FSHW | 植物乳杆菌AR113可缓解大鼠舌苔微生物群失调和脑缺血再灌注损伤

健康   2024-10-29 19:18   北京  
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Introduction
脑缺血/再灌注(I/R)等脑卒中是世界范围内致残和死亡的常见原因之一,常导致不可逆的神经元病变和脑损伤。脑卒中是中国死亡和残疾的首要原因。2030年预计约780万人死于中风。吞咽困难、构音障碍和失语是成人脑卒中后常见的后遗症,卒中相关治疗特别是卒中后护理费用给患者和社会卫生保健系统带来了巨大的经济负担。目前由于脑卒中的复杂和多因素的病理生理,治疗选择有限。脑卒中后吞咽困难随着病原菌的发生和过度生长而改变口腔生理环境,导致口腔疾病、全身性感染以及吸入性肺炎等并发症。因此,考虑到口腔健康对整体健康的重要性,在临床实践中应重视脑卒中后的口腔健康。目前对脑卒中患者和健康人群之间的舌苔微生物系统分析仍知之甚少。上海理工大学熊智强教授和艾连中教授等在本研究中对脑卒中患者舌苔中存在的微生物进行分析,并证明植物乳杆菌AR113对舌苔菌群干预可显著减轻大鼠脑I/R损伤,提示干预舌苔菌群可作为一种有效的脑卒中防治策略。


Results and Discussion
脑卒中患者舌苔微生物多样性显著减少
通过高通量测序分析脑卒中患者舌苔中微生物多样性,结果表明与健康人群相比,α-多样性和细菌群落分析都显示脑卒中患者舌苔的物种丰富度和多样性显著降低,证实脑卒中患者舌苔微生物菌群失调。PCoA分析表明脑卒中患者的细菌群落与健康人群分化明显。脑卒中患者中优势菌属普雷沃菌(7.07%)、细毛菌(1.03%)、放线菌(3.22%)、异丙普雷沃菌(1.67%)、嗜血杆菌(2.36%)和TM7_[G-1](0.69%)的丰度显著低于健康人群,然而,常见的致病性链球菌(21.80%)和假单胞菌(8.98%)在脑卒中患者中非常普遍,这可能为潜在的卒中相关细菌。
1  高通量测序揭示脑卒中患者舌苔微生物多样性失调

植物乳杆菌AR113对舌苔菌群干预可显著减轻大鼠脑I/R损伤
选择实验室前期分离的一株益生菌植物乳杆菌AR113对脑I/R损伤大鼠的舌苔菌群进行干预。大鼠动物实验发现,与I/R组相比,AR113部分恢复了I/R诱导的舌苔菌群和肠道微生物群的变化,与与I/R组相比,AR113使unclassified_f_Alcaligenaceae、Neisseria和Rothia等重要舌苔菌群丰度显著上升。AR113显著改善了神经功能缺损,缓解了组织病理学变化,提高了抗氧化酶的活性,降低了氧化应激生物标志物的含量。此外,AR113处理后,大脑中抗氧化相关蛋白和凋亡相关因子HO-1、SOD、GSH-Px、Nrf2、NQO-1和Bcl-2的基因表达显著增加,但Cyt、裂解的胱天蛋白酶3和Bax显著降低。结果表明,AR113可通过抗氧化和抗细胞凋亡途径改善脑缺血再灌注损伤,中药对AR113的干预可能在脑卒中预防和控制中具有应用潜力。
图2  植物乳杆菌AR113口腔干预对脑I/R损伤大鼠的舌苔菌群失调的影响


Conclusion 
与健康人群相比,脑卒中患者的舌苔中微生物物种丰富度和多样性显著降低,如普雷沃氏菌、钩端菌、放线菌、异普雷沃氏菌、嗜血杆菌和TM7_[G-1]。首次研究植物乳杆菌AR113预处理对大鼠脑I/R损伤具有保护作用。AR113可以减轻神经功能缺损,改善组织病理学变化,减轻氧化应激和细胞凋亡。本研究表明使用益生菌治疗的中医干预可能为脑I/R损伤提供一种有效的饮食预防策略。

