《食品科学》:福建农林大学陈炳智副教授等:草菇子实体多肽对小鼠急性酒精肝的预防作用及肠道菌群的影响

健康   2024-09-02 17:31   北京  
酒精性肝病(ALD)是由于大量饮酒导致的中毒性肝损伤,其表现多样,初期通常表现为脂肪肝,进而可发展成酒精性肝炎、酒精性肝纤维化和酒精性肝硬化。草菇(Volvariella volvacea (Bull.) Singer)又名兰花菇,隶属光柄菇科(Pluteaceae)、小苞脚菇属(Volvariella),被誉为“素中之荤”。草菇含有多肽、三萜、黄酮、甾醇类物质等多种活性物质。生物活性肽是一种具强抗氧化性的多肽,可以抑制大分子的氧化应激反应。研究表明,生物活性肽可以改善肝脏功能和乙醇代谢,具有抗炎护肝作用。
福建农林大学食品科学学院的张芳艺、林海潞、陈炳智*等以分子质量为1~3 kDa的草菇子实体多肽(VVFP)为研究材料,建立小鼠急性ALD模型,通过血清和肝脏多项指标检测,结合肝组织病理切片分析,探究VVFP对急性ALD的预防作用;同时利用16S rDNA基因高通量测序分析各样品中微生物菌群的生物多样性以及门和属水平的相对丰度,探究VVFP对ALD模型小鼠肠道菌群结构的影响,从而为揭示VVFP对小鼠肝脏的保护作用机制提供参考。

1 VVFP对小鼠体质量的影响

由表1可知,实验期间空白组、模型组、阳性对照组以及不同剂量VVFP组的小鼠体质量均无显著差异(P>0.05)。实验中小鼠毛色光亮,大小便正常,未出现食欲不振、消瘦等症状,说明本实验所用的联苯双酯滴丸和VVFP对小鼠无毒害作用。

2 VVFP对肝损伤小鼠血清TG、TC浓度及ALT、AST活性的影响

小鼠血清TG、TC含量及ALT、AST活性都是反映肝损伤情况的重要指标,当肝细胞损伤时,这些指标在血清中的含量会异常升高。如图1所示,与空白组相比,模型组小鼠血清的TG、TC浓度及ALT、AST活性均极显著升高(P<0.01),说明建模成功。灌胃大量酒精后,小鼠体内的代谢平衡被破坏,上述物质大量进入血液中使得血液中的含量升高。与模型组相比,阳性对照组以及不同剂量VVFP组小鼠血清的TG、TC浓度及ALT、AST活性均极显著降低(P<0.01),说明VVFP可以缓解酒精引起的代谢平衡。

3 VVFP对肝损伤小鼠炎症因子TNF-α和IL-6的影响

通过测定血清中炎症因子的水平可确认VVFP是否具有保肝作用。如图2所示,与空白组相比,模型组的小鼠血清炎症因子TNF-α和IL-6水平均极显著升高(P<0.01),说明酒精肝损伤会引发小鼠肝脏炎症反应。与模型组相比,阳性对照组以及不同剂量VVFP组小鼠血清炎症因子TNF-α和IL-6水平均极显著降低(P<0.01),说明VVFP可以改善肝细胞的损伤程度。

4 VVFP对肝损伤小鼠肝脏ADH、MDA、T-SOD及GSH-PX水平的影响

如图3所示,与空白组相比,模型组小鼠肝脏组织的ADH、T-SOD活力及GSH-PX含量极显著降低(P<0.01),MDA含量极显著升高(P<0.01)。与模型组相比,VVFP处理组肝脏组织的ADH、T-SOD活力及GSH-PX含量均显著升高,说明VVFP可以通过提高ADH、T-SOD活力及GSH-PX含量修复受损的肝脏。与模型组相比,VVFP处理组的肝脏组织的MDA含量极显著降低,说明VVFP可以缓解脂质过氧化。以上结果进一步说明VVFP可以减轻酒精引起的肝损伤。

5 VVFP对小鼠肝组织病理切片的影响

对小鼠肝组织病理切片和苏木精-伊红染色观察,结果如图4所示。空白组小鼠肝小叶及细胞核结构清晰,肝窦无明显充血,无显著病变状况(图4A);模型组小鼠肝小叶及细胞核结构被破坏,排列紊乱,出现水肿现象(图4B),这与Parikh等描述的肝损伤时出现的症状相似,具有典型的病理特征,表明急性ALD建模成功。给药后,与模型组相比,多肽低剂量组(图4D)和高剂量组(图4F)在不同程度上有所改善,肝小叶及细胞核结构较清晰、肿胀范围减小,肝细胞排列紊乱现象减轻;阳性对照组(图4C)和多肽中剂量组(图4E)肝细胞形态趋于正常,排列整齐,呈放射状分布,细胞损伤状况明显改善。肝组织病理学分析结果进一步证实VVFP对ALD小鼠肝脏细胞损伤有明显的改善作用。

