編譯：微科盟噗噗，編輯：微科盟居居、江舜堯。

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導讀  

高脂飲食引起的脂質代謝紊亂已成為嚴重的公共衛(wèi)生問題之一，并在世界范圍內造成了嚴重的經濟和社會負擔。從自然界分離的安全益生菌被認為是預防和改善飲食誘導的脂質代謝紊亂和相關慢性疾病的一種新的補充策略。本文綜述了益生菌在高脂飲食誘導的脂質代謝紊亂中的最新研究進展，旨在為益生菌的調節(jié)功能研究提供參考。此外，還概述了降脂益生菌的篩選標準和一般來源，以迅速擴大微生物物種資源庫，促進天然降脂菌功能性食品的開發(fā)。通過對益生菌在體外、體內甚至人體臨床數據的回顧，我們提出了益生菌激活AMPK信號通路，調節(jié)脂肪合成和分解，并積極影響腸道菌群結構、腸道屏障功能和全身炎癥反應，這些有益作用沿腸-肝軸放大。通過HMGCR/FXR/SHP信號通路調節(jié)腸道菌群代謝物(如SCFAs和BAs)，從而有效改善高脂飲食引起的脂質代謝紊亂。

論文ID

原名：The ameliorative effect of probiotics on diet-induced lipid metabolism disorders: A review

譯名：益生菌對飲食誘導的脂質代謝紊亂的改善作用

期刊：Critical Reviews in Food Science and Nutrition

IF：11.208

發(fā)表時間：2022.10

通訊作者：王玉華，劉景圣

通訊作者單位：吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院

DOI號：10.1080/10408398.2022.2132377

綜述目錄

1 前言 2 具有降脂能力的益生菌 3 益生菌調節(jié)HFD導致的脂質代謝紊亂的機制   3.1 益生菌對脂質代謝相關信號通路的調節(jié)作用   3.2 益生菌調節(jié)腸道菌群及其代謝產物改善脂質代謝紊亂   3.3 益生菌通過調節(jié)腸-肝軸改善脂質代謝紊亂 4 結語

主要內容

1 前言

長期高脂飲食(HFD)由于攝入過量飽和脂肪酸導致脂質代謝紊亂，其特征是血漿高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平降低，體內甘油三酯(TG)、總膽固醇(TC)和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)濃度升高。近年來，有研究報道表明，脂質代謝紊亂的發(fā)生常伴有高脂血癥、肥胖癥、2型糖尿病、高血壓和心血管疾病(CVDs)。根據世界衛(wèi)生組織發(fā)布的最新統(tǒng)計報告，隨著人口老齡化，慢性疾病成為越來越多人的主要健康風險。2000-2019年期間，全球所有年齡組的四種主要慢性病包括糖尿病、心血管疾病、癌癥和慢性呼吸道疾病。從全球來看，自2000年以來，心血管疾病和糖尿病導致的死亡人數分別增加了25%和72%，2019年迅速達到1700萬和200萬。報告還指出，2000-2016年，年齡標準化的成年人肥胖患病率(BMI > 30 kg/m2)從8.7%上升至13.1%，2016年有6.5億肥胖人群，27.5%的成年人運動不足。與此同時，全球高血壓年齡標準化患病率(上壓>140 mmHg或下壓>90 mmHg)為22.1%(世衛(wèi)組織2021年)。由此可見，由脂質代謝紊亂引起的亞健康人群比例日益增加，給世界帶來了巨大的經濟和社會壓力，成為當代健康領域面臨的重大挑戰(zhàn)。 臨床上，他汀類藥物、膽汁酸結合樹脂、煙酸、貝特類藥物和ω-3多不飽和脂肪酸等化學合成藥物被廣泛用于預防血脂異常，但由于昂貴的治療成本和嚴重的副作用，如患者出現(xiàn)腹瀉、惡心、肌炎和肝功能異常，無法達到預期效果。因此，人們越來越需要科學的營養(yǎng)策略來調節(jié)脂類代謝紊亂。世界衛(wèi)生組織將益生菌定義為適量給予宿主有益于健康的活微生物。近年來，益生菌在腸道健康、免疫系統(tǒng)、高血壓、高脂血癥、肥胖和糖尿病等方面的有益作用被廣泛報道。相應地，消費者開始敏銳地意識到飲食對健康的有利影響，這導致益生菌成為增長最快的功能性食品領域，預計到2022年市場上的銷售額將達到640.2億美元。益生菌作為一種低成本、高安全性的功能性食品，在慢性病醫(yī)療費用不斷上漲的特殊背景下，已發(fā)展成為一種預防或改善飲食引起的脂質代謝紊亂的創(chuàng)新策略，因此有必要闡明益生菌調節(jié)飲食誘導的脂質代謝紊亂的機制。

本文就益生菌對脂質代謝紊亂的潛在作用機制的研究現(xiàn)狀進行了綜述。同時，也為利用天然降脂菌株開發(fā)功能食品提供理論依據。

2 具有降脂能力的益生菌 益生菌作為一種活菌類型，因其對宿主具有多種促進健康的功能而受到越來越多的關注，因此，世界各國都在努力從當地天然和傳統(tǒng)產品中分離益生菌菌株。益生菌的特性鑒定可采用各種各樣的試驗，根據聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織(FAO)/世衛(wèi)組織工作組的意見，主要有以下試驗：(i)對胃腸酸的耐受性；(ii)膽汁酸抗性；(iii)膽鹽水解酶(BSH)活性；(iv)對粘液或上皮細胞系的粘附；(v)抗菌活性；(vi)抑制病原體的能力。除上述基本試驗外，分離降脂益生菌還有特殊要求。通常情況下，當個體中膽固醇和脂肪酸濃度較高時，脂肪就會積聚，因此，清除膽固醇的能力被認為是體外分離降脂益生菌的必要測試。另一方面，3T3-L1前脂肪細胞和HepG2細胞是從細胞和分子水平進一步研究益生菌調節(jié)脂質代謝紊亂機制的適用細胞系。還值得注意的是，糧農組織/世衛(wèi)組織聯(lián)合工作組應先使用動物模型，然后進行人體試驗，以證實益生菌對人類使用的有效性。

