《Food & Function》：Companilactobacillus alimentarius CNTA 209 alleviates diet-induced obesity in mice through adipose tissue browning and gut barrier modulation
编辑推荐：
这篇研究报道了新菌株食伴乳杆菌（Companilactobacillus alimentarius）CNTA 209的体外益生特性、体内抗肥胖功效及安全性评估。研究表明，该菌株可耐受胃肠道环境，产生短链脂肪酸（SCFA），并显著降低高脂高果糖（HFS）饮食诱导的肥胖小鼠白色脂肪堆积，其机制与激活棕色脂肪组织（BAT）代谢、促进白色脂肪“褐变”（browning），以及改善肠道菌群和屏障功能有关。安全性评估证实，每日1×109CFU的剂量无毒副作用。这是首个证明食伴乳杆菌菌株具有抗肥胖和代谢益处的科学证据，为其作为潜在益生菌干预靶向肥胖及相关代谢疾病提供了有力支持。
引言
肥胖是一种与一系列代谢紊乱相关的慢性、复杂且多因素的疾病，包括脂肪组织过度堆积、低度系统性炎症、胰岛素抵抗、血脂异常和肝脏脂肪变性。这些并发症显著增加了患2型糖尿病、心血管疾病等慢性疾病的风险，凸显了对有效预防和治疗策略的迫切需求。近年来，特定益生菌菌株的使用作为一种有前景的治疗方法，因其可调节肠道菌群组成和活性、改善肠道屏障完整性、调控宿主代谢反应而受到越来越多的关注。在益生菌中，不同乳酸菌（LAB）已成为调节宿主代谢和肠道菌群的关键调节剂。然而，益生菌的特性、功能和潜在的健康促进作用具有严格的菌株特异性。食伴乳杆菌是一种存在于多种传统发酵食品中的兼性异型发酵革兰氏阳性乳酸菌，但其在预防或治疗与肥胖相关的代谢紊乱方面的潜在应用尚未被探索。
本研究报道了从自制西班牙辣香肠中分离出的新型乳酸菌菌株——食伴乳杆菌CNTA 209的体外特性，并进一步评估了其在减轻C57BL/6小鼠饮食诱导型肥胖相关关键代谢并发症方面的治疗潜力，特别侧重于阐明其潜在作用机制并评估其安全性。
材料与方法
本研究使用的菌株是食伴乳杆菌CNTA 209，保藏于西班牙典型培养物保藏中心（CECT），编号CECT 30970。通过体外实验评估了其生长曲线、抗生素敏感性、对模拟胃肠液的耐受性、生物膜形成能力、短链脂肪酸（SCFA）和β-半乳糖苷酶的产生。利用Caco-2细胞模型进行了细菌粘附、竞争、排斥和置换实验，以评估其对致病性大肠杆菌O157:H7粘附的影响。
在动物实验中，采用4周龄雄性C57BL/6J小鼠，通过饲喂高脂高果糖（HFS）饮食诱导肥胖模型。在诱导3周后，将动物分为三组：对照组（CNT，正常饮食）、HFS饮食组（HFS）、HFS饮食补充食伴乳杆菌CNTA 209组（C. alim，剂量为每日每只1×109CFU），干预持续10周。实验期间监测体重、摄食量。处死动物后，收集血液、各种白色脂肪组织（WAT，包括肠系膜、肾周、附睾和皮下脂肪）、棕色脂肪组织（BAT）、肝脏等组织样本，进行生化分析、基因表达分析（qPCR）和肠道菌群宏基因组测序分析。同时，在Wistar大鼠中进行了为期10周、每日1×109CFU剂量的毒理学安全性评估，包括血液学、生化、尿液分析、器官重量和组织病理学检查。
结果与讨论
食伴乳杆菌CNTA 209展现益生特性
体外分析证实，CNTA 209菌株对测试的所有抗生素均敏感，无获得性耐药。它能良好耐受模拟胃液和肠液，存活率高。该菌株在含碳源的培养基中可产生乙酸和异戊酸等短链脂肪酸，并显示出β-半乳糖苷酶活性。此外，该菌株具有很强的生物膜形成能力。在Caco-2细胞模型中，CNTA 209在与致病性大肠杆菌O157:H7竞争、排斥（先添加益生菌）和置换（先添加致病菌）的实验中，能显著降低大肠杆菌的粘附率，降幅分别约为50%、75%和90%，显示出潜在的病原体拮抗能力。
