿線蟲不同濃度的姜黃素可以有效延長(zhǎng)其壽命，其通過延長(zhǎng)daf-16突變體壽命以達(dá)到抗衰老能力。

也有研究表明，秀麗隱桿線蟲壽命的延長(zhǎng)取決于skn-1。Havermann等[44]發(fā)現(xiàn)黃芩素對(duì)秀麗隱桿線蟲壽命的延長(zhǎng)與激活skn-1而不是daf-16有關(guān)。用100 μmol/L黃芩素喂食秀麗隱桿線蟲，其平均壽命和最大壽命分別延長(zhǎng)57%和24%，而對(duì)于敲除skn-1的秀麗隱桿線蟲黃芩素延長(zhǎng)壽命的效應(yīng)完全消失。Dehghan等[45]發(fā)現(xiàn)肼苯噠嗪通過skn-1延長(zhǎng)秀麗隱桿線蟲壽命，在含有10～100 μmol/L肼苯噠嗪的培養(yǎng)基上培養(yǎng)同步的野生型秀麗隱桿線蟲，100 μmol/L肼苯噠嗪對(duì)秀麗隱桿線蟲壽命影響最大。肼苯噠嗪處理顯著增加了帶有綠色熒光蛋白標(biāo)記的skn-1基因在腸細(xì)胞核中的定位，同時(shí)其延長(zhǎng)壽命效應(yīng)在敲除skn-1的秀麗隱桿線蟲和skn-1（zu135）突變體中完全喪失。由于衰老的終點(diǎn)是死亡，秀麗隱桿線蟲的生命周期相對(duì)較短，關(guān)于秀麗隱桿線蟲抗衰老的研究大部分是對(duì)其壽命的研究。

圖1 秀麗隱桿線蟲抗衰老相關(guān)代謝通路Fig. 1 Metabolic pathways related to anti-aging effect of nutritional factors in Caenorhabditis elegans

從以上的研究結(jié)果可以看出，具有抗衰老能力的食品活性成分一般是通過胰島素信號(hào)通路調(diào)節(jié)daf-16和激活skn-1實(shí)現(xiàn)的。如圖1所示，胰島素與daf-2/胰島素受體相互作用以激活age-1/PI3K并調(diào)節(jié)多個(gè)下游基因的活性[46]，包括daf-16/FOXO和skn-1轉(zhuǎn)錄因子，提升秀麗隱桿線蟲抗衰老的能力。

3.2 抗氧化性研究

氧化應(yīng)激源于人類對(duì)衰老的認(rèn)識(shí)，指機(jī)體遭受有害的刺激時(shí)產(chǎn)生過多的高分子活性成分自由基，所產(chǎn)生的活性氧（reactive oxygen species，ROS）自由基超出了自身的清除能力，氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡，從而導(dǎo)致機(jī)體組織損傷[47]。秀麗隱桿線蟲的氧化應(yīng)激應(yīng)答模型包括百草枯、胡桃醌、亞砷酸鹽、H2O2等。秀麗隱桿線蟲體內(nèi)有兩類主要的抗氧化酶：超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和過氧化氫酶（catalase，CAT）[48]。這兩類抗氧化酶具有清除超氧化物自由基和H2O2的功能。當(dāng)秀麗隱桿線蟲體內(nèi)的抗氧化酶難以抵擋自由基的進(jìn)攻從而引起機(jī)體組織功能損傷時(shí)[49]，就需要補(bǔ)充外源的抗氧化劑清除體內(nèi)的自由基[50]。