最近，一些益生菌包括Lactobacillus plantarum、L. sakei、L. fermentum、L. rhamnosus、L. acidophilus、L. paracasei、L. sakei、Pediococcus pentosaceus和Bifidobacterium被證實可以通過改善脂質和糖代謝、抑制代謝性炎癥、調節(jié)腸道菌群的內穩(wěn)態(tài)和代謝物來緩解飲食引起的脂質代謝紊亂(表1)。脂肪組織過度積累已被證明與代謝健康效應相關，因此，抑制脂肪細胞增殖和分化有助于預防哺乳動物的食欲、體重增加、高脂血癥、肥胖和2型糖尿病。在3-異丁基-1-甲基黃嘌呤、地塞米松和胰島素(MDI)的刺激下，3T3-L1前脂肪細胞分化為含有脂滴的成熟脂肪細胞，而L. fermentum MG4231、L. fermentum MG4244和L. plantarum(LP、LSL14)菌株處理后，3T3-L1脂肪細胞內甘油三酯的產生減少了50%以上。同時，MG4231和MG4244菌株對上皮細胞具有良好的粘附性，與HT-29細胞的結合率分別為3.35±0.33%和4.00±1.40%。此外，L. acidophilus NX2-6可以降低油酸誘導的HepG2細胞脂肪變性中高水平的TG、LDL-C、LDH和MDA。在油酸和膽固醇誘導的HepG2細胞模型中，L. casei LC2W和L. plantarum AR113已被證實能降低3-羥基-3-甲基戊二酰-輔酶A還原酶(HMGCR) mRNA的表達。值得注意的是，L. plantarum AR113和L. casei LC2W似乎都能在體外以BSH依賴性方式改善脂肪變性。

表1 益生菌菌株對脂質代謝紊亂及相關疾病的影響。

此外，許多益生菌，包括L. plantarum LC27、Bifidobacterium longum LC67、L. rhamnosus BFE5264、P. pentosaceus KID7和L. plantarum YS5通過調節(jié)小鼠血清和肝臟中的脂質分布(包括TC、TG、LDL-C和HDL-C)來抑制飲食誘導的脂質代謝紊亂。其中，從小米發(fā)酵中分離得到的P. pentosaceus KID7具有去結合牛磺酸脫氧膽酸(TDCA)、甘氨膽酸(GCA)和?；悄懰?TCA)的BSH活性，并在添加500 μg/ml膽固醇的Man-Rogosa-Sharpe培養(yǎng)基中觀察到膽固醇濃度下降了40%。從自制酸奶中分離到的L. plantarum YS5具有較強的耐酸和膽汁脅迫能力、抗菌活性和生長細胞對膽固醇的高去除能力(84%)。同樣，從發(fā)酵乳飲料中篩選出Enterococcus faecium WEFA23和L. fermentum SM-7，它們的膽固醇去除能力可以降低HFD誘導小鼠的體重、胰島素抵抗和動脈粥樣硬化指數。這些結果表明，BSH活性和降膽固醇能力對于篩選具有降脂能力的益生菌是必不可少的，這在與脂質代謝紊亂相關的細胞和動物模型中得到了廣泛的驗證。 不僅有越來越多的證據表明益生菌在細胞和動物試驗中對脂質代謝紊亂具有調節(jié)作用，而且現(xiàn)有的人體數據也顯示益生菌對與肥胖脂肪生成相關的代謝性疾病具有改善作用。在一項隨機、雙盲和安慰劑對照研究中，60名BMI ≥ 25 kg/m2 的超重志愿者服用L. plantarum Dad-13(2×109 CFU/克/小袋) 90天，其中L. Plantarum Dad-13導致平均體重分別從84.54±17.64 kg下降至83.14±14.71 kg和33.10±6.15 kg/m2下降至32.57±5.01 kg/m2。有趣的是，糞便菌群分析表明，在L. plantarum Dad-13處理組中，擬桿菌，特別是Prevotella的相對數量顯著增加，而厚壁菌門的相對數量則大幅減少。另一個可比較的發(fā)現(xiàn)是，L. rhamnosus CGMCC1.3724可顯著降低脂肪量、循環(huán)瘦素水平和糞便中毛螺菌科(Lachnospiraceae)的相對豐度，從而誘導女性體重減輕。多項研究也證實，在血脂代謝障礙志愿者的不同臨床試驗中，L. plantarum KY1032、L. curvatus HY7601、L. acidophilus、L. bulgaricus、L. bifidum和L. casei抑制體重、脂肪量和血脂的增加。 然而，自然界中降脂益生菌的一般來源在哪里?在過去十年中，花卉、生蔬菜和水果作為具有促進健康特性的益生菌物種的來源吸引了更多的關注。此外，如圖1所示，值得注意的是，自然發(fā)酵食品已被探索為分離有益于調節(jié)脂類代謝紊亂的益生菌菌株的有利來源，其中一些選定菌株可表現(xiàn)出與微生物群調節(jié)、低膽固醇血癥、高血脂、低血糖和肥胖相關的重要健康影響。然而，這些降脂益生菌對脂質代謝紊亂的具體調節(jié)機制尚未完全總結，我們就此進行詳細的綜述。

圖1 從常規(guī)來源中分離具有降脂能力的益生菌。①從天然發(fā)酵食品(泡菜、東北酸菜、蝦醬、黃酒、酸奶等)中分離出具有降脂能力的益生菌；②通過包括降膽固醇、降膽鹽等必不可少的篩選試驗，篩選出具有降脂能力的益生菌。③以往研究報道中具有降脂能力的益生菌對飲食誘導的脂質代謝紊亂有改善作用。