6 小鼠肠道菌群有效数据统计

对小鼠盲肠内容物肠道菌群测序进行数据分析,有效数据统计结果如表2所示。样本的平均有效数据率为98.44%,说明肠道菌群测序的数据可靠,满足后续分析要求。

7 小鼠肠道菌群α多样性分析

由图5可知,模型组的Chao1和Observed_species指数均高于其他组,说明小鼠在短时间内大量饮酒会造成肠道菌群紊乱。在中剂量VVFP的干预下,ALD小鼠盲肠菌群丰度降低,更接近于正常水平,改善了ALD小鼠的肠道紊乱;模型组的Shannon指数均低于其他组,说明模型组的物种均匀度较低,在中剂量VVFP的干预下,ALD小鼠盲肠菌群的均匀度提高。由上述结果可知,VVFP的干预能够改善因酒精影响而发生变化的肠道菌群多样性。


8 小鼠肠道菌群物种组成分析

如图6所示,按门水平分类,小鼠肠道菌群主要由拟杆菌门(Bacteroidota)、厚壁菌门(Firmicutes)和脱硫弧菌门(Desulfobacterota)组成。空白组的肠道菌群中拟杆菌门占50.83%,厚壁菌门占34.19%,脱硫弧菌门占7.34%;模型组肠道菌群中拟杆菌门占71.98%,厚壁菌门占21.24%,脱硫弧菌门占2.56%。与空白组相比,模型组的拟杆菌门菌群丰度上升,厚壁菌门和脱硫弧菌门的菌群丰度下降,说明小鼠经过酒精灌胃后,造成了肠道紊乱,与正常小鼠的差异较大。与模型组相比,阳性对照组与中剂量组的拟杆菌门菌群丰度下降,分别达到51.54%和57.26%;厚壁菌门的菌群丰度上升,分别为38.63%和31.73%,均接近正常的小鼠,说明中剂量的VVFP可以达到联苯双酯滴丸的干预效果,有效缓解ALD导致的肠道菌群紊乱。

小鼠肠道菌群在属水平上主要由链霉菌属(Streptomyces)、乳酸杆菌属(Lactobacillus)和弧菌属(Vibrio)组成(图7)。空白组、模型组、阳性对照组、低剂量组、中剂量组和高剂量组链霉菌属占比分别为26.88%、40.81%、20.54%、23.90%、27.69%和23.46%;乳酸杆菌属占比分别为22.39%、12.60%、28.02%、14.33%、14.50%和15.55%;弧菌属占比分别为15.29%、13.14%、20.28%、21.93%、16.75%和12.89%;与空白组相比,模型组链霉菌属菌群丰度上升,乳酸杆菌属和弧菌属菌群丰度下降,说明模型组小鼠的肠道菌群失调。经过中剂量VVFP的干预后,与模型组相比,链霉菌属的菌群丰度下降,与空白组接近;乳酸杆菌属和弧菌属的菌群丰度在一定程度上有所上升,说明VVFP对患有急性ALD小鼠的肠道菌群有一定的调节功效。

9 小鼠肠道菌群LEfSe分析

LEfSe分析是一种通过多个分组之间的比较,从而找到组间在丰度上有显著差异物种的方式,图8展示了LDA score大于设定值3的差异菌属,空白组中,有20 个差异菌种对菌群结构影响较大,主要是脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、脱疏弧菌科(Desulfovibrionaceae)、脱氧球菌纲(Desulfovibrionia)、脱硫弧菌目(Desulfovibrionales)和脱硫杆菌门(Desulfobacterota)等;模型组中主要是木杆菌科(Muribaculaceae)、拟杆菌门(Bacteroidota)和拟杆菌纲(Bacteroidia)等5 个差异菌种对菌群结构影响较大;在阳性对照组中,理研菌科(Rikenellaceae)对菌群结构影响最大,其次还有另枝菌属(Alistipes)等11 个差异菌种具有影响;颤螺旋菌科(Oscillospiraceae)和普雷沃氏菌属(Prevotellaceae_NK3B31_group)是低剂量组中的重要菌种;中剂量组中变形菌纲(Gammaproteobacteria)是最显著的差异菌种,其次是肠杆菌科(Enterobacteriaceae)、大肠杆菌种(Escherichia_coli)和埃希氏菌-志贺氏菌属(E._Shigella)等21 个差异菌种;高剂量组中主要有拟杆菌属(Bacteroides)和类杆菌科(Bacteroidaceae)等11 个差异菌种对菌群结构影响较大。可以看出,在中剂量VVFP的干预下,小鼠肠道菌群的差异性相比于模型组明显增加,基本恢复至空白组水平,表明VVFP在一定程度上可以修复酒精对肠道的损伤。

