英文标题：Selenium enrichment enhances the alleviating effect of Lactobacillus rhamnosus GG on alcoholic liver injury in mice

中文标题：硒富集增强了鼠李糖乳杆菌GG对小鼠酒精性肝损伤的缓解作用

发表期刊：Current Research in Food Science

影响因子：6.2

客户单位：福州大学、福建医科大学附属第一医院

百趣提供服务：新一代代谢组学NGM 2 Pro

研究背景

酒精性肝损伤(Alcohol-induced Liver Injury, ALI)已成为日益严重的健康问题，主要由酗酒导致的肝损伤引发。尽管ALI的发病机制尚未完全阐明，但已有研究表明，肠道菌群失调和肝脏氧化应激与其发生密切相关。富硒益生菌因兼具益生菌和有机硒的双重生理活性而备受关注——益生菌可调节肠道稳态，有机硒则具有抗氧化、抗炎等功效，且生物安全性高于无机硒。本研究旨在探讨硒富集鼠李糖乳杆菌GG(selenium-enriched Lactobacillus rhamnosus GG, LGG@Se)对酒精诱导的小鼠ALI的缓解作用，通过肠道微生物组和肝脏代谢组分析其作用途径，揭示关键肠道菌群与肝损伤表型的相关性，为深入理解LGG@Se的生物学功能提供科学依据，并为开发新型富硒益生菌制剂用于ALI预防奠定基础。

技术路线

研究结果

1、LGG@Se对过量饮酒小鼠体重和器官指数的影响

实验结果表明，酒精暴露显著抑制小鼠体重增长（图1A-B），并导致肝脏和肾脏指数升高、脾脏指数降低。在干预措施中，LGG@Se和水飞蓟素（阳性对照）均能有效预防酒精引起的体重异常。普通LGG（未富硒）对酒精引起的体重异常无显著改善作用；无机硒（亚硒酸钠）干预不仅未改善体重，反而加剧酒精诱导的体重下降，且对肾脏和脾脏指数无显著调节效果。在器官指数调节方面，LGG@Se显著优于普通LGG，可有效逆转酒精导致的肝/肾/脾指数异常（图1C-E）。这些结果证实，LGG@Se通过硒富集工艺赋予的协同效应，在调节酒精暴露小鼠的体重和器官损伤方面展现出比单一LGG或无机硒更优异的保护效果。

图1. LGG、LGG@Se和Se干预对过量饮酒小鼠体重增加、肝脏指数、肾脏指数和脾脏指数的影响

2、LGG@Se对过量饮酒小鼠血清生化指标的影响

实验结果显示，过量酒精摄入导致小鼠血清总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平显著升高，高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平显著降低（图2A-D），同时血清谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)活性升高（图2E-F），表明酒精暴露引发血脂代谢紊乱和肝细胞损伤。LGG@Se干预效果：显著降低血清TC、TG、LDL-C水平，升高HDL-C水平，效果优于或相当于水飞蓟素（阳性对照）；显著降低ALT和AST活性，其中降低AST活性的效果显著优于同等活菌剂量的普通LGG。无机硒(Se)干预效果：仅能显著降低LDL-C水平，对TC、TG、HDL-C、ALT和AST无显著调节作用。上述结果表明，LGG@Se通过硒与益生菌的协同作用，能有效缓解酒精暴露引起的血脂代谢异常和肝细胞损伤，其综合效果显著优于单一益生菌或无机硒。

图2. LGG、LGG@Se和Se干预对过度饮酒小鼠血清生化指标的影响

3、LGG@Se对过量饮酒小鼠肝脏生化指标的影响

通过6周动物实验发现，过量酒精摄入显著降低肝脏过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)及酒精脱氢酶(ADH)等抗氧化酶活性，证实酒精暴露可诱导氧化应激并损害肝脏代谢功能（图3）。干预实验表明，LGG@Se能显著提升酒精暴露小鼠肝脏SOD、GSH-Px、CAT、ADH和乙醛脱氢酶(ALDH)活性，其改善SOD和GSH-Px活性的效果显著优于同等剂量的普通LGG。值得注意的是，虽然水飞蓟素能显著提高CAT、ADH和ALDH活性，但对SOD和GSH-Px无显著调节作用。这些结果证明，LGG@Se通过协同增强多种抗氧化酶系统，在缓解酒精诱导的氧化应激方面表现出比单一LGG或无机硒更优异的保护效果。