3 益生菌調節(jié)HFD導致的脂質代謝紊亂的機制

3.1 益生菌對脂質代謝相關信號通路的調節(jié)作用 脂肪生成和分解在正常生理條件下維持相對的動態(tài)平衡，而過度的HFD是導致這種平衡失調的主要原因，這可能會導致脂代謝紊亂。研究表明，肝臟作為調節(jié)脂代謝的中樞器官，與HFD引起的血脂水平、脂質合成和分解密切相關。5′-腺苷單磷酸活化蛋白激酶(AMPK)作為參與脂質代謝的細胞內能量感受器，在肝臟中大量表達，可以監(jiān)測細胞的能量狀態(tài)，調節(jié)脂肪酸的合成和氧化，合成和轉化膽固醇。然而，HFD可以通過靶向各種產脂和脂解相關基因來使AMPK失活，從而導致脂肪在體內過度積累。 近年來，AMPK信號通路在益生菌調節(jié)HFD誘導的脂質代謝紊亂方面做出了突出貢獻。例如，從東北酸菜中分離的P. pentococcus PP04和L. plantarum LP104可以通過激活AMPK信號通路顯著抑制乙酰CoA羧化酶(ACC)活性，下調固醇調節(jié)元件結合蛋白-1(SREBP-1)、脂肪酸合成酶(FAS)和硬脂酰輔酶A去飽和酶(SCD)的表達，從而直接抑制脂類合成。此外，TG從肝臟延遲轉運也會導致脂質沉積，PP04顯著增加微粒體甘油三酯轉移蛋白(MTP)的表達。同時，AMPK激活后可觸發(fā)過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)，通過增強下游的肉堿棕櫚酰轉移酶-1(Cpt1)和?；o酶A氧化酶(Acox)的表達來促進線粒體脂肪酸β氧化，而L. plantarum HAC01通過增加CPT1和ACOX的表達來改善肥胖。 來自大米發(fā)酵飲料的MKK4，其主要通過上調脂質轉錄因子(包括PPARα和PPARδ)發(fā)揮抗肥胖作用。GPR43是參與脂肪細胞脂質代謝的G蛋白偶聯(lián)受體(GPRs)的重要成員，在3T3-L1細胞和HFD喂養(yǎng)的小鼠中，GPR43蛋白水平在B. animalis subsp. lactis A6給藥后均顯著升高。GPR43的激活可能通過Ca2+/CAMKK途徑調節(jié)AMPK活性，BAA6通過靶向GPR43/AMPK信號通路產生豐富的乙酸激活PPARα，促進脂肪酸氧化。 HFD誘導的大量甘油三酯在肝臟中合成，分泌到血液中，并運輸到包括脂肪組織在內的外周器官。同時，HFD通過促進脂肪細胞的增殖和分化，破壞能量攝入和消耗的失衡，導致脂肪組織過度沉積。CCAAT/增強子結合蛋白β和δ(C/EBPβ和C/EBPδ)基因在分化的早期階段被激活，然后C/EBPα和PPARγ在脂肪形成的后期被介導表達。脂蛋白脂肪酶(LPL)、脂肪細胞特異性脂肪酸結合蛋白(aP2)、FAS和ACC等下游靶基因通過激活C/EBPα和PPARγ來調節(jié)脂質積累。因此，抑制脂肪細胞分化可以預防肥胖及其相關疾病。有趣的是，一些研究表明，益生菌直接調節(jié)脂肪細胞的積累。L. curvatus HY7601和L. plantarum KY1032的混合物通過降低3T3-L1細胞中PPARγ、C/EBPα、LPL和FAS的表達來抑制瘦素的分泌，表明益生菌通過抑制脂肪生成對肥胖和相關代謝疾病有效。脂肪細胞特異性分泌瘦素，瘦素是一種激素，通過對中樞神經系統(tǒng)靶點的作用調節(jié)食物攝入和能量消耗之間的平衡。值得注意的是，高循環(huán)濃度的瘦素會抑制AMPK信號的激活。最近的一項研究表明，B. longum subsp.infantis YB0411通過激活AMPK、抑制mTOR1信號轉導途徑，降低C/EBPβ、C/EBPδ和aP2的表達，從而有效地抑制小鼠脂肪形成和高脂誘導的肥胖。據報道，AMPK的磷酸化抑制mTOR1功能，通過直接抑制PPARγ的表達水平來限制mTOR1介導的脂肪生成。L. fermentum MG4231和MG4244對脂質積聚的抑制作用是通過增強3T3-L1前脂肪細胞中AMPK信號通路介導的激素敏感脂肪酶(HSL)活性的磷酸化來調節(jié)的。HSL和脂肪甘油三酯脂肪酶(ATGL)是主要的限速酶，ATGL催化甘油三酯水解主要生成二酰甘油，HSL具有DG脂肪酶的功能，但HSL和ATGL都可以被AMPK修飾。L. paracasei 1 F-20、L. fermentum F40-4和B. animalis subsp.lactis F1-7下調了SREBP-1c和PNPLA3基因的表達，從而改善了HepG2細胞2型糖尿病。PNPLA3是馬鈴薯糖蛋白磷脂酶家族的重要成員，可直接通過易感基因SREBP-1介導。相對于HFD喂養(yǎng)的小鼠，L. plantarum MTCC5690和L. fermentum MTCC5689處理通過增加空腹誘導脂肪細胞因子(FIAF)基因的表達，降低了系統(tǒng)TG水平，并且FIAF已被證明可以拮抗LPL，LPL通過阻止TG以脂肪形式儲存在調節(jié)脂質代謝中發(fā)揮重要作用。在另一項研究中，B. longum通過增加細胞內和腸道內FIAF的水平(分別為47.16±20.23%和83.15±17.51%)來改善肥胖，從而抑制LPL活性(10.01±5.14%)和TG儲存(30.68±9.80%)。 此外，值得注意的是，除了活菌外，還有幾種熱殺菌對飲食誘導的脂質代謝紊亂具有潛在的抑制作用。L. reuteri GMNL-263活菌和死菌通過顯著降低血糖、胰島素、低密度脂蛋白膽固醇/高密度脂蛋白膽固醇、甘油三酯和總膽固醇，對高脂血癥小鼠的代謝綜合征有相似的改善作用，其機制可能是通過顯著降低肝臟中促脂基因SREBP-1c、FAS和碳水化合物反應元件結合蛋白(ChREBP)的表達來抑制肝臟脂質堆積。此外，將熱滅活的S. thermophilus口服給藥于喂食HFD的糖尿病大鼠模型，其通過降低空腹血糖水平、改善葡萄糖耐受不良和血清總膽固醇顯示出緩解作用。圖2總結了一些觀察結果，強調了一些降脂益生菌在脂肪酸氧化和脂肪生成過程中的調節(jié)作用。