食伴乳杆菌CNTA 209通过刺激BAT活性减少脂肪堆积
补充CNTA 209虽然未显著改变HFS饮食小鼠的总体重，但显著降低了其肾周和肠系膜白色脂肪组织的重量，从而减少了总内脏脂肪质量。基因表达分析显示，益生菌组小鼠的肠系膜脂肪组织中，与产热和脂肪“褐变”相关的基因Ppargc1a、Insr和Ucp1的表达显著上调。在棕色脂肪组织中，补充益生菌的小鼠其多个关键产热基因（Cpt2、Slc2a4、Pnpla2、Pparg、Ppargc1a、Prdm16和Ucp1）的表达也显著增加。这些结果表明，CNTA 209通过增强棕色脂肪组织的代谢活性和促进白色脂肪组织的“褐变”来调节脂肪分布，增加能量消耗，从而减少脂肪堆积。
食伴乳杆菌CNTA 209改善饮食诱导型肥胖小鼠的肝脏健康
补充CNTA 209的肥胖小鼠，其血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）水平显著降低，肝内甘油三酯含量也有降低趋势，表明其对HFS饮食诱导的肝脏脂肪变性有保护作用。肝脏基因表达分析显示，益生菌组小鼠肝脏中与糖异生相关的Foxo1和葡萄糖转运蛋白Slc2a4基因表达下调，而参与脂肪酸氧化和能量代谢的Ppargc1a基因表达上调。同时，多个与氧化应激解毒相关的基因（Cat、Comt、Gstm1、Gstt1）表达下调，提示肝脏氧化应激环境得到改善。这些变化共同表明，CNTA 209通过调节肝脏葡萄糖代谢、增加脂肪酸氧化和减轻氧化应激，改善了肝脏健康。
补充食伴乳杆菌CNTA 209调节肠道菌群
宏基因组分析显示，补充CNTA 209改变了肥胖小鼠肠道菌群的β多样性。在菌属水平上，益生菌组中Parasutterella、Eggerthella等有益菌属丰度增加，而Gemella、Helicobacter、Desulfovibrio等与肥胖或肝脏疾病相关的菌属丰度降低。特别值得注意的是，益生菌组中Parasutterella excrementihominis物种丰度增加，而两种脱硫弧菌（Desulfovibrio）物种和幽门螺杆菌（Helicobacter hepaticus）的丰度显著降低。这些菌群结构的改变与观察到的代谢改善（如肝脏保护）相一致。
食伴乳杆菌CNTA 209的毒理学评估证实其安全性
在Wistar大鼠中进行的为期10周的毒理学研究表明，每日口服1×109CFU剂量的CNTA 209是安全的。与对照组相比，益生菌补充组的大鼠在体重、摄食量、血液学参数、凝血功能、血清生化指标（肝肾功、代谢指标）以及尿液分析方面均无不良影响。器官重量和组织病理学检查也未发现任何与治疗相关的异常。该剂量被确定为未观察到有害作用水平（NOAEL）。
补充食伴乳杆菌CNTA 209调节肠道通透性
对毒理学研究中大鼠结肠组织的基因表达分析发现，补充CNTA 209能显著上调紧密连接蛋白ZO-1和ZO-2的编码基因Tjp1和Tjp2的表达，并降低炎症相关基因Ccl2的表达。同时，雄性大鼠血清中循环的ZO-1（zonulin）水平显著降低。这些结果表明，CNTA 209能够增强肠道屏障功能，减少肠道通透性（“肠漏”），这可能与其整体代谢益处相关。
结论
本研究首次提供了食伴乳杆菌菌株CNTA 209具有体外益生特性的证据，并证明其补充能通过促进脂肪组织“褐变”（上调Ppargc1a、Prdm16、Ucp1等关键产热基因）来显著减少肥胖小鼠的白色脂肪堆积。此外，该菌株还能改善HFS饮食诱导的肝脏脂肪变性和氧化应激，并通过有益地调节肠道菌群组成和增强肠道屏障功能来发挥作用。在Wistar大鼠中进行的毒理学评估证实了每日1×109CFU剂量的安全性。综上，该研究首次科学地证实了食伴乳杆菌菌株可作为管理肥胖及相关疾病（包括慢性炎症和脂肪肝）的潜在益生菌候选者。