图3. LGG、LGG@Se和Se干预对过量饮酒小鼠肝脏生化指标的影响

4、LGG@S对肝脏和肠道组织病理学特征的影响

肝脏组织病理学分析显示，模型组小鼠出现肝细胞坏死、核收缩和炎性细胞浸润等典型酒精性肝损伤特征（图4A-B）。水飞蓟素和LGG@Se干预能显著改善肝细胞排列和形态学损伤，二者效果均较为显著。空肠组织学分析表明，酒精暴露会导致肠黏膜损伤、腺体结构破坏、隐窝缩短和杯状细胞减少（图4C-D）。LGG@Se、LGG、水飞蓟素和无机硒干预均能不同程度地改善空肠组织病理学特征。这些结果从组织形态学层面证实了LGG@Se对酒精诱导的肝肠损伤具有显著修复作用。

图4. LGG、LGG@Se和Se干预对过度饮酒小鼠肝脏和空肠组织病理学特征的影响

5、LGG@Se对过量饮酒小鼠粪便SCFAs水平的影响

短链脂肪酸(Short-Chain Fatty Acids, SCFAs)作为肠道菌群的重要代谢产物，在 “肠-肝” 轴中发挥关键作用。研究发现，酒精暴露显著升高小鼠粪便乙酸水平，同时降低丙酸、正丁酸和异丁酸含量（图5）。LGG@Se干预能显著降低异常升高的乙酸水平，并提升丙酸和正丁酸含量，其调节效果优于LGG和无机硒干预组。水飞蓟素干预则显著恢复粪便SCFAs整体水平。这些结果表明，LGG@Se通过协同调节肠道菌群代谢功能，在恢复酒精诱导的SCFAs代谢紊乱方面具有独特优势。

图5. LGG、LGG@Se和Se干预对过量饮酒小鼠粪便中SCFAs含量的影响

6、LGG@Se对过量饮酒小鼠肠道微生物群的影响

肠道菌群作为哺乳动物的 “第二基因组”，在ALI发展中起关键作用。研究发现，酒精暴露显著改变小鼠肠道菌群组成：Faecalibaculum、Lachnospiraceae NK4A136等条件致病菌丰度升高，而Lactobacillus、Butyricicoccus等有益菌显著减少（图6A）。LGG@Se干预展现出独特的菌群调节作用，能显著增加Clostridia_UCG-014、Eubacterium siraeum、Eubacterium xylanophilum及Lactobacillus(ASV396)等益生菌的丰度，同时降低 unclassified_f_Lachnospiraceae(ASV213)等潜在有害菌（图6C）。值得注意的是，LGG@Se对菌群的调节模式与普通LGG和无机硒存在明显差异：普通LGG主要促进Bifidobacterium(ASV519)、Lachnospiraceae UCG-006等益生菌生长（图6B），而无机硒则显著影响Bacteroides、Alistipes等菌群。这些结果从微生物生态学角度揭示了LGG@Se通过特异性重塑酒精紊乱的肠道菌群结构发挥肝保护作用的潜在机制。

图6. 模型组和对照组、LGG组和LGG@Se组之间肠道细菌属相对丰度的差异

相关性网络分析揭示了LGG@Se调控的关键肠道菌群与肝损伤指标间的密切关联：Lachnospiraceae NK4A136 group、Blautia等菌与粪便乙酸和血清LDL-C呈正相关，而Bacillus等菌则与LDL-C呈负相关；Faecalibaculum等致病菌与血清AST呈正相关，而Lachnospiraceae UCG-001、Lactobacillus等有益菌与AST呈负相关（图7）。值得注意的是，粪便丙酸、丁酸等有益短链脂肪酸与Lachnospiraceae UCG-001、Bacillus、Butyricicoccus等菌呈正相关，而与Lachnospiraceae NK4A136 group等菌呈负相关。肝脏SOD和GSH-Px活性与Eubacterium siraeum group等产SCFAs菌群显著正相关。这些结果从微生物-宿主代谢互作角度阐明了LGG@Se通过特异性调控“致病菌-益生菌-SCFAs-肝损伤指标”网络，从而缓解酒精性肝损伤的作用机制。