圖2 益生菌通過調節(jié)脂肪生成/脂肪分解相關的信號通路改善飲食誘導的脂代謝紊亂的機制。i 益生菌激活AMPK，繼而觸發(fā)ACC、SREBP-1、FAS和SCD1抑制脂肪生成。C/EBPβ和C/EBPδ基因控制成脂分化的早期階段，C/EBPα和PPARγ參與成脂分化的晚期階段，AMPK的磷酸化抑制了mTOR1，mTOR1通過抑制PPARγ的表達水平來限制脂肪形成。FIAF作為PPARγ的下游靶基因，通過抑制LPL活性降低甘油三酯的積累。ii 激活AMPK可增強PPARα的表達，從而增加CPT1和ACOX的表達，促進脂肪酸β氧化。iii HSL和ATGL被認為是經典的脂解調節(jié)因子，通過使用益生菌來抑制脂肪堆積。紅色箭頭：高脂飲食或高膽固醇飲食促進或抑制這些活動。綠色箭頭：益生菌促進或抑制的活動。

3.2 益生菌調節(jié)腸道菌群及其代謝產物改善脂質代謝紊亂

3.2.1 益生菌對腸道菌群的調節(jié)作用

人類腸道菌群是一個復雜的生態(tài)系統(tǒng)，由大約1-2 kg的微生物組成，其中包括至少數千種不同的細菌種類，這些細菌與健康和疾病的各個方面密切相關。HFD作為一種不均衡的飲食，會導致多種代謝紊亂，包括胰島素抵抗、2型糖尿病、高脂血癥和肥胖，這些都與腸道菌群失調密切相關。這是由于腸道菌群失衡可能促進膳食能量提取、脂肪合成和脂肪組織分化。腸道中存在的細菌種類大多屬于厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門和放線菌門；優(yōu)勢種屬于腸桿菌科(Enterobacteriaceae)、Bacillaceae、Bacteroidaceae和Corynebacteriaceae。以往的研究表明，肥胖和相關的代謝性疾病與厚壁菌門相對豐度的增加有關，而擬桿菌門的減少則導致了人類和動物模型中厚壁菌門/擬桿菌門比值的升高。然而，在細菌種水平上觀察到的個體間微生物群落組成的變化比在門水平上大得多。Parabacteroides、脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)、Blautia、卟啉單胞菌屬(Porphyromonas)、Staphylococcus Alloprevotella和梭菌屬(Clostridium)的相對豐度在脂質代謝紊亂的個體中普遍存在。此外，與肥胖個體相比，屬水平上乳桿菌屬(Lactobacillus)、雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)、丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)、糞球菌屬(Coprococcus)、阿克曼菌屬(Akkermansia)、瘤胃球菌屬(Ruminococcus)、糞桿菌屬(Faecalibacterium)、Methanobrevibacter和Vampirovibrio的相對豐度在瘦人表型中大量存在。 研究證實，益生菌、益生元和糞便菌群移植都能對腸道菌群失調起到有益的調節(jié)作用，其中益生菌因其對健康的調節(jié)作用，作為功能食品或膳食補充劑而受到越來越多的關注。與單月桂酸甘油誘導的C57BL/6J小鼠相比，食用L. plantarum ZJUFT17可顯著提高腸道菌群α多樣性，抑制小鼠的體重增長和血脂水平，而且Alloprevotella豐度的升高和Vampirovibrio豐度的降低表明L. plantarum ZJUFT17能有效地改善腸道菌群失調。其中，α-多樣性指數主要包括Chao1、Observed species、Shannon和Simpson，用于反映單個宿主中微生物物種的豐富度，而細菌豐富度的衰減與飲食誘導的脂質代謝紊亂有關。相應地，從傳統(tǒng)紅曲米酒中分離出一株名為L. paracasei FZU103的益生菌，它增加了HFD誘導小鼠中Pseudoflavonifractor、Ruminococcus和Helicobacter的相對豐度，但顯著降低了葡萄球菌屬(Staphylococcos)、Blautia和Tannerella的水平。在HFD誘導的實驗模型中，L. fermentum CECT5716的減肥作用與改善高脂飼料誘導的小鼠腸道菌群失調有關，它不僅恢復了擬桿菌屬(Bacteroides)和阿克曼菌屬(Akkermansia)的豐度，而且還降低了Erysipelotrichi和Clostridium的比例，因此與正常飼料喂養(yǎng)的小鼠相比，L. fermentum CECT5716顯著提高了α-多樣性指數。 大量益生菌被證明可以抑制條件致病菌的生長，并增強有益共生菌的增殖，以平衡肥胖個體的腸道菌群組成。如上所述，粘附能力是益生菌菌株最關鍵的篩選標準，已經提出益生菌粘附在上皮細胞或粘液上以保護宿主免受病原體損害。例如，益生菌可以與包括大腸桿菌(Escherichia coli)、艱難梭菌(Clostridium difficile)、Listeria monocytogenes、Salmonella Choleraesuis、Clostridium histolyticum和金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)在內的致病菌競爭上皮連接位置，以減少這些細菌的腸道豐度。此外，P. pentosaceus PP04對Caco-2細胞具有79.06 ± 0.39%的高粘附能力，通過在盲腸定殖后正向改變包括擬桿菌屬、假單胞菌屬(Pseudomonas)、糞球菌屬(Coprococcus)、Allobaculum和Butyriccoccus在內的腸道菌群組成來改善HFD誘導的高脂血癥。這些結果強調了益生菌可以通過調節(jié)腸道菌群的組成和多樣性來改善飲食引起的脂代謝紊亂。