外源刺激秀麗隱桿線蟲達(dá)到亞致死或全致死狀態(tài)時(shí)，攝入具有抗氧化能力的活性因子可以減少體內(nèi)的氧化損傷。Wang Erjia等[51]將秀麗隱桿線蟲轉(zhuǎn)移到含有200 μmol/L胡桃醌的平板上，用不同濃度的葉綠素進(jìn)行處理，每1～2 h計(jì)錄死亡線蟲的個(gè)數(shù)。對(duì)照組的秀麗隱桿線蟲在氧化應(yīng)激9 h后死亡，低濃度的葉綠素可以顯著減小胡桃醌誘導(dǎo)的急性氧化應(yīng)激造成的損傷，延長(zhǎng)秀麗隱桿線蟲氧化應(yīng)激后的存活時(shí)間，同時(shí)使sod-3表達(dá)水平提升；但是敲除daf-16的秀麗隱桿線蟲壽命未延長(zhǎng)，結(jié)果表明葉綠素的抗氧化活性可能取決于daf-16。Amigoni等[52]研究了綠色咖啡提取物（green coffe extract，GCE）對(duì)秀麗隱桿線蟲的影響，將不同濃度的GCE處理的秀麗隱桿線蟲暴露于10 mmol/L百草枯，與對(duì)照組相比，添加各濃度的GCE均延長(zhǎng)了秀麗隱桿線蟲的存活時(shí)間。添加1 000 mg/L GCE的秀麗隱桿線蟲平均壽命顯著延長(zhǎng)了46.1%，具有一定的抗氧化應(yīng)激保護(hù)作用。Augusti等[53]用微囊藻毒素-LR（microcystin-LR，MIC-LR）對(duì)秀麗隱桿線蟲進(jìn)行應(yīng)激反應(yīng)，評(píng)估不同濃度的MIC-LR對(duì)秀麗隱桿線蟲存活率的影響。他們從萬壽菊花中提取類胡蘿卜素、葉黃素，測(cè)試其對(duì)MIC-LR毒性的保護(hù)作用。結(jié)果表明，類胡蘿卜素、葉黃素阻止了秀麗隱桿線蟲體內(nèi)ROS的產(chǎn)生和MIC-LR誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激。Kim等[54]使用H2O2作為氧化應(yīng)激誘導(dǎo)劑，在秀麗隱桿線蟲體內(nèi)檢測(cè)雷公藤內(nèi)脂醇的抗氧化活性。在氧化應(yīng)激的條件下，與對(duì)照組相比，添加50 mg/L雷公藤內(nèi)酯醇的秀麗隱桿線蟲的存活率提升34.4%；測(cè)定雷公藤內(nèi)酯醇處理組和對(duì)照組的熒光強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)雷公藤內(nèi)脂醇治療時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)細(xì)胞內(nèi)ROS水平影響越明顯。雷公藤內(nèi)酯在體內(nèi)具有抗氧化應(yīng)激的活性。王紅等[55]用500 μmol/L胡桃醌作為氧化應(yīng)激誘導(dǎo)劑，添加不同濃度紫薯提取物，發(fā)現(xiàn)秀麗隱桿線蟲的平均壽命與最高壽命均高于對(duì)照組，同時(shí)其體內(nèi)SOD和CAT活性均有所提高，脂褐素相對(duì)含量下降，表明紫薯提取物對(duì)胡桃醌氧化損傷線蟲具有一定的保護(hù)作用。Won等[56]發(fā)現(xiàn)向秀麗隱桿線蟲的食物中添加黃粉蟲提取物，顯著提高了秀麗隱桿線蟲的氧化應(yīng)激能力，同時(shí)提升了SOD的表達(dá)水平。Lee等[57]研究了巴西木素對(duì)秀麗隱桿線蟲抗氧化應(yīng)激的影響，在900 μmol/L胡桃醌誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激條件下，經(jīng)巴西木素處理的秀麗隱桿線蟲比對(duì)照組壽命更長(zhǎng)，對(duì)照組的最長(zhǎng)存活時(shí)間為12 h，添加50、100 μmol/L巴西木素的秀麗隱桿線蟲最大存活時(shí)間分別延長(zhǎng)至18、24 h。分光光度法測(cè)定發(fā)現(xiàn)巴西木素顯著提升了SOD活力，同時(shí)使秀麗隱桿線蟲體內(nèi)的ROS水平降低10.4%。Seo等[58]研究了梓醇對(duì)秀麗隱桿線蟲壽命的影響，結(jié)果表明添加25 μmol/L梓醇的秀麗隱桿線蟲平均壽命與對(duì)照組相比提升了約28.5%，其體內(nèi)的SOD和CAT活力分別增加了50.1%和46.4%。同時(shí)，秀麗隱桿線蟲細(xì)胞內(nèi)ROS水平降低了44.57%。Kim等[59]研究了三亞烏草對(duì)秀麗隱桿線蟲體內(nèi)SOD和CAT活力的影響，添加250 μg/mL三亞烏草提取物使SOD和CAT活力分別增加了約61.5%和211.8%。Ma Xiaoli等[60]給秀麗隱桿線蟲喂食芝麻蛋白肽，與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組秀麗隱桿線蟲運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，體內(nèi)的ROS水平降低，其可能是通過調(diào)節(jié)skn-1提升了秀麗隱桿線蟲的抗氧化應(yīng)激的能力。Srivastava等[61]發(fā)現(xiàn)水飛薊素作用于秀麗隱桿線蟲具有正向調(diào)節(jié)壽命、減少氧化應(yīng)激的功效，喂食水飛薊素的秀麗隱桿線蟲ROS水平降低50.33%，sod-3表達(dá)水平顯著提升，daf-16和skn-1表達(dá)上調(diào)。skn-1基因的表達(dá)會(huì)提升秀麗隱桿線蟲抗氧化應(yīng)激的能力[62]。如圖2所示，秀麗隱桿線蟲經(jīng)過外源刺激后，可以通過daf-16激活sod-3降低細(xì)胞內(nèi)ROS的水平，并通過skn-1表達(dá)延長(zhǎng)應(yīng)激損傷后的機(jī)體壽命。

