FSHW | L. plantarum MWFLp-182缓解ABAP诱导的氧化损伤和关键基因分析

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Introduction

随着社会的发展，老年人的健康和长寿问题近年来引起了人们的广泛关注。老年人易患阿尔茨海默病、帕金森病等一系列疾病。这主要是由于机体老化、细胞保护机制降低以及细胞内活性氧（ROS）含量增加所致。ROS活性的增加导致氧化应激，产生超氧阴离子、羟基自由基和过渡金属等自由基。氧化应激伴随着一系列损害机体的遗传、细胞和表观遗传变化。因此，缓解氧化不仅可以从衰老角度值得关注而且更在抗炎、预防炎症的角度有着重要的意义。

益生菌被定义为“活的微生物，当足够的量时，对宿主的健康有益”。乳酸菌（LAB）是最常见的益生菌。植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）是一种革兰氏阳性菌，具有很好的抗氧化、抗炎、抗菌、抗癌等功能，近年来关注的益生菌缓解氧化应激、抗炎等角度受到了广泛的关注，但目前基因组层面的关键抗氧化基因数据并不健全，因此，开发新的抗氧化菌株并解析其关键调控基因显得尤为重要。

大连工业大学食品学院牟光庆教授团队聂辉博士从广西贺州市长寿老人粪便中分离出135 株菌株。L. plantarum MWFLp-182显示出最高的抗氧化活性和良好的安全性。具有常见益生特性的L. plantarum MWFLp-182在2,2'-偶氮(2-甲基丙脒)二盐酸（ABAP）处理HT-29细胞中的抗氧化和抗炎活性。为了更好地了解L. plantarum MWFLp-182的抗氧化机制，该团队研究了L. plantarum MWFLp-182的基因组，分析了核心基因和氧化应激耐受基因。这为后续抗氧化功能调控基因的鉴定和高通量测序提供了可靠的理论基础。

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Results and Discussion

植物乳杆菌MWFLp-182基因组特征分析

L. plantarum MWFLp-182的全基因组测序如图1所示。L. plantarum MWFLp-182全基因组长3 310 756 bp, GC含量为44.49%，包含3 169 个预测基因，其中蛋白cds 3 085 个，tRNA 68 个，rRNA 16 个。68 个tRNA编码序列对应21 个氨基酸（表S2），分别是丙氨酸（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）、组氨酸（His, 2）、异亮氨酸（Ile, 3）、亮氨酸（Leu, 6）、赖氨酸（Lys, 4）、蛋氨酸（Met, 3）、苯丙氨酸（Phe, 2）、脯氨酸（Pro, 3）、丝氨酸（Ser, 4）、苏氨酸（Thr, 4）、色氨酸（Trp, 1）、酪氨酸（Tyr, 2）、缬氨酸（Val, 3）和未检测（3）。

图1. L. plantarum MWF Lp-182全基因组圈图

L. plantarumMWFLp-182黏附性、自聚、共聚和胃肠液耐受性

L. plantarum MWFLp-182的黏附能力与LGG相似(图2A)。L. plantarum MWFLp-182或LGG处理后HT-29细胞存活率均大于90%(图2B)。因此，L. plantarum MWFLp-182不具有细胞毒性。L. plantarum MWFLp-182和LGG在24 h后的自动聚集率分别为89.39%和70.82%(图3A)。如图3B所示，L. plantarum MWFLp-182和LGG与沙门氏菌共聚集，共聚集率分别为56.2%和43.91%。模拟胃肠道液后，L. plantarum MWFLp-182和LGG的存活率分别为89.45%和75.7%（表2）。

图2乳酸菌细胞毒性和黏附性

图3 L. plantarum MWFLp-182和LGG自聚和共聚特性

L. plantarumMWFLp-182益生性相关基因的鉴定

利用L. plantarum MWFLp-182的基因组数据分析了与胆盐抗性、黏附、营养合成和降胆固醇作用相关的基因。数据库显示，L. plantarum MWFLp-182包含11 个与胆盐抗性相关的基因；7 个与黏附相关的基因；1 个基因与降低胆固醇的作用有关；1 个营养合成相关基因；以及10 个与氧化应激耐受性相关的基因。从ResFinder和Disinfinder数据库中未发现L. plantarum MWFLp-182中编码抗性组和可转移抗生素耐药基因的基因。