3.2.2 益生菌對短鏈脂肪酸的調節(jié)作用

總體而言，短鏈脂肪酸(SCFAs)是腸道菌群通過消化膳食纖維、抗性淀粉等難以消化的碳水化合物而產生的最豐富的代謝物，在健康人腸道中主要由乙酸、丙酸和丁酸組成，摩爾比為3:1:1，占腸道中SCFAs總含量的>95%。結腸近端SCFAs總濃度約為70-140 mmol/L，向遠端逐漸降低。大量生理和臨床研究表明，SCFAs對健康有廣泛的益處，包括改善體重、葡萄糖穩(wěn)態(tài)和血脂狀況。然而，HFD通過抑制專門產生SCFAs的腸道菌群(Faecalibacterium、Butyrivibrio、Akkermansia muciniphila、Bifidobacterium、Eubacterium和Lactobacillus)的生長，顯著降低了SCFAs水平。同時，SCFAs對腸道內分泌細胞釋放的胰高血糖素樣肽1和肽2(GLP-1和2)、 胃饑餓素、胃泌酸調節(jié)素(OXM)、肽YY(PYY)和膽囊收縮素(CCK)等一系列激素具有調節(jié)作用，可以控制食欲和機體能量穩(wěn)態(tài)。因此，益生菌干預是改善肥胖及其相關代謝共病的另一種途徑，通過調節(jié)HFD引起的腸道菌群失衡，從而增強SCFAs的分泌，抑制食欲。 有趣的是，L. crustorum MN047和L. rhamnosus LS-8降低了脫硫弧菌屬和擬桿菌屬的豐度，并增加了乳桿菌(Lactobacillus)和雙歧桿菌(Bifidobacterium)的豐度，以刺激丙酸、丁酸和異丁酸的產生。VSL#3益生菌混合物通過減少厚壁菌門和增加擬桿菌門與雙歧桿菌的豐度來調節(jié)腸道菌群組成，以促進大量丁酸鹽的產生，從而促進腸道內分泌細胞分泌GLP-1，預防肥胖和糖尿病。同樣，補充B. breve BR03和B632菌株可以增加乳桿菌的豐度，促進GLP-1的分泌，改善肥胖青少年的胰島素敏感性。同樣，L. mali APS1干預改變了肥胖相關細菌的豐度，導致丙酸和丁酸濃度升高，促進PYY和胰腺多肽的分泌，增加能量消耗，抑制食欲。此外，B. BlaG、L. plantarum HT121、L. fermentium MTCC5689、L. crustorum MN047、L. rhamnosus LS-8和BFE5264還通過調節(jié)Bifidobacterium、Lactobacillus或Akkermansia的豐度，顯著提高乙酸、丙酸、丁酸或異丁酸等SCFAs濃度，有效調節(jié)HFD誘導的小鼠脂質代謝紊亂。但這些研究尚未進一步研究上述益生菌對腸道衍生激素的影響。 SCFAs通過GPRs(稱為GPR43和GPR41)產生一些生物學效應，SCFAs和GPRs的組合刺激下游腸道激素(主要是GLP-1和PYY)的分泌。與上述結果一致，Lactobacillus G15和Q14通過激活SCFAs顯著增加GPR43的表達，通過有效促進GLP-1和PYY的分泌來減輕體重。因此，SCFAs在調節(jié)脂質和葡萄糖代謝中起關鍵作用，這對能量穩(wěn)態(tài)具有重要意義，通常，GPR43對乙酸鹽和丙酸鹽比對丁酸鹽更敏感，而GPR41同樣被丙酸鹽和丁酸鹽激活。先前的一項研究表明，血漿乙酸鹽濃度因B. animalis subsp. lactis GCL2505激活GPR43調節(jié)胰島素信號傳導而增加，從而增強宿主能量消耗并抑制體內脂肪積累。 HFD的消化伴隨著胰島素抵抗，從而擾亂能量和葡萄糖代謝。抑制腸道α-葡萄糖苷酶的活性可以防止復雜的碳水化合物水解成葡萄糖，從而降低體內的葡萄糖水平。L. plantarum LRCC5314、L. plantarum ZF06-1和L. brevis IF2-17具有抑制豬腸道α-葡萄糖苷酶活性的能力，這可能是調節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)的潛在益生菌。L. plantarum HAC01通過AMPK/AKT信號通路顯著降低包括PEPCK和G6Pase在內的與糖異生相關的肝臟基因的表達水平，從而改善糖尿病，這可能是由升高的血清丁酸水平激活的。因此，SCFAs作為可被腸道直接吸收的能量，是益生菌調節(jié)HFD引起的脂質代謝紊亂的重要靶點。

