FSHW | 植物乳植桿菌YY-112胞外多糖的免疫調(diào)節(jié)潛力

本文系Food Science and Human Wellness原創(chuàng)編譯，歡迎分享，轉(zhuǎn)載請授權(quán)。

Introduction

胞外多糖（Exopolysaccharides，EPS）是乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB）重要代謝產(chǎn)物，其被公認為安全且可發(fā)揮多種生物活性，應(yīng)用前景廣闊。在產(chǎn)生EPS的LAB中，植物乳植桿菌是眾所周知的具有益生潛力的益生菌之一，且其具有靈活的適應(yīng)生態(tài)位和多樣性，受到研究者廣泛關(guān)注。已有研究表明，植物乳植桿菌EPS具有免疫調(diào)節(jié)潛力并涉及多種作用方式，如激活免疫細胞，觸發(fā)免疫反應(yīng)和調(diào)節(jié)腸道菌群，但不同EPS的作用效果并不相同。目前仍然缺乏關(guān)于植物乳植桿菌EPS對免疫系統(tǒng)全面系統(tǒng)的研究，特別是其在免疫失衡小鼠中的表現(xiàn)仍有待探索。

來源于植物乳植桿菌YY-112的酸性EPS（YEPS），分子量較小（5.9×104 Da），由葡萄糖、甘露糖、葡糖胺、半乳糖和鼠李糖組成（摩爾比為62.69∶85.85∶2.46∶2.92∶1.00），體外研究已證明其可通過口腔和胃腸道而不被降解，能減少腸道有害氣體，有益于腸道菌群結(jié)構(gòu)和短鏈脂肪酸的產(chǎn)生，是一種能調(diào)節(jié)宿主免疫的潛在新物質(zhì)。本研究初步考察了YEPS對正常小鼠可能產(chǎn)生的免疫調(diào)節(jié)作用，并在免疫失衡小鼠模型中進一步研究了YEPS的免疫調(diào)節(jié)活性及潛在調(diào)節(jié)機制，為將YEPS用作新型食品添加劑提供了理論依據(jù)。

圖1 來源于植物乳植桿菌YY-112的YEPS的免疫調(diào)節(jié)潛力

Results and Discussion

YEPS對正常小鼠健康狀況的影響

YEPS對正常小鼠體質(zhì)量的影響如圖2A所示。經(jīng)過28 d的YEPS干預(yù)后，NME組小鼠的體質(zhì)量增加，但增長速率低于NC組。NME組和NC組的胸腺、腎臟、肝臟和脾臟器官系數(shù)無明顯差異（圖2B）。兩組的ALB和TNF-α水平?jīng)]有明顯差異（圖2D和J）。與NC組相比，TP水平大幅升高（圖2C），而ALP、CHO、TG、IL-6和IFN-γ水平則有所下降（圖2E-I）。尤其是ALP在兩組間存在明顯差異（P＜0.05；圖2E）。

圖2 YEPS對正常小鼠體質(zhì)量、臟器系數(shù)及血液生化的影響

YEPS對正常小鼠腸道菌群的影響

NC組和NME組的特有的ASV數(shù)目分別為562和638，共有的ASV數(shù)目為685（圖3A）。與NC組相比，NME組Shannon和Simpson指數(shù)沒有顯著變化，但Chao1指數(shù)顯著增加（圖3B-D）。兩組之間的主成分分析（PCA）結(jié)果無明顯差異（圖3E）。與NC組相比，NME組的腸道菌群在稀有類群的存在與否方面存在顯著差異（圖3F），而在物種相對豐度方面沒有發(fā)現(xiàn)顯著差異（圖3G）。

兩組中的優(yōu)勢菌門為厚壁菌門（Firmicutes）、脫硫桿菌門（Desulfobacterota）、髕骨細菌門（Patescibacteria）、放線菌門（Actionobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）（圖3H）。盡管YEPS處理改變了主要門類的相對豐度，但未觀察到顯著差異。YEPS處理后，Enterorhabdus和norank_f__norank_o__Clostridia UCG-014的相對豐度顯著上升，而unclassified_c__Bacilli的相對豐度顯著下降，其他優(yōu)勢菌屬的相對豐度沒有明顯變化（圖3I-L）。線性判別分析效應(yīng)大小（LEfSe）結(jié)果表明，NME組的Clostridia_UCG-014目，Xanthobacteraceae科以及Lachnospiraceae_NK4A136_group、Eubacterium_xylanophilum_group和Tuzzerella屬的LDA得分更高（LDA＞3.57）。

