发酵后的葡萄渣可缓解由沙门氏菌（Salmonella typhimurium）引起的肝肠炎症：FXR通过调节胆汁酸的平衡并抑制结肠中的NLRP3炎症小体来发挥保护作用

《Food Research International》：Fermented grape pomace alleviates Salmonella typhimurium-induced Hepatointestinal inflammation: FXR mediates protection by orchestrating bile acid homeostasis and suppressing the colonic NLRP3 Inflammasome

葡萄渣固态发酵产物FGP通过激活FXR受体、调节胆汁酸代谢和抑制结肠NLRP3炎症小体途径减轻鼠伤寒沙门氏菌诱导的全身炎症损伤，为功能性饲料开发提供新策略。

　　

Jing Zhang|Da Jiang|Xinyu Zhang|Ying Yang|Zhenlong Wu

中国农业大学伴侣动物科学系，动物营养与饲料国家重点实验室，北京 100193，中华人民共和国

摘要

葡萄渣是葡萄酒生产过程中的副产品，富含多酚，但由于存在抗营养因子，其生物利用率较低。本研究旨在探讨固态发酵葡萄渣（FGP）是否能够缓解由沙门氏菌（Salmonella typhimurium）引起的炎症，并探究其背后的机制。结果表明，固态发酵降低了葡萄渣中不溶性膳食纤维和大分子单宁的含量，同时提高了其体外抗氧化活性、可溶性膳食纤维、粗蛋白和酸溶性蛋白的含量。实验中，小鼠被喂食添加了0%、1%、2%或4% FGP的饲料，并分别暴露于或未暴露于S. typhimurium（1×10⁷ CFU）环境中。结果显示，添加2% FGP能有效减轻S. typhimurium引起的体重下降、结肠缩短、肝脏损伤和氧化应激。FGP干预激活了肝脏和回肠中的法尼醇X受体（FXR），从而恢复了胆汁酸的稳态。在结肠中，FGP抑制了核因子κB（NF-κB）通路和NOD样受体家族含吡啉结构域3（NLRP3）炎症小体的激活，从而减少了炎症并改善了屏障完整性。此外，FGP通过丰富有益菌属如Adlercreutzia和Limosilactobacillus来重塑肠道微生物群，并促进了次级胆汁酸的产生，这有助于FXR的激活和NLRP3的抑制。值得注意的是，这些保护作用在FXR抑制剂的作用下被大大削弱。总之，FGP通过调节肠道微生物群–胆汁酸–FXR轴并抑制结肠NLRP3通路来减轻全身炎症损伤，为使用发酵植物副产品对抗肠道感染提供了新的饮食干预策略。

引言

沙门氏菌是一种常见的动物源性病原体。非伤寒型沙门氏菌，包括Salmonella typhimurium和Salmonella enteritidis等血清型，每年在全球范围内导致约9300万例病例和15.5万人死亡，对公共卫生构成了重大威胁（Pegues DA, 2019）。此外，沙门氏菌还是牲畜和家禽腹泻疾病的主要病原体，导致动物生产遭受重大经济损失（Gresse et al., 2017; Wang et al., 2021）。这种病原体通常通过受污染的食物和水传播，不仅会引起急性胃肠炎（Gart et al., 2016），还会增加宿主患慢性疾病（如炎症性肠病IBD）的风险，并参与其发病机制（Gradel et al., 2009）。沙门氏菌还能破坏肠道上皮屏障功能，促进其在体内的扩散并引发肠外感染，如肝炎（Harrell et al., 2021）。其致病性涉及复杂机制，包括通过III型分泌系统（T3SS-2）在免疫细胞（如巨噬细胞）内存活和复制，以及通过血液传播并在远端器官定植（Harrell et al., 2021）。抗生素仍是治疗S. typhimurium感染的主要手段；然而，耐药菌株的不断增加导致了发病率和死亡率的上升。根据美国疾病控制与预防中心（CDC）的数据，耐药沙门氏菌每年导致约6200例病例，占所有沙门氏菌感染的10%（Adams et al., 2017）。其中，S. typhimurium是最常被检测到的多重耐药血清型之一（Rao et al., 2020）。此外，传统抗生素治疗往往破坏肠道共生微生物群，可能导致治疗效果不佳并加剧微生物失调。因此，迫切需要开发新的替代策略来有效抑制病原体、缓解炎症并保持肠道微生物平衡。

功能性食品作为一种可行的方法，能够通过直接或间接与上皮细胞和肠道微生物相互作用来调节肠道稳态，从而预防和管理胃肠道炎症性疾病（Weber et al., 2019）。葡萄渣是葡萄酒生产的副产品，主要由果皮和种子组成，富含膳食纤维、酚类化合物和寡糖（Sinrod et al., 2023）。葡萄渣中的多酚，包括花青素、茚三酮、黄烷-3-醇、黄酮醇和酚酸，具有广泛的生物活性，如抗氧化、抗炎和抗菌作用。这些化合物不仅有助于降低慢性疾病（如炎症、糖尿病和心血管疾病）的风险（Gaafar et al., 2019; Hogan et al., 2010），还能促进有益肠道细菌的生长（Sinrod et al., 2023），带来广泛的健康益处。迄今为止，葡萄渣已被添加到饼干和酸奶等各种食品中，作为抗氧化剂、膳食纤维和防腐剂的天然来源（Constantin et al., 2024）。然而，葡萄渣中的大部分多酚以不溶性形式存在，与细胞壁多糖和蛋白质结合（Z. Liu et al., 2024），这限制了它们在胃肠道中的生物利用度（Jia Liu et al., 2019）。木质纤维素结构进一步阻碍了活性成分的酶解和有效提取。传统的提取方法主要针对游离多酚，往往无法充分水解聚合物复合物并释放结合的酚类化合物（Amaya-Chantaca et al., 2022）。因此，开发能够有效降解木质纤维素基质并水解多酚聚合物的加工技术对于提高葡萄渣中活性成分的产量至关重要。