3.2.3 益生菌對膽汁酸代謝的調節(jié)作用

膽汁酸(BAs)作為腸道微生物的初級代謝產物，通過調節(jié)糖脂代謝、能量消耗和胃腸道對脂肪的吸收，在HFD誘導的脂質代謝紊亂的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。BAs的合成是以肝臟中的膽固醇為原料，因此，在腸道菌群及其代謝物與此類飲食引起的脂代謝紊亂之間的復雜相互作用中，膽固醇穩(wěn)態(tài)受到越來越多的重視。人體內的膽固醇分為兩部分，其中約三分之一是“外源性”膽固醇，主要來自飲食中的蛋類、紅肉等動物產品，其余三分之二是人體內合成的內源性膽固醇。然而，過量消化富含飽和脂肪酸和膽固醇的飲食會導致高脂血癥，從而加速心血管疾病的發(fā)展。 一般情況下，當攝入過量HFD時，轉錄因子SREBP-2被激活并與固醇調節(jié)元件結合，促進HMG-CoA還原酶(HMGCR)的表達，而HMGCR是膽固醇重新生物合成的主要限速酶。在正常生理條件下，肝臟X受體(LXR)作為一種膽固醇受體，可以抑制調節(jié)腸道膽固醇重吸收的NPC1L1，LXR還可促進下游靶基因包括ATP結合盒轉運體G5(ABCG5)、G8(ABCG8)等異二聚體的表達，有效加速糞便中膽固醇的排出。但HFD破壞了腸道膽固醇吸收和排泄調節(jié)的不平衡。同時，HFD導致肝臟中膽固醇過剩，需要更多的低密度脂蛋白(LDL)的表達，它可以將膽固醇運輸到其他組織。此外，各種組織通過LDL受體(LDLR)吸收LDL，LDL受體在細胞表面廣泛表達，形成復雜的LDLR/LDL結合物。結合物通過內吞作用內化到缺乏合成膽固醇能力的所需細胞中，然后LDL顆粒進入溶酶體進行降解，而受體被循環(huán)回到細胞表面再次與脂質結合。 益生菌介導的膽固醇和BAs的合成和代謝途徑如圖3所示，肝細胞利用膽固醇主要通過經典途徑膽固醇7α-羥化酶(CYP7A1)產生膽酸(CA)和鵝脫氧膽酸(CDCA)，替代途徑甾醇27-羥化酶(CYP27A1)主要產生CDCA，其中CA和CDCA是人體主要的初級BAs。然而，CDCA在小鼠體內通過一種嚙齒動物特異性酶甾醇-6β-羥化酶進一步轉化為α-鼠膽酸(α-MCA)和β-鼠膽酸(β-MCA)。這些BAs與甘氨酸或牛磺酸結合生成相應的組合型BAs，然后作為膽汁的重要成分儲存在膽囊中。腸道菌群通過去共軛、脫氫和雙羥基化反應將結合型BAs轉化為脫氧膽酸(DCA)和石膽酸(LCA)，從而在腸腔內產生兩種主要的次級BAs。此外，α-MCA和β-MCA發(fā)生類似的脫羥酶反應，在小鼠體內生成ωΜCA、HCA、HDCA和MDCA。最后，90%-95%的次級BAs通過回腸末端門靜脈主動轉運和被動擴散回到肝臟，以每天6-8次的速度完成BAs在肝臟和小腸之間的腸肝循環(huán)，只有5%的BAs隨糞便排出。 重要的是，最近的研究表明，HFD誘導的脂質代謝紊亂患者BAs濃度升高。核內包括法尼醇X受體(FXR)主要存在于肝臟和回腸中，可通過調節(jié)BAs的合成和轉運正向調節(jié)飲食誘導的脂質代謝紊亂。肝臟BAs水平升高激活FXR(CDCA是FXR最強的刺激物，其次是CA、DCA和LCA)，進一步抑制CYP7A1，CYP7A1通過激活下游小異二聚體伴侶(SHP)減少BAs的產生。激活的FXR-SHP信號通路可抑制SREBP-1c的轉錄，上調PPARα的表達，從而改善脂質代謝紊亂。此外，F(xiàn)XR內分泌激素成纖維細胞生長因子15/19信號通路(小鼠FGF15和人FGF19)將腸道與肝臟緊密連接，腸道菌群產生的次級BAs可通過與FXR結合誘導FGF15/19的表達，進而下調CYP7A1的轉錄，抑制肝細胞中BAs的產生。L. delbrueckii可以通過良好的腸道定殖和BSH能力調節(jié)膽固醇和BAs代謝，從而降低GCDCA和GLCA濃度，但通過在回腸定殖增加非結合型BAs的水平。有趣的是，非結合型BAs由于其不溶性，可以降低血清TC水平，從而促進BAs的重新合成，補充那些未進入腸肝循環(huán)的BAs。L. delbrueckii不影響HMGCR mRNA的表達，但增強了肝臟SREBP2、LDLR和HDLR的表達以消除肝臟膽固醇。另一方面，該菌株還通過抑制肝臟FXR/SHP/FGF15信號通路增加CYP7A1活性，促進膽固醇向BAs的轉化，ASBT和IBABP mRNA表達明顯降低，表明攝入L. delbrueckii后BAs的重吸收明顯受到抑制。ASBT可以將腔內BAs運輸到腸細胞，在腸細胞中BAs與IBABP結合，然后在MRP2和OSTα/OSTβ轉運蛋白的調控下將結合物轉移到門靜脈。同樣，我們篩選了一株具有高膽固醇降解能力和BSH活性的L. plantarum H6菌株，在C57BL/6小鼠中研究抗高膽固醇血癥的作用，這符合上述篩選降脂益生菌的指南。L. plantarum H6通過抑制FXR/SHP信號通路改善高膽固醇血癥，這導致CYP7A1的大量激活，以增強BAs的合成，并通過降低體內HMGCA和上調體內ABCG5/8基因表達來降低膽固醇水平。有報道稱，在HDF喂養(yǎng)的小鼠中添加L. paracasei FZU103后，肝臟和糞便中總BAs水平出現(xiàn)了相反的趨勢，這是由于處理后肝臟中CYP7A1和BSEP mRNA表達明顯上調所致。BSEP是一種與ATP結合的膽鹽轉運蛋白，參與體內膽鹽的分泌。此外，L. paracasei FZU103不僅增加了LDLR基因的表達，而且有效降低了HMGCR的相對mRNA水平。因此，L. paracasei FZU103通過增強BAs合成、通過糞便排泄BAs和抑制膽固醇合成來改善脂質代謝異常。LXR和LDLR基因在肝臟中的表達量增加，表明L. plantarum AR113可以抑制膽固醇吸收，促進膽固醇轉運。所有這些數據表明，各種益生菌菌株積極調節(jié)BAs和膽固醇代謝，以改善飲食誘導的脂質代謝紊亂(圖3)。