第一作者

熊智强,男,上海理工大学健康科学与工程学院教授,博士生导师,主要从事益生菌代谢调控方向研究。近5年主持国家自然科学基金面上(2项)、区域联合重点项目(合作方)、国家基础研发计划子课题和上海市自然科学基金面上项目(2项)等科研项目。授权中国发明专利26项和美国发明专利1项,在Bioresource Technology、Cell Research和Food Hydrocolloids等期刊上发表论文168篇,其中第一或者通讯作者论文78篇。入选上海市人才发展资金资助计划,获日内瓦国际发明展金奖和上海市技术发明一等奖各1项。



通信作者

艾连中,教授/博导,上海理工大学健康科学与工程学院院长,上海食品微生物工程技术研究中心主任,中国食品科学技术学会常务理事及青年委员会主任委员,上海功能食品产业技术创新战略联盟理事长。获得国家“万人计划”科技创新领军人才、国家杰出青年科学基金、国家百千万人才工程、国务院政府特贴专家、教育部新世纪优秀人才、上海市领军人才等人才计划(项目)。从事食品优良微生物选育与利用、乳制品的研究与开发、多糖的结构与功能等方面的研究工作,主持科研项目30多项;主持获得上海市技术发明奖一等奖1项、上海市科技进步奖一等奖1项;授权发明专利80多件;发表科研论文300多篇;多项研究成果已经产业化应用。




Lactiplantibacillus plantarum AR113 alleviates microbiota dysbiosis of tongue coating and cerebral ischemia/reperfusion injury in rat


Zhiqiang Xionga,1, Gang Liub,1, Ling Fanga, Xiuming Lic, Yongjun Xiaa, Guangqiang Wanga, Xin Songa, Lianzhong Aia,*

a Shanghai Engineering Research Center of Food Microbiology, School of Health Science and Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China

b Department of Rehabilitation, Huashan Hospital, Fudan University, Shanghai 200040, China

Department of Rehabilitation Medicine, Ruijin Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 200025, China

1 Both authors contributed equally.

*Corresponding author.

Abstract

Stroke is one of the leading causes of death and disability worldwide. However, information on stroke-related tongue coating microbiome (TCM) is limited, and whether TCM modulation could benefit for stroke prevention and rehabilitation is unknown. Here, TCM from stroke patients (SP) was characterized using molecular techniques. The occurrence of stroke resulted in TCM dysbiosis with signif icantly reduced species richness and diversity. The abundance of PrevotellaLeptotrichiaActinomycesAlloprevotellaHaemophilus, and TM7_[G-1]were greatly reduced, but common infection Streptococcus and Pseudomonas were remarkably increased. Furthermore, an antioxidative probiotic Lactiplantibacillus plantarum AR113 was used for TCM intervention in stroke rats with cerebral ischemia/reperfusion (I/R). AR113 partly restored I/R induced change of TCM and gut microbiota with significantly improved neurological deficit, relieved histopathologic change, increased activities of antioxidant enzymes, and decreased contents of oxidative stress biomarkers. Moreover, the gene expression of antioxidant-related proteins and apoptosis-related factors heme oxygenase-1 (HO-1), superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GSH-Px), nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), NAD(P)H:quinone oxidoreductase-1 (NQO-1), and Bcl-2 was significantly increased, but cytochrome C, cleaved caspase-3, and Bax were markedly decreased in the brain by AR113 treatment. The results suggested that AR113 could ameliorate cerebral I/R injury through antioxidation and anti-apoptosis pathways, and AR113 intervention of TCM may have the application potential for stroke prevention and control.  

Reference:

XIONG Z Q, LIU G, FANG L, et al. Lactiplantibacillus plantarum AR113 alleviates microbiota dysbiosis of tongue coating and cerebral ischemia/reperfusion injury in rat[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(4): 2132-2140. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250177.

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本文编译内容由作者提供
编辑:梁安琪;责任编辑:孙勇
封面图片来源:图虫创意




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