利用斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)評估了生化指標與屬級腸道菌群（相對豐度前30）之間的相關(guān)性（圖3O）。其中，在YEPS處理下，顯著增加的norank_f__Oscillospiraceae的相對豐度與ALP水平呈負相關(guān)；Gordonibacter的相對豐度增加，其與TP的增加呈正相關(guān)；NK4A214_group和norank_f__Oscillospiraceae的相對豐度增加，而Ruminococcus的相對豐度降低，這與TP水平的降低有關(guān)；Candidatus_Saccharimonas的相對豐度增加與CHO水平呈正相關(guān)。此外，IL-6水平與Staphylococcus的相對豐度呈正相關(guān)，而與Eubacterium_xylanophilum_group和Monoglobus的相對豐度呈負相關(guān)。在YEPS干預(yù)后，Staphylococcus的相對豐度降低，Eubacterium_xylanophilum_group和Monoglobus的相對豐度升高。因此，YEPS可能會通過腸道微生物群影響小鼠的生化指標。

圖3 YEPS對正常小鼠腸道菌群的影響

YEPS對免疫失衡小鼠健康狀況的影響

小鼠模型的實驗設(shè)計如圖4A所示。模型小鼠的體質(zhì)量在連續(xù)注射環(huán)磷酰胺3 d后顯著下降（圖4B）。與MC組相比，PC組、ME組和HE組對體質(zhì)量恢復(fù)無明顯影響，而LE組體質(zhì)量增加。MC組小鼠的脾臟系數(shù)明顯高于NC組（圖4F），而左旋咪唑和YEPS的干預(yù)都緩解了這一趨勢。YEPS對TP和ALB水平無明顯不良影響，但ME組的ALP水平明顯降低。與正常小鼠一樣，中劑量YEPS（100 mg/kg）能顯著降低免疫失衡小鼠的ALP水平。考慮肝臟系數(shù)沒有明顯變化，因此ALP的變化可能預(yù)示著小鼠其他健康方面的問題，這有待進一步研究。如圖4J和K所示，免疫失衡小鼠的CHO和TG水平變化趨勢相似，各干預(yù)組的CHO和TG水平與NC和MC組相比無明顯差異。

圖4 YEPS對免疫失衡小鼠健康狀況的影響

YEPS對免疫失衡小鼠免疫球蛋白、細胞因子和全血細胞計數(shù)的影響

如圖5A-F所示，各組間IgA、IgM、IgG、IFN-γ和TNF-α的水平無顯著差異。環(huán)磷酰胺處理后IL-6濃度升高，左旋咪唑和YEPS處理后可逆轉(zhuǎn)這一趨勢。在正常小鼠中觀察到100 mg/kg YEPS對血清IL-6水平也有同樣的降低作用。環(huán)磷酰胺對血液學參數(shù)有不利影響（圖5G-J）。與NC組相比，MC組的NEU、MCV和PLT水平顯著增加，而LYMs水平顯著下降。與MC組相比，200 mg/kg YEPS使NEU、LYMs、MCV和PLT的水平顯著朝正常小鼠變化，100 mg/kg YEPS顯著恢復(fù)了LYMs水平。

圖5 YEPS對免疫有關(guān)生化指標的影響

YEPS對免疫器官和腸道屏障組織形態(tài)學的影響

利用H&E染色法評估小鼠脾臟和結(jié)腸的組織損傷情況。如圖6A所示，MC組紅髓和白髓的結(jié)構(gòu)受到破壞，界限模糊，脾細胞排列稀疏。但經(jīng)過左旋咪唑和YEPS干預(yù)后，組織病理狀態(tài)得到改善。如圖6B所示，MC組上皮細胞受損，出現(xiàn)了炎性細胞浸潤，隱窩縮短，杯狀細胞減少。YEPS干預(yù)后結(jié)腸隱窩和上皮細胞結(jié)構(gòu)更加完整，杯狀細胞增多。免疫熒光表明，HE組較MC組藍色熒光所包圍的呈現(xiàn)綠色熒光的MUC2呈現(xiàn)出更為明顯的大面積隱窩狀。環(huán)磷酰胺似乎沒有影響Occludin和ZO-1的表達和分布。與MC組相比，YEPS干預(yù)小鼠結(jié)腸隱窩中的代表Occludin的綠色熒光顯示出更多的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，治療效果與左旋咪唑相似甚至更好。