圖2 秀麗隱桿線蟲氧化應(yīng)激相關(guān)信號(hào)通路Fig. 2 Signaling pathways of oxidative stress in Caenorhabditis elegans

3.3 脂肪代謝研究

目前所知的具有降脂功能的食物主要成分可以分類為黃酮類、膳食纖維類、多糖類和多不飽和脂肪酸類[63]。秀麗隱桿線蟲腸道通體透明、易于觀察，且與人類腸道具有類似的功能，通過尼羅紅和油紅O染色可以了解脂肪細(xì)胞堆積的情況[64]。秀麗隱桿線蟲的脂肪代謝通路主要為sbp-1/mdt-15信號(hào)通路、胰島素信號(hào)通路、TGF-β信號(hào)通路、核激素受體調(diào)節(jié)信號(hào)通路[65]。影響秀麗隱桿線蟲體內(nèi)脂肪堆積的途徑主要包括sbp-1/mdt-15表達(dá)增加[66]、daf-2激活[67]、TGF-β突變體導(dǎo)致糖原產(chǎn)生[68]、nhr-49基因受損和秀麗隱桿線蟲體內(nèi)脂肪堆積增加[69]（圖3）。

圖3 秀麗隱桿線蟲關(guān)于脂肪代謝相關(guān)的信號(hào)通路Fig. 3 Signaling pathways of fat metabolism in Caenorhabditis elegans