L. plantarumMWFLp-182缓解ABAP诱导HT-29细胞损伤

如图4所示，绿色荧光表示ROS含量。ABAP对HT-29细胞造成损伤，使其荧光强度增加。L. plantarum MWFLp-182和LGG处理HT-29细胞的荧光度低于ABAP处理HT-29细胞的荧光度。由此可见，L. plantarum MWFLp-182和LGG均能降低氧化应激对细胞的损伤，且L. plantarum MWFLp-182比LGG更有效。通过观察植物L. plantarum MWFLp-182对ABAP刺激HT-29细胞的TJ、炎症和氧化细胞因子的表达（图5）。与正常组（K）相比，ABAP刺激组可促进促炎因子（IL-1β、IL-6）和MDA的表达（P < 0.05）。添加L. plantarum MWFLp-182可显著下调ABAP损伤HT-29细胞中IL-6、IL-1β和MDA的表达（P < 0.05），显著上调SOD3、GPx、IL-10、Nrf2、HO-1、Bcl-2、ZO-1、Claudin-1和Occludin的表达（P < 0.05），表明ABAP诱导的损伤症状得到有效缓解。这些结果表明，L. plantarum MWFLp-182可缓解ABAP损伤HT-29细胞的炎症、氧化应激和肠道屏障损伤。

如图6所示，与对照组（C）相比，ABAP组TJ蛋白ZO-1、Claudin-1和Occludin的表达明显降低。重要的是，L. plantarum MWFLp-182显著缓解了TJ蛋白ZO-1、Claudin-1和Occludin水平的降低（P < 0.05）。

图4. L. plantarumMWFLp-182和LGG预处理对ABAP诱导HT-29细胞ROS水平的影响

图5 L. plantarum MWFLp-182对炎症、氧化应激和肠屏障相关基因的影响

图6 L. plantarum MWFLp-182对肠屏障相关蛋白表达的影响

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Conclusion

本研究从广西贺州市长寿老人粪便中分离到L. plantarum MWFLp-182，发现其具有11 个胆盐耐药基因、7 个黏附基因，无可转移的抗生素耐药基因。L. plantarum MWFLp-182具有较强的模拟胃肠液耐受能力，在pH为2的条件下生长良好。L. plantarum MWFLp-182具有抗氧化和抗炎活性，抗炎因子（IL-10）、抗氧化细胞因子（SOD、GPx）、Bcl-2和TJ蛋白及其基因表达增强。因此，作者的研究促进了抗氧化菌株的开发，为抗氧化菌的高通量测序筛选提供了数据和理论支持。

第一作者简介

聂辉，大连工业大学在读博士生（定向，贺州学院教师），主要研究方向：益生菌抗衰老活性研究。主持广西自然科学基金青年项目一项，主持研究生创新研究项目一项，在Food Chemistry, Food Science and Human Wellness等高水平期刊发表论文2 篇。

通信作者简介

牟光庆，大连工业大学食品学院二级教授，博士生研究生导师。研究方向：1.益生菌特性及组学研究；2.益生菌开发技术研究；3.乳品科学研究；4.乳品加工关键技术研究。辽宁省特聘教授，辽宁省“百千万人才工程”百人层次，入选辽宁省“优秀人才”支持计划，辽宁省第八届“教学名师”。主持国家自然科学基金面上基金、国家“十四五”“十三五”“十二五”等国家重点研发计划项目、国家863子项目等国家、省部级课题20余项。获国家技术发明二等奖、辽宁省科技进步二等奖等国家、省部级科技奖项10余项。在国内外期刊发表研究论文100余篇；获授权发明专利多项；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.

本文编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意