圖3 益生菌通過調節(jié)膽固醇和膽汁酸代謝改善飲食誘導的脂質代謝紊亂的機制。①過量攝入高脂或高膽固醇飲食會導致高脂血癥、非酒精性脂肪肝損傷、肥胖和相關代謝性疾病，其特征是體內膽固醇和甘油三酯過多。②攝入益生菌可③增加LDLR和LDR的表達，促進膽固醇向其他組織的轉運，激活SREBP-2，抑制HMGCR的表達，阻止肝臟膽固醇的合成；并通過激活LXR信號通路抑制腸細胞對膽固醇的吸收，從而顯著降低肝臟和血清中的膽固醇濃度。經典途徑和替代途徑利用膽固醇在肝臟合成初級BAs(CA和CDCA)，而在嚙齒類動物中，大部分CDCA被轉化為α-MCA和β-MCA，BAs在BAAT和BACS的作用下與?；撬峄蚋拾彼峤Y合，然后在BSEP和MRP2的作用下分泌到膽汁中，經腸道菌群去共軛、C-7異構化和7α-脫羥基化形成次級BAs(在人中為DCA和LCA，在嚙齒動物中為HCA、HDCA、MDC和ω-Mca)。最后，大部分非結合型BAs被ASBT重新吸收進入腸細胞，并通過基底外側BAs轉運體OSTα、OSTβ和MRP2分泌到門靜脈，然后在NTCP和OATP1的作用下被吸收到肝臟。④益生菌通過調節(jié)原生共生菌的組成或直接定殖來增加具有BSH能力的腸道微生物群的豐度，從而增加非結合型BAs的濃度?？傮w而言，益生菌通過抑制FXR/SHP/FGF15/19信號通路促進CYP7A1和CYP27A1的表達來增加BAs的合成，另一方面也通過下調腸道ASBT、OSTα和OSTβ的表達來抑制BAs的重吸收。紅色箭頭：高脂飲食或高膽固醇飲食促進或抑制這些活動。綠色箭頭：益生菌促進或抑制的活動。

3.3 益生菌通過調節(jié)腸-肝軸改善脂質代謝紊亂

通過高通量測序分析研究了HFD對腸道微生物多樣性的影響，HFD破壞了腸道中促炎菌和有益菌的比例。HFD誘導的腸道菌群失衡可增加腸道通透性，代謝性內毒素血癥是由于革蘭氏陰性菌過度生長導致內毒素通過腸道并經門靜脈進入血流。血液中內毒素濃度的增加會促進慢性炎癥反應，從而導致肥胖、胰島素抵抗和脂質代謝紊亂等相關疾病。相反，如表1所示，多項研究表明，益生菌在重新平衡腸道微生物組成方面發(fā)揮著至關重要的作用，通過改善炎癥反應來調節(jié)脂質代謝紊亂。腸上皮細胞構成腸物理屏障，在腸屏障結構中占據中心位置，其作為抵御外界環(huán)境的第一道防線。腸上皮細胞之間的蛋白質復合物旨在維持腸道屏障的完整性，包括緊密連接蛋白(TJs)、粘附連接蛋白、間隙連接蛋白和細胞橋粒。相應地，分泌性免疫球蛋白A(sIgA)通過防止致病性易位在維持腸道屏障功能方面也發(fā)揮著重要作用。然而，長期攝入過量的HFD會抑制TJs的表達，減少粘液的產生，從而增加腸道通透性。隨后，受損的腸屏障會導致高濃度的循環(huán)脂多糖(LPS)，同時會發(fā)生炎癥反應并促使脂質代謝紊亂。LPS通過與其受體CD14形成復合物觸發(fā)炎癥，該復合物被免疫細胞表面的toll樣受體4(TLR4)特異性識別，然后啟動下游NF-κB信號通路。NF-κB在細胞質中與抑制蛋白IκB結合?；罨腎κB激酶(IKK)可通過磷酸化IκB，破壞IκB-復合體并釋放NF-κB p50和p65。隨后，磷酸化p50和p65進入細胞核刺激促炎細胞因子(IL-6、IL-1β和TNF-α)的產生。因此，改善HFD引起的受損腸屏障功能和炎癥反應是益生菌對抗脂質代謝紊亂的靶點。 近年來，益生菌在研究抑制肥胖相關炎癥反應上具有較大前景。首先，益生菌處理會抑制大量的促炎細菌，從而增強了TJs、粘蛋白和sIgA的表達，增強腸道屏障功能。研究證明，L. paracasei SD1可以刺激sIgA的產生，有效維持腸道屏障的完整性。P. pentosaceus PP04在喂食HFD的小鼠盲腸中不僅減少了變形菌、擬桿菌屬和Pseudomonasin等促炎細菌的數量，還顯著增加了抗炎細菌的豐度，如Coprococcus、Allobaculum、Faecalibacterium和Butyricicoccus。因此，L. plantarum LC27和Bifidobacterium longum LC67抑制了HFD誘導的C57BL/6小鼠糞便中變形菌門、擬桿菌門和Deferribacteres的豐度。此外，高循環(huán)水平的LPS會通過“腸-肝軸”惡化非酒精性脂肪肝損傷(NAFLD)，包括脂肪變性、肝炎和肝纖維化，以此加速脂質代謝紊亂的發(fā)展。相反，P . pentosaceus PP04、B. longum LC67和L. plantarum LC27能夠在HFD誘導的動物模型中改善肝損傷，該模型通過抑制TLR4/NFκB/IκB信號通路降低循環(huán)LPS濃度。同時，其他研究報告表明，包括L. fermentiumCECT5716、L. sakei OK67和L. rhamnosus L12在內的益生菌通過降低LPS水平以及炎癥因子(IL-6、IL-1β和TNF-α)來改善HFD誘導的脂質代謝紊亂。此外，有報道稱乳桿菌能夠通過增加小腸中MUC2和MUC3的表達來促進粘液的產生。P. pentosaceus、L. plantarum、L. acidophilus和L. casei也促進MUC2基因的表達，從而上調粘蛋白的產生。L. fermentium通過增加TJs(包括Occludin和ZO-1)的表達來修復腸道通透性，從而降低血清中炎性細胞因子MCP-1的水平。 此外，過量的游離脂肪酸和LPS濃度已被證明會影響巨噬細胞的極化，導致M1巨噬細胞比M2表型更具炎癥反應。有趣的是，流式細胞儀分析表明，混合益生菌可降低小鼠的CD4+T細胞、總巨噬細胞和M1巨噬細胞浸潤，從而抑制小鼠炎癥因子(TNF-α和IFN-γ)的濃度，并上調抗炎因子(IL-10和TGF-β)的分泌。類似地，在飲食誘導的肥胖小鼠中，攝入L. gasseri SBT2055會抑制巨噬細胞向脂肪組織的浸潤，并降低促炎M1巨噬細胞的比例。另一方面，初級BAs和SCFAs作為益生菌的特異性代謝物，有利于改善免疫系統(tǒng)和抑制代謝性炎癥。例如，L. plantarum KLDS 1.0344和L. rhamnosus通過增強肝臟CYP7A1的表達來消耗過多的膽固醇，從而導致上述初級BAs的產生增加。然而，初級BAs可通過作用于巨噬細胞和樹突狀細胞減少促炎細胞因子的分泌。同樣，SCFAs可以抑制NF-κB信號通路，刺激B細胞sIgA的產生，增強粘蛋白的產生，從而顯著改善腸屏障功能。因此，免疫應答與脂質代謝紊亂是機體在腸道菌群失衡狀態(tài)下的不利相互作用，而益生菌及其代謝產物可以通過抑制NF-κB信號通路和M1巨噬細胞浸潤來抑制代謝性炎癥，有助于改善HFD引起的脂質代謝紊亂(圖4)。