讨 论

现代医学对ALD发病机制的研究已取得较大进步,脂质代谢异常、氧化应激、炎症反应等被公认为ALD的重要影响因素。ALD在代谢过程中引起的直接或间接的氧化应激、脂质过氧化作用以及多种因素(如肠道菌群失调)相互作用导致的肠道通透性增加,对肠道黏膜造成损伤,影响肠道菌群数量,引起细菌和细菌内毒素的位移(经过肠道组织到达肝脏),最终导致肝脏炎症。虽然通过服用药物可以起到治疗效果,但其毒副作用较大。大量的研究表明,食用菌肽具有丰富的药理价值,对肝损伤有很好的保护和缓解功效,但对于VVFP的研究仍存在较多的空白。本研究以56°红星二锅头灌胃小鼠建立急性ALD模型,探究VVFP对ALD的预防作用。结果显示,模型组、阳性对照组以及不同剂量VVFP组小鼠与空白组小鼠体质量均无显著性差异,说明VVFP无毒副作用。

肝脏是人体中唯一一个没有痛感神经的器官,极易受有毒化学物质损伤,造成肝脏代谢功能紊乱。在酒精代谢刺激下,肝脏出现氧化应激反应,肝细胞受损。ALT、AST水平是反映肝细胞损伤最直接和最敏感的指标,Dong Qingqing等发现在健康肝脏中ALT、AST很高,而血液中含量很低,一旦肝脏细胞受损,大量ALT和AST会释放到血清中使血清中含量升高,ALT与AST的水平在一定范围内反映机体肝细胞的损伤程度。Reddy等通过研究指出,当肝脏脂肪代谢出现能力出现障碍时,血清中TC和TG两种代谢物含量会升高。湛莉等认为,当肝脏受损时,会分泌大量的炎性细胞因子,尤其是TNF-α、IL-6,二者水平能反映肝细胞炎症程度。本研究结果显示,VVPF能极显著降低血清中TG、TC、ALT和AST水平(P<0.01),并能降低TNF-α、IL-6炎症因子水平,说明VVFP可以减缓酒精引起的代谢紊乱。

在大量酒精的干预下,肝脏中脂肪酸的合成和代谢失去稳态平衡。ADH、MDA、T-SOD和GSH-PX水平能够较好地反映肝脏氧化程度。韩光顺等探究茴香提取液对小鼠酒精性肝损伤的保护作用时发现,ADH活力能灵敏地提示肝细胞的损伤及损伤的程度;MDA含量可反映出机体脂质氧化水平,间接表明肝细胞的损伤程度;Forrester等研究发现T-SOD能够清除过氧化产生的自由基从而调节代谢平衡;GSH-PX作为体内重要的抗氧化剂,可以清除活性氧。本研究结果显示,与模型组相比,VVFP能够极显著降低MDA含量(P<0.01),明显提高肝脏中ADH、T-SOD和GSH-PX水平,证实VVFP可以减轻酒精引起的肝损伤,提高人体防御系统的抗氧化活性,从而防止慢性酒精中毒对肝脏的损害。肝组织病理切片也进一步证实了VVFP的保肝活性。

基于16S rDNA高通量测序分析VVFP对ALD小鼠肠道菌群的影响。在VVFP的干预下,门水平上拟杆菌门菌群丰度下降,厚壁菌门的菌群丰度上升,这与韩琳的研究结果一致。Li Koukou等通过高通量测序分析发现,灵芝多糖S3降低了拟杆菌门的相对丰度,提升了厚壁菌门的相对丰度,显著减轻了小鼠胰腺炎症状;在属水平,VVFP降低了链霉菌属的菌群丰度,增加了乳酸杆菌属和弧菌属的菌群丰度。乳酸杆菌是人体肠道内重要的益生菌,不仅可以分解代谢肠道内的益生元,还能维持免疫平衡,增强肠道屏障。范颖等研究了大蒜多糖对ALD小鼠肠道菌群失调的影响,结果表明大蒜多糖组的多样性指数和均匀度指数最高,优杆菌属和乳酸杆菌属细菌增多。上述结果表明,VVFP能够改善ALD小鼠肠道菌群。

综上所述,VVFP能极显著降低血清中TG、TC、ALT、AST和肝脏中MDA水平,并且降低TNF-α与IL-6炎症因子水平,同时明显提高肝脏中ADH、T-SOD和GSHPX水平。此外,VVFP可通过调节拟杆菌门、厚壁菌门、链霉菌属乳酸杆菌属和弧菌属的丰度减轻小鼠肝脏的损伤程度。本研究结果可为多肽在功能食品领域的应用提供药效基础。

本文《草菇子实体多肽对小鼠急性酒精肝的预防作用及肠道菌群的影响》来源于《食品科学》2023年45卷第4期135-143页,作者:张芳艺,林海潞,陈莉莉,罗小芳,褚路路,江玉姬,陈炳智*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221213-135。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑:天津商业大学食品科学与工程学院 梁雯菁;责任编辑:张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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