Shen Peiyi等[70]向秀麗隱桿線蟲喂食白皮杉醇，然后進(jìn)行尼羅紅染色實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)白皮杉醇可以有效降低秀麗隱桿線蟲體內(nèi)脂肪堆積。向秀麗隱桿線蟲喂食葡萄糖來增加脂肪堆積并建立肥胖模型，添加50、100 μmol/L白皮杉醇的秀麗隱桿線蟲脂肪堆積分別下降了22%和44%。50、100 μmol/L白皮杉醇顯著增加了hosl-1的表達(dá)，同時(shí)抑制了3T3-L1脂肪細(xì)胞的形成。Sun Quancai等[71]將蔓越莓提取物溶解于液體培養(yǎng)基中，發(fā)現(xiàn)0.16～2.00 mg/mL蔓越莓提取物可以有效降低野生型秀麗隱桿線蟲中的三酰甘油酯含量，抑制3T3-L1脂肪細(xì)胞的形成。李萍等[72]將L1期秀麗隱桿線蟲暴露于不同濃度姜黃素48 h后，用油紅O對(duì)其腸道脂肪進(jìn)行染色，結(jié)果表明與二甲基亞砜對(duì)照組相比，25 μmol/L以上姜黃素能夠顯著降低線蟲腸道脂肪含量。Shen Peiyi等[73]研究了共軛亞油酸對(duì)秀麗隱桿線蟲脂肪累積的影響，發(fā)現(xiàn)添加100 μmol/L共軛亞油酸納米乳液組與對(duì)照組相比脂肪積累減少了29%。Gao Chenfei等[74]發(fā)現(xiàn)大麥膳食纖維可以抑制秀麗隱桿線蟲體內(nèi)的脂肪堆積，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%葡萄糖喂食秀麗隱桿線蟲后進(jìn)行尼羅紅染色分析，與喂食大麥膳食纖維的秀麗隱桿線蟲相比，其熒光強(qiáng)度減少19%～44%。王麗萍等[75]向秀麗隱桿線蟲喂食葡萄糖建立脂肪堆積模型，通過油紅O染色發(fā)現(xiàn)蘆薈提取物具有一定的降脂作用。Nie Yu等[76]研究原花青素三聚體沒食子酸酯對(duì)秀麗隱桿線蟲脂質(zhì)調(diào)節(jié)的作用，發(fā)現(xiàn)其可以有效降低甘油三酯水平。Kobayashi等[77]發(fā)現(xiàn)紅茶多酚可以抑制胰脂肪酶活性，從而減少三酰甘油的吸收，有效降低甘油三酯含量。Jung等[78]同樣發(fā)現(xiàn)綠茶提取物具有降低甘油三酯和非游離脂肪酸的能力。由于秀麗隱桿線蟲自身不能合成膽固醇，對(duì)其在降脂方面的研究相對(duì)于小白鼠而言較少，但是各項(xiàng)研究均表明秀麗隱桿線蟲脂肪代謝信號(hào)通路明確，且與人類高度相似，或許可以成為研究脂肪代謝的熱門模式生物。

3.4 益生菌功能研究

大量研究表明，益生菌具有維持腸道內(nèi)菌群平衡、調(diào)節(jié)宿主免疫、抑制致病菌的作用，成為近年來研究熱點(diǎn)。周夢(mèng)舟[79]以秀麗隱桿線蟲為模型篩選抑制產(chǎn)腸毒的益生菌，利用產(chǎn)腸毒大腸桿菌（ETEC JG280）感染秀麗隱桿線蟲，觀察所篩選的乳酸菌對(duì)感染ETEC JG280的秀麗隱桿線蟲的保護(hù)作用，結(jié)果表明乳酸菌對(duì)秀麗隱桿線蟲具有保護(hù)作用，MAPK信號(hào)通路的pmk-1、daf-16基因表達(dá)上調(diào)。Li Ming等[80]研究表明嗜酸乳桿菌NCFM對(duì)感染糞腸球菌的秀麗隱桿線蟲具有一定的保護(hù)作用，可以有效提高被感染后線蟲的存活率。秀麗隱桿線蟲食用嗜酸乳桿菌NCFM后，5 個(gè)宿主防御基因asp-10、clec-60、cpr-1、cpr-5和lys-5表達(dá)均顯著上調(diào)。Kamaladevi等[81]使用肺炎克雷伯氏菌感染秀麗隱桿線蟲后，采用13 株乳酸菌對(duì)感染的秀麗隱桿線蟲進(jìn)行保護(hù)，其中干酪乳桿菌顯著提高了其存活率并減少了致病菌的定植，同時(shí)經(jīng)過干酪乳桿菌處理的秀麗隱桿線蟲pmk-1表達(dá)顯著上調(diào)。Kamaladevi等[82]還發(fā)現(xiàn)干酪乳桿菌可以抑制秀麗隱桿線蟲中馬拉硫磷誘導(dǎo)的生理?yè)p傷，用干酪乳桿菌喂食暴露于馬拉硫磷誘導(dǎo)的秀麗隱桿線蟲可以保護(hù)其繁殖活性；對(duì)照組喂食大腸桿菌（OP50），其暴露于馬拉硫磷的存活時(shí)間約為3 d，經(jīng)干酪乳桿菌預(yù)處理后，其存活時(shí)間約為14 d左右，減少了秀麗隱桿線蟲的頭部痙攣和身體彎曲以及馬拉硫磷造成的機(jī)體損傷，同時(shí)使mtl-1、mtl-2基因表達(dá)上調(diào)。Zhao Liang等[83]研究乳酸菌對(duì)秀麗隱桿線蟲壽命的影響，發(fā)現(xiàn)秀麗隱桿線蟲在喂食長(zhǎng)雙歧桿菌BB68后壽命延長(zhǎng)了28%，長(zhǎng)壽效應(yīng)在其daf-16突變體中消失，同時(shí)通過免疫熒光顯微鏡發(fā)現(xiàn)tir-1和jnk-1參與daf-16磷酸化，因此，長(zhǎng)雙歧桿菌BB68可能是通過daf-16延長(zhǎng)秀麗隱桿線蟲壽命。Zhao Yunli等[84]發(fā)現(xiàn)乳酸菌可以保護(hù)石墨烯對(duì)秀麗隱桿線蟲的毒性，秀麗隱桿線蟲接觸100 mg/L石墨烯會(huì)誘導(dǎo)腸內(nèi)自由基的產(chǎn)生，喂食乳酸菌后得到明顯抑制；同時(shí)乳酸菌可以減少秀麗隱桿線蟲的身體彎曲。暴露于石墨烯的秀麗隱桿線蟲acs-22表達(dá)顯著下調(diào)，但喂食乳酸菌后暴露于石墨烯的秀麗隱桿線蟲維持acs-22的正常表達(dá)；因此，乳酸菌維持腸道通透性可能取決于acs-22。Lee等[85]發(fā)現(xiàn)用熱滅活的乳桿菌喂食秀麗隱桿線蟲可以減輕革蘭氏陰性菌的感染并延長(zhǎng)秀麗隱桿線蟲的壽命。乳酸菌具有抗炎作用[86]，可以在人類腸道內(nèi)定植[87]，具有耐低pH值、耐膽鹽、耐胃蛋白酶的能力[88]，益生菌菌株通過調(diào)節(jié)p38/MAPK信號(hào)通路增強(qiáng)宿主免疫力，并可能通過同源途徑影響秀麗隱桿線蟲的免疫和衰老。如圖4所示，乳酸菌可能通過調(diào)節(jié)daf-16基因表達(dá)延長(zhǎng)秀麗隱桿線蟲的壽命。