圖4 益生菌通過抑制炎癥反應改善飲食誘導的脂質代謝紊亂的機制。① HFD改變了腸道菌群的組成，降低有益菌的豐度，增加了促炎細菌數量，導致循環(huán)中高濃度LPS破壞腸道屏障功能，誘發(fā)全身炎癥反應，從而加速脂質代謝紊亂的發(fā)展。②過高濃度的LPS可使M2表型轉變?yōu)檠仔訫1巨噬細胞和激活的NF-KB信號通路，③從而導致炎癥爆發(fā)，其特征是IL-6、IL-1β、TNF-α和IFN-γ 等炎性因子水平上調，IL-10和TGF-B等抗炎因子水平下調。同時，“腸-肝”軸為這些炎性細胞因子通過門靜脈進入血液循環(huán)系統(tǒng)提供了途徑，這可能通過全身炎癥反應導致嚴重的肝脂肪變性。④然而，益生菌可刺激B細胞分泌slgA，產生初級BAs和SCFAs在內的代謝物，從而有效逆轉上述炎癥反應。⑤另一方面，益生菌能夠提高緊密連接蛋白(ZO-1、Occludin和Claudin)和粘蛋白的表達，通過重新平衡腸道菌群來改善受損的腸道屏障功能，從而降低循環(huán)LPS水平，抑制炎癥反應。⑥綜上所述，益生菌及其代謝產物能夠通過抑制代謝性炎癥來改善飲食誘導的肝臟脂肪變性，從而顯著減緩脂質代謝紊亂的過程。

結語

近年來，關于益生菌預防飲食引起的脂質代謝紊亂的研究較多，但大多是在嚙齒動物模型上進行的，但該模型不足以反映人類脂質代謝紊亂發(fā)展過程中病理變化的復雜異質性。由于大型動物模型在生物化學、代謝、遺傳和生理方面與人類有顯著的相似之處，因此可以彌補基礎研究與臨床應用之間的差距。因此，未來迫切需要進一步的臨床試驗來探索和比較不同益生菌菌株及劑量的機制數據。此外，盡管很少有研究報道益生菌的不良影響，但評估益生菌的安全性是十分有必要的。在體外篩選益生菌時，應充分開展一系列實驗，包括有害毒素和代謝酶、粘蛋白降解活性、溶血活性和抗生素耐藥性的評估。因此，考慮到潛在的致病毒性可能與真實宿主相互作用，應通過動物模型的毒性實驗充分評估益生菌的安全性。 當然，益生菌的活性是在制備過程中調節(jié)脂質代謝的重要因素。微膠囊技術在生產和胃腸道條件下具有保存和提高細胞活力的潛質，然而，優(yōu)化壁材和干燥工藝參數對于開發(fā)具有降脂作用益生菌的高細胞活力是十分必要的。另一方面，厭氧益生菌加工成本高，難以在食品工業(yè)中應用，而幾種死亡益生菌也具有抗肥胖的能力，這拓展了益生菌在食品工業(yè)中的應用。因此，研究死亡功能性益生菌的活性物質對制定預防脂質代謝疾病的新膳食策略具有重要意義。 

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網址: 綜述丨吉林農大: 益生菌對飲食誘導的脂質代謝紊亂的改善作用(國人佳作) http://www.u1s5d6.cn/newsview58266.html