江南大学杨波教授团队研究：Lactobacillus johnsonii CCFM1376通过调节胆汁酸组成改善小鼠高胆固醇血症

摘要

本研究旨在评估Lactobacillus johnsonii CCFM1376菌株对高胆固醇血症小鼠的疗效及其作用机制。利用茚三酮法测定菌株BSH活性，并给高胆固醇饮食诱导的C57BL/6J小鼠灌胃L. johnsonii CCFM1376，持续8周。研究发现，L. johnsonii CCFM1376处理的小鼠血清和肝脏中TC和LDL-C水平显著下降。同时，肝肠循环中未结合胆汁酸和粪便中总胆汁酸含量增加。基因表达分析揭示，CCFM1376降低了回肠FXR和FGF15的表达，而CYP7A1表达上升。这些发现表明CCFM1376通过调节胆汁酸代谢改善高胆固醇血症，为开发益生菌调节胆固醇代谢的新策略提供了科学依据。

图文摘要

引言

心脑血管疾病是全球主要死因之一，每年夺去数百万人生命。随着生活水平的提高，高脂、高胆固醇和高热量饮食导致血脂异常人数激增。高胆固醇血症，特别是低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平升高，是心血管疾病的主要风险因素。

益生菌中的胆盐水解酶（BSH）活性能有效降低血清胆固醇。BSH酶由肠道微生物如乳酸菌和双歧杆菌产生，促进胆汁酸代谢。肝脏合成初级胆汁酸，经肠道菌群作用转化为次级胆汁酸，大部分通过肝肠循环回肝脏。BSH活性增加时，未结合胆汁酸比例上升，减少肠道重吸收，刺激肝脏合成更多胆汁酸，维持胆固醇和胆汁酸平衡。FXR信号通路受胆汁酸组成影响，调控胆汁酸转运蛋白的表达。

L. johnsonii CCFM1376是从成年女性粪便样本中分离的菌株，本研究评估其对高胆固醇血症小鼠的缓解作用，并探讨其通过胆汁酸代谢改善高胆固醇血症的机制。

方法

BSH活性的定量测定

将菌株发酵上清液与结合型胆盐溶液和磷酸盐缓冲液混合，37°C下孵育30分钟。使用茚三酮法测定氨基酸浓度以计算酶活。

动物实验

经过一周的适应期，32只四周龄的雄性C57BL/6J小鼠被随机分配到四个组别：对照组、模型组、CCFM1376组和QJSWX160M2组，每组8只。在为期8周的饲养过程中，对照组和模型组小鼠每日通过口服灌胃给予200 μL生理盐水，而CCFM1376组和QJSWX160M2组小鼠则每日给予相同体积的L. johnsonii悬液，浓度为1×1010 CFU/mL。对照组饲喂标准参考饲料，其他三组则饲喂高胆固醇饲料。高胆固醇饲料的特点是脂肪含量为15%，胆固醇含量为1.25%，胆盐含量为0.5%。

小鼠血清及肝脏生参数的测定

使用全自动生化分析仪测定小鼠血清中的总胆固醇 （TC）、甘油三酯 （TG）、LDL-C 和高密度脂蛋白胆固醇 （HDL-C） 等生化参数。

组织中基因表达分析

通过定量实时聚合酶链反应定量小鼠肝脏和回肠组织内的基因表达水平。

组织和粪便中胆汁酸含量的测定

使用液相色谱-质谱联用（LC-MS）检测小鼠血清、肝脏、回肠内容物及粪便中胆汁酸的含量。

统计分析

数据结果显示为均值±标准差。采用 SPSS 软件进行方差分析，使用 Tukey 检验进行后续的组间比较。

结果

L. johnsonii CCFM1376的BSH活性

L. johnsonii CCFM1376对牛磺脱氧胆酸(TDCA)的水解活性为0.2780 μm ol·min^-1·mL^-1，对甘氨脱氧胆酸(GDCA)的水解活性为0.3022 μm ol·min^-1·mL^-1，显著高于L. johnsonii QJSWX160M2，对TDCA的水解活性为0.0664 μm ol·min^-1·mL^-1，对GDCA的水解活性为0.1237 μm ol·min^-1·mL^-1

L. johnsonii CCFM1376对高胆固醇血症小鼠血脂水平的影响

高胆固醇饮食 8 周后，与对照组小鼠相比，模型组小鼠的血清 TC 和 LDL-C 水平显着升高。与模型组相比，补充 L. johnsonii CCFM1376 的小鼠血清 TC 和 LDL-C 浓度显着下降。此外，与模型组相比，L. johnsonii CCFM1376组小鼠表现出显着更高的 HDL-C 水平。