圖4 乳酸菌作用于秀麗隱桿線蟲的相關(guān)通路[83]Fig. 4 Signaling pathways underlying Lactobacillus effect on Caenorhabditis elegans[83]

4 結(jié) 語(yǔ)

食品功能營(yíng)養(yǎng)逐漸成為關(guān)注熱點(diǎn)，對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)的研究日趨增多。將秀麗隱桿線蟲作為載體，使食品營(yíng)養(yǎng)活性因子與功能評(píng)價(jià)相結(jié)合，可以對(duì)食品活性因子的功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。秀麗隱桿線蟲作為模式生物，其信號(hào)通路的研究相對(duì)比較透徹，與哺乳動(dòng)物和人體的信號(hào)通路高度保守且具有同源性，具有成本低、高效能的優(yōu)點(diǎn)。但也存在腸道構(gòu)造同人類相比相對(duì)簡(jiǎn)單、體內(nèi)僅存在先天免疫應(yīng)答等問題。然而由于食品營(yíng)養(yǎng)活性成分體內(nèi)模型篩選耗時(shí)較長(zhǎng)，而秀麗隱桿線蟲生長(zhǎng)周期較短；因此，秀麗隱桿線蟲是食品營(yíng)養(yǎng)活性成分體內(nèi)模型篩選的熱門模式生物，極大提高了食品營(yíng)養(yǎng)活性成分體內(nèi)模型篩選的效率。目前，對(duì)秀麗隱桿線蟲抗衰老和抗氧化應(yīng)激的研究比較成熟，其脂肪代謝研究相對(duì)前兩者而言比較薄弱，益生菌研究比較單一。選擇評(píng)價(jià)周期較短的秀麗隱桿線蟲對(duì)具有降脂功能的活性因子和具有活性功能的益生菌篩選勢(shì)在必行，對(duì)于降脂類和活性功能益生菌食品的研發(fā)十分必要。利用秀麗隱桿線蟲對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，不但可以避免機(jī)體損傷，同時(shí)可以驗(yàn)證活性成分的營(yíng)養(yǎng)功能，為代謝障礙疾病和氧化應(yīng)激損傷提供參考，也為功能性食品的研發(fā)提供模式生物。