圖6 YEPS對脾和腸屏障組織形態(tài)學的影響

YEPS對免疫失衡小鼠腸道菌群的影響

在門和屬水平上分析各組菌群組成以確定環(huán)磷酰胺和YEPS引起的腸道菌群變化（圖7A-B）。各組中的優(yōu)勢菌門與菌屬與在正常小鼠中觀察到的結(jié)果類似。進一步根據(jù)Wilcoxon秩和檢驗分析方法，分析了各組菌群組成在屬水平上的差異（圖7D）。與NC組相比，MC組中的有益菌Bifidobacterium相對豐度顯著減少，50 mg/kg YEPS干預(yù)后其相對豐度有所增加。與MC組相比，ME組的Bacillus、unclassified_c__Bacilli、Lachnoclostridium和Eubacterium_xylanophilum_group的相對豐度顯著減少。此外，MC組中有害菌Desulfovibrio的相對豐度增加，經(jīng)200 mg/kg YEPS干預(yù)后其相對豐度顯著降低。YEPS改善了腸道菌群結(jié)構(gòu)，但不同劑量的YEPS效果各不相同。

圖7C展示了小鼠免疫有關(guān)指標與腸道菌群（相對豐度前16）之間的相關(guān)性。Bifidobacterium的相對豐度與脾臟系數(shù)呈顯著負相關(guān)，與IgM水平呈顯著正相關(guān)。環(huán)磷酰胺導(dǎo)致MC組Bifidobacterium相對豐度顯著降低，這或許與MC組脾臟腫大具有聯(lián)系。Desulfovibrio的相對豐度與NEU濃度呈顯著正相關(guān)，Lachnoclostridium的相對豐度與LYM水平呈顯著負相關(guān)。此外，Eubacterium_xylanophilum_group的相對豐度與脾臟系數(shù)呈顯著正相關(guān)，與CHO、TG和LYM水平呈顯著負相關(guān)。YEPS干預(yù)后，以上菌屬的相對豐度降低，可能有助于緩解脾腫大和逆轉(zhuǎn)CP引起的生化指標的異常改變。結(jié)果表明，環(huán)磷酰胺引起小鼠腸道微生態(tài)失調(diào)，而YEPS則能改善腸道菌群結(jié)構(gòu)，但無明顯的劑量反應(yīng)關(guān)系。

圖7 YEPS對免疫失衡小鼠腸道菌群的影響

Conclusion

本研究首次證明了YEPS在減輕環(huán)磷酰胺引起的小鼠免疫失衡中的關(guān)鍵作用。YEPS不會對小鼠造成不良影響，可控制LYMs水平，減輕環(huán)磷酰胺引起的脾臟病理變化，保護腸道化學和機械屏障。同時，YEPS還能有效改善腸道微生物結(jié)構(gòu)，這可能是YEPS提高免疫功能低下小鼠免疫力的原因之一。總之，從植物乳植桿菌YY-112中提取的YEPS可能是一種能改善宿主免疫的潛在新物質(zhì)。然而，YEPS發(fā)揮免疫保護作用的詳細機制仍有待探索。

第一作者

羅夢帆，南京師范大學食品與制藥工程學院2021級碩士研究生，主要從事益生菌篩選、鑒定以及益生功能研究。目前已以第一作者發(fā)表SCI論文2篇，其中1篇被選為Food & Function封面論文，并申請發(fā)明專利2項。