L. johnsonii CCFM1376对高胆固醇血症小鼠肝脏脂质沉积的影响

补充 L. johnsonii CCFM1376 显着降低了高胆固醇血症小鼠肝脏中 TC 和 LDL-C 的水平。肝脏H&E切片表明，与对照组相比，模型组小鼠在肝小叶中央区域表现出更多的中心静脉和门静脉充血，周围环绕着以近似放射模式排列的肝细胞和正弦细胞。模型组显示肝细胞脂肪变性的发生率较高，在细胞质内可见少量大小不一的圆形液泡。存在明显的肝细胞气球样变性，其特征是肝细胞呈球囊状肿胀，细胞核位于中心或向一侧移位，细胞质表现出稀疏或细小的网状结构。灌胃 L. johnsonii CCFM1376的小鼠肝细胞脂肪变性下降，细胞质内圆形液泡减少。

L. johnsonii CCFM1376改变高胆固醇血症小鼠肝脏和肠道胆汁酸组成

高胆固醇饮食显着增加了小鼠肝脏中CA 的水平。与模型组相比，L. johnsonii CCFM1376显著降低高胆固醇血症小鼠的肝脏 CA 水平。在血清中，高胆固醇饮食小鼠的β-MCA、 CA 、CDCA、 LCA 和熊去氧胆酸 （UDCA） 水平均显著高于对照组。然而，在 L. johnsonii CCFM1376组和模型组之间没有显著差异。富含胆汁酸的回肠中，与模型组相比，CCFM1376 L. johnsonii 组的几种未结合的胆汁酸水平显着增加。此外，L. johnsonii CCFM1376组粪便中 β-MCA、DCA、LCA、UDCA 和 HDCA 的水平明显高于模型组。与对照组的总胆汁酸含量相比，L. johnsonii CCFM1376组仅显示粪便中总胆汁酸含量显著增加，而肝脏、血清或回肠内容物的总胆汁酸含量无显著变化。。在 L. johnsonii CCFM1376组中，肝脏、血清、回肠内容物和粪便中未结合胆汁酸的比例表现出不同程度的变化，回肠中未结合胆汁酸的比例显着增加。相应地，结合型胆汁酸的水平也发生了变化。

L. johnsonii CCFM1376改变FXR途径介导的胆汁酸合成调控相关基因的表达谱

与模型组相比，L. johnsonii CCFM1376显著下调小鼠回肠中 FXR 和 FGF15 的相对表达水平，但未显著影响肝脏 FXR 及其关键调节信号基因 SHP 的相对表达水平。同时，CCFM1376组显著上调CYP7A1的相对表达水平。

讨论

本研究测量了小鼠肠肝循环中不同位置的胆汁酸水平，并详细说明了胆固醇降低与胆汁酸组成变化之间的直接联系。具有高BSH 活性的 L. johnsonii CCFM1376 可以直接影响高胆固醇血症病症肠肝循环中胆汁酸的组成，促进共轭胆汁酸向非共轭胆汁酸的转化。它还抑制小鼠回肠中与 FXR 通路相关的基因表达，促进胆汁酸合成。通过改变胆汁酸组成，L. johnsonii CCFM1376 对小鼠的高胆固醇血症起到缓解作用。本研究为益生菌策略调控胆固醇代谢提供了参考。

通讯作者介绍

杨波，博士，研究员，博士生导师，无锡市预防医学会食品营养专业委员会副主任委员，江南大学母婴微生态与健康国际联合实验室负责人，食品生物技术中心-母婴童营养健康与乳品创新研究团队负责人。主要围绕母婴童微生态与健康调控、母婴童营养需求与特征解析、母婴童人群功能性食品、乳品营养与技术创新、母婴源益生菌及其活性代谢物的功能及应用展开。主持国家自然科学基金项目2项、国家十四五重点研发计划子课题1项，参与国家自然基金重点项目等国家级项目5项，主持产业化项目10余项。以第一/通讯作者在Trends in Microbiology、Trends in Food Science and Technology、Progress in Lipid Research、Gut Microbes、Journal of Agricultural 及Food Chemistry等期刊发表SCI论文70余篇，获中国授权发明专利66项。主持国家自然科学基金青年项目、面上项目，国家十四五重点研发计划子课题等科研项目18项，获教育部高等学校科学技术进步奖二等奖等省部级奖励3项。担任Microbiome Research Reports编辑、Frontiers in Microbiology副编辑、Annual Review of Food Science and Technology客座编委等职务。

关于MRR

MRR（ISSN：2771-5965）是一本由OAE Publishing Inc. 于2021年创办的国际同行评审的金色开放获取期刊，主编由意大利帕尔马大学的Marco Ventura教授和爱尔兰科克大学的Douwe van Sinderen 教授担任。期刊旨在发表人体或动物微生物组的高质量研究，重点关注微生物类群的识别及其功能性研究，尤其是与健康和疾病相关的微生物基因和微生物代谢产物标志物所发挥的作用。2022年3月正式发布第一期文章，相继被Google Scholar、Lens、PubMed Central (PMC)、Scopus、ESCI 等数据库收录。2025年6月将获得首个影响因子，欢迎投稿！

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