微生物发酵作为一种高效且环保的生物加工策略，已被用于提升农业副产品的价值。微生物在发酵过程中产生的有益代谢物（如酶和有机酸）可催化葡萄渣细胞壁结构的分解，释放结合的多酚，从而提高其生物活性、生物利用度和宏量营养素的消化率（Selo et al., 2023）。固态发酵利用固体基质作为培养基，具有低耗水特点，符合可持续循环经济原则（Chilakamarry et al., 2022）。最新研究表明，通过微生物发酵对葡萄渣进行生物转化可以增强其抗氧化、抗炎、降脂和抗癌活性（Jia Liu et al., 2019; Thilakarathna & Rupasinghe, 2024; Torreggiani et al., 2023），表明其在预防和缓解炎症、糖尿病和癌症等病症方面的潜力。

近年来，固态发酵技术被广泛用于提升葡萄渣的功能特性。研究表明，固态发酵可显著提高葡萄渣提取物的体外抗氧化、抗炎和抗增殖活性，在多种体外系统中显示出保护作用，如结肠癌细胞、炎症相关细胞模型和肝细胞氧化损伤（Bucic-Kojic et al., 2020; J. Liu et al., 2019; Spoljaric et al., 2023; Torreggiani et al., 2023; Zhao et al., 2024）。进一步的研究表明，发酵葡萄渣可以调节免疫细胞反应，例如抑制肥大细胞脱颗粒，表明其具有抗炎和抗过敏潜力（Kondo et al., 2011）。在动物饲料领域，作为饲料添加剂的发酵葡萄渣也显示出改善牲畜和家禽生长性能和抗氧化状态的效果（Gungor, 2025; Gungor et al., 2021a）。然而，现有研究主要集中在体外活性评估或对动物生产性能的初步观察上。特别是在调节肠道免疫炎症方面，仍缺乏对发酵葡萄渣在明确病原体诱导的疾病模型中的保护效果和机制的系统性评估。因此，本研究旨在建立S. typhimurium感染小鼠模型，系统评估多菌株固态发酵葡萄渣对肝脏和肠道炎症的缓解作用，并进一步阐明其分子机制，包括FXR受体的激活、胆汁酸代谢的调节以及随后的NLRP3炎症小体抑制。这将为开发针对肠道免疫调节的功能性产品提供新的理论和实验基础。

试剂

S. typhimurium（SL1344）由中国农业大学的Wang Junjun教授提供，葡萄渣由Lan Yibin教授提供。Candida utilis（CICC 1314）和Bacillus subtilis（CICC 10089）由中国工业微生物菌种保藏中心提供。Pediococcus acidilactici（Long 031）在营养与生物化学实验室分离并保存。用于测定总酚含量（TPC）和总黄酮含量的检测试剂盒

固态发酵提高了葡萄渣的营养价值和抗氧化能力

固态发酵显著增加了葡萄渣中的总酚和黄酮含量（见图1A-B）。混合菌种发酵在总酚含量方面的提升最为明显，而单菌种发酵中Pediococcus acidilactici对黄酮含量的增加最为显著。抗氧化活性分析显示，混合菌种发酵具有最强的PVPP和ABTS自由基清除能力（见图1C-D）。相比之下，

讨论

以往关于葡萄渣发酵的研究主要集中在Aspergillus niger和Aspergillus oryzae等丝状真菌上（Amaya-Chantaca et al., 2022; Meini et al., 2021; Selo et al., 2023）。在我们的研究中，我们引入了由Bacillus subtilis、Pediococcus acidilactici和Candida utilis组成的三微生物组合，对葡萄渣进行固态发酵以制备FGP，并系统比较了单菌种和混合菌种发酵的效果

CRediT作者贡献声明

Jing Zhang：撰写——原始草稿、可视化、验证、方法学、研究、数据分析、概念化。Da Jiang：软件、资源、数据分析。Xinyu Zhang：软件、数据管理。Ying Yang：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、概念化。Zhenlong Wu：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、概念化。

伦理批准

所有动物处理方案均获得了中国农业大学机构动物护理和使用委员会的批准（批准编号：AW72015202–1-02和AW72015202–1-03）。所有实验均严格遵循NIH实验室动物护理和使用指南进行。本研究符合ARRIVE指南的要求。

资金来源

本工作得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（编号：31162791）的支持。

未引用的参考文献

Ling, Tian, Wu and Ming, 2012

Liu, Tan, Liu, Yi and Zhao, 2019a

Liu, Tan, Liu, Yi and Zhao, 2019b

Liu, Xu, Guo and Song, 2024

Liu et al., 2024

Pegues, 2019

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢中国农业大学食品科学与营养工程学院的Lan Yibin提供葡萄渣。