通信作者

楊穎，女，博士，浙江省農(nóng)業(yè)科學院食品科學研究所副研究員。主要從事功能性益生因子挖掘篩選、益生菌發(fā)酵及代謝調(diào)控、傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品現(xiàn)代化及品質(zhì)提升、功能食品精準制造等方面的研究。先后主持國家基金、省重點研發(fā)、地市級重大專項、企業(yè)技術(shù)委托等各類科研項目近20項，第一發(fā)明人獲授權(quán)專利8項，發(fā)表論文30余篇。致力于產(chǎn)學研聯(lián)合攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化推廣，積極支持企業(yè)技術(shù)升級、拓展市場，取得較好業(yè)績。主持研發(fā)的低醇精釀彩色果酒、胡柚果酒等成功轉(zhuǎn)化，合作研發(fā)的鐵皮石斛汁也在溫州生產(chǎn)上市。相關(guān)成果獲浙江省科學技術(shù)獎二等獎1項、浙江省科學技術(shù)獎三等獎1項，2019年省委省政府授予“省級優(yōu)秀農(nóng)村工作指導(dǎo)員”稱號。

通信作者

郭宇星，女，博士，教授，博士生導(dǎo)師，南京師范大學科學技術(shù)研究院副院長，食品與制藥工程學院副院長。主要從事益生菌開發(fā)、畜產(chǎn)品加工和食品功能因子以及乳制品加工及乳品功能因子等方面研究。江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”培養(yǎng)對象；南京師范大學百名青年領(lǐng)軍人才；南師大青藍工程優(yōu)秀骨干教師。先后主持國家自然科學基金4項，江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金等省級項目10余項；發(fā)表SCI及EI論文90余篇，其中一作及通信作者發(fā)表SCI一區(qū)文章20余篇，申請及授權(quán)國家發(fā)明專利30余項；獲省科技進步獎二等獎2項、市科技進步二等獎1項。中國畜產(chǎn)品加工研究會青年工作委員會委員；中國食品科學技術(shù)學會益生菌分會理事；《食品研究與開發(fā)》編委；《食品科學》青年編委。

Immunomodulatory potential of exopolysaccharides from Lactiplantibacillus plantarum YY-112

Mengfan Luoa,b, Wanyi Zhoua, Wenyang Taoa, Jianrong Xinga, Jingrui Lia, Yuxing Guob,*, Ying Yanga,*

a Institute of Food Science, Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310021, China

b School of Food Science and Pharmaceutical Engineering, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China

*Corresponding author.

Abstract

In vitro simulated colonic fermentation studies have shown the prebiotic potential of exopolysaccharides from Lactiplantibacillus plantarum YY-112 (YEPS). Its immunomodulatory effects and related mechanisms were systematically investigated in this study. We observed that YEPS intervene in immune responses and improve intestinal microbial structure in normal mice, including significantly increasing the relative abundance of Enterorhabdus and norank_f_norank_o_Clostridia UCG-014 as well as decreasing that of unclassified_c_Bacilli (P < 0.05). In the immunocompromised mouse model, YEPS decreased interleukin-6 levels (P < 0.05) and protected the spleen by regulating lymphocyte levels. YEPS preserved the intestinal barrier by improving Mucin 2, Zonula occludens protein 1, and Occludin expression. Moreover, YEPS significantly reduced the relative abundance of Bacillus, unclassified_c_Bacilli, Lachnoclostridium, Eubacterium_xylanophilum_group, and Desulfovibrio (P < 0.05), potentially enhancing mice immunity by improving the intestinal microbiota associated with immune function. In conclusion, YEPS can be used as a natural functional extract with prebiotic effects that may improve host immunity. This provided the basis for the application of YEPS as a novel potential food additive.

Reference:

LUO M F, ZHOU W Y, TAO W Y, et al. Immunomodulatory potential of exopolysaccharides from Lactiplantibacillus plantarum YY-112[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(6): 9250144. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250144.

本文編譯內(nèi)容由作者提供

編輯：梁安琪；責任編輯：孫勇

封面圖片：攝圖網(wǎng)

為匯聚全球智慧共探產(chǎn)業(yè)變革方向，搭建跨學科、跨國界的協(xié)同創(chuàng)新平臺，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監(jiān)督管理總局技術(shù)創(chuàng)新中心（動物替代蛋白）、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，西南大學、 重慶市農(nóng)業(yè)科學院、 重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、重慶工商大學、 重慶三峽科技大學 、西華大學、成都大學、四川旅游學院、北京聯(lián)合大學、 中國-匈牙利食品科學“一帶一路”聯(lián)合實驗室（籌）、 普洱學院 共同主辦 的“ 第三屆大食物觀·未來食品科技創(chuàng)新國際研討會 ”， 將于2026年4月25-26日 （4月24日全天報到） 在中國 重慶召開。

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