图7. 主要肠道微生物与生化参数之间的斯皮尔曼相关性分析

7、LGG@Se对过量饮酒小鼠肝脏代谢谱的影响

基于UPLC-QTOF/MS的非靶代谢组学分析表明，LGG@Se能显著调节酒精暴露小鼠的肝脏代谢谱。主成分分析(PCA)显示，无机硒组(Se)的代谢特征与其他组(Control、Model、LGG@Se)明显分离（图8A、9A），而偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)证实，LGG@Se干预可特异性逆转酒精诱导的代谢紊乱（图8B-C、9B-C）。在正离子模式(ESI+)下鉴定出67个差异代谢物（24个上调、43个下调），主要涉及乙醛酸和二羧酸代谢、鞘脂代谢等9条通路（图8D-E）；负离子模式(ESI-)下筛选出61个差异代谢物（21个上调、40个下调），显著富集于嘌呤代谢、柠檬酸循环（TCA循环）等12条代谢通路（图9D-E）。这些结果系统揭示了LGG@Se通过多靶点调控肝脏氨基酸代谢、能量代谢和氧化应激相关通路，从而改善酒精性肝损伤的分子机制。

图8. 在ESI+模式下通过UPLC-QTOF/MS进行肝脏代谢组学分析

图9. 在ESI-模式下通过UPLC-QTOF/MS进行肝脏代谢组学分析

8、LGG@Se对肝脏基因转录和蛋白质表达水平的影响

RT-qPCR和Western blot分析表明，LGG@Se能多靶点调控肝脏代谢关键基因的表达：在转录水平上显著上调低密度脂蛋白受体(Ldlr)、胆固醇7α-羟化酶(Cyp7a1)等脂质代谢基因和Ⅱ类酒精脱氢酶(ADH2)、乙醛脱氢酶2(ALDH2)等酒精代谢基因，同时抑制细胞色素P450 2E1(CYP2E1)和脂肪酸转运酶(Cd36)的表达（图10A）；在蛋白水平上显著提升Ldlr、肉碱棕榈酰转移酶-1(Cpt-1)等脂肪酸氧化相关蛋白及核因子E2相关因子2(Nrf2)、血红素氧合酶-1(HO-1)、GSH-Px等抗氧化蛋白的表达（图10B）。值得注意的是，LGG@Se对酒精代谢基因(ADH2/ALDH2)和抗氧化基因(CAT/GSH-Px)的调控效果优于普通LGG，而对脂质代谢基因(Ldlr/Cyp7a1)的调节作用优于无机硒。这些结果从分子水平揭示了LGG@Se通过协同激活脂肪酸β氧化、增强酒精代谢能力和抗氧化防御系统来改善酒精性肝损伤的作用机制。

图10. LGG、LGG@Se和硒干预对酒精性肝病小鼠肝肠组织基因转录和蛋白表达的影响

9、LGG@Se对肠道屏障相关蛋白表达水平的影响

Western blot分析显示，酒精暴露会显著降低空肠紧密连接蛋白ZO-1、Occludin和Claudin-1的表达水平，导致肠道屏障通透性增加（图10C）。LGG和LGG@Se干预均能显著上调这三种关键紧密连接蛋白的表达，增强肠道屏障功能。这些结果证实LGG@Se通过特异性增强肠道上皮紧密连接蛋白表达，有效维护肠道屏障完整性，从而减缓酒精诱导的“肠-肝轴”损伤进程。该机制与其调控肠道菌群和肝脏代谢的功能共同构成了LGG@Se多靶点防护酒精性肝损伤的作用网络。

研究结论

本文首次系统揭示了富硒鼠李糖乳杆菌LGG@Se缓解酒精性肝损伤的多重保护机制：通过显著改善脂质代谢紊乱和氧化应激损伤、调节肠道菌群平衡、增强肠黏膜屏障功能，并调控肝脏脂代谢和抗氧化相关基因表达，其效果显著优于普通LGG和无机硒。研究成果不仅证实了硒强化培养可有效增强益生菌的肝保护活性，更为开发新型富硒益生菌制剂预防酒精性肝损伤提供了理论依据。后续研究需通过临床试验进一步验证LGG@Se在人体中的功效和作用机制。

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