《Food Bioscience》：Bifidobacterium animalis subsp. lactis CCFM1479 Synergistically Alleviates Fatigue in Mice with Ginsenoside Rb1
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人参皂苷Rb1经Bifidobacterium animalis subsp. lactis CCFM1479微生物转化后生成稀有皂苷Rd、Rk1和CK，转化率达67.09%，其与原苷复合使用可显著改善小鼠慢性疲劳综合征症状，提升游泳耐力和减少水迷宫潜伏期，并调控代谢物和神经递质水平。体外实验证实Rk1和CK具有抗炎抗氧化活性。
唐欣|王江|马浩瑞|刘飞|刘进|张秋香|赵建新|陈伟|毛炳勇|崔树茂
江南大学食品科学与资源国家重点实验室，中国江苏省无锡市214122
摘要
人参中的主要原人参二醇型皂苷Rb1由于其多糖结构，生物利用度较低。本研究利用乳酸亚种动物双歧杆菌（Bifidobacterium animalis subsp. lactis CCFM1479）通过微生物生物转化技术来增强其抗疲劳效果。体外发酵实验表明，CCFM1479能够将Rb1高效转化为稀有皂苷Rd、Rk1和CK，转化率为67.09%。在慢性疲劳综合征的小鼠模型中，CCFM1479与Rb1的联合使用显著延长了小鼠的游泳时间（55.42%），提高了其开放场活动能力（49.74%），并降低了水迷宫潜伏期（68.06%）；补充后生物制剂（postbiotics）进一步将水迷宫潜伏期降低了71.17%。此外，这种联合疗法还调节了与疲劳相关的代谢物（如血尿素氮BUN和乳酸LA）、关键神经递质（5-HT、ACh、GABA、NE），并使应激激素水平（ACTH、CORT）恢复正常。体外实验确认，转化产物Rk1和CK在BV2小胶质细胞和C2C12肌母细胞模型中具有强大的抗炎和抗氧化活性。这些发现表明，CCFM1479通过将Rb1转化为高活性皂苷，协同增强了其抗疲劳效果，凸显了其作为缓解疲劳的功能性食品成分的潜力。
引言
疲劳是一种复杂的生理和心理状态，表现为持续的疲惫感和身体及/或精神表现的下降，严重影响个体的生活质量和工作能力（Kunasegaran等人，2023年）。其发病机制是多因素的，涉及能量代谢紊乱、氧化应激损伤、炎症反应以及神经递质和激素分泌的失调（Altemus等人，2001年；Fukuda等人，2016年；Hargreaves & Spriet，2020年）。因此，有效的抗疲劳策略通常针对这些途径，例如通过调节代谢副产物（如血尿素氮BUN和乳酸LA）、增强抗氧化酶活性（如SOD、GSH-Px）、减轻炎症反应（如降低IL-6、TNF-α），以及纠正中枢神经递质（如5-HT、DA、GABA）和应激相关激素（如CORT、ACTH）的失衡（Hao等人，2019年；Li等人，2024年；Song等人，2014年）。人参是一种著名的传统草药，长期以来被用于抗疲劳，其中人参皂苷是其主要生物活性成分（Liu等人，2024年）。其中，原人参二醇型皂苷Rb1是最丰富的成分之一。然而，由于其较大的分子量和多糖结构，其口服生物利用度较低，难以被人体肠道直接吸收（Wan等人，2022年；Zhang等人，2021年；Zhou等人，2012年）。有趣的是，口服后人参皂苷可被肠道微生物群代谢。通过去糖化等过程，肠道微生物可以将Rb1等原型皂苷转化为糖基较少的稀有皂苷，如Rd、Rk1和Compound K（CK）（Wan等人，2022年；Wang等人，2024年；Zhang等人，2021年；Zhou等人，2012年）。这些稀有皂苷具有更小的分子量、更高的生物利用度，通常具有更强的生物活性，是人参皂苷在体内发挥系统作用的关键形式（Wan等人，2022年；Zhang等人，2021年；Zhou等人，2012年）。由于Rb1在人参中的高含量及其明确的微生物去糖化途径，它被广泛认为是研究肠道微生物群介导的人参皂苷生物转化的代表性前体。先前的研究也证实，人参皂苷及其代谢物可以通过多种机制缓解疲劳，如调节能量代谢、增强抗氧化能力、发挥抗炎作用和提供神经保护（Liu等人，2024年；Yang等人，2019年；Zhang等人，2014年）。
人体肠道微生物群在外源植物化合物的代谢中起着关键作用，显著影响其生物利用度和效果（Koppel等人，2017年；Nakov & Velikova，2020年）。微生物转化可以将复杂的植物分子转化为更简单、更活跃的代谢物，从而更容易被机体吸收（Pant等人，2023年；Wilson & Nicholson，2017年）。这突显了利用特定益生菌菌株进行针对性人参皂苷生物转化以增强其效果的潜力。因此，选择具有明确微生物转化途径和明确前体-代谢物关系的皂苷对于研究益生菌辅助的生物转化策略至关重要。
因此，本研究选择Rb1作为目标底物，因为它是人参中最丰富的原人参二醇型皂苷，并且是公认的生物活性稀有皂苷的前体。本研究旨在筛选一种能够高效转化Rb1的特定细菌菌株，并探究该菌株与Rb1联合使用的协同抗疲劳效果。首先，我们通过体外发酵实验筛选出乳酸亚种动物双歧杆菌（Bifidobacterium animalis subsp. lactis CCFM1479），因其具有较高的Rb1转化效率。随后，利用慢性疲劳综合征（CFS）小鼠模型验证了CCFM1479与Rb1联合使用的协同抗疲劳效果，分别以联合制剂和后生物制剂的形式给予。最后，通过体外细胞模型（BV2小胶质细胞和C2C12肌母细胞）确定了负责观察到的抗疲劳效果的关键活性代谢物。这项研究为开发用于缓解疲劳的人参衍生功能性食品提供了新的策略。
材料
乳酸亚种动物双歧杆菌（Bifidobacterium animalis subsp. lactis CCFM1479菌株来自江南大学食品微生物菌种库（CCFM）。BV2小胶质细胞和C2C12肌母细胞购自武汉塞维利生物技术有限公司（中国武汉）。6周大的SPF级雄性C57BL/6J小鼠购自北京VTLH实验动物技术有限公司（中国北京）。
人参皂苷Rb1（纯度≥98%）由西安金康公司提供
人参皂苷Rb1生物转化的HPLC和代谢组学分析
为了评估乳酸亚种动物双歧杆菌（B. animalis subsp. lactis CCFM1479转化Rb1的能力，我们对发酵液进行了HPLC分析。在保留时间8.37分钟处观察到了Rb1的特征峰。经过120小时的发酵后，Rb1的浓度从666.48 mg/L降至219.36 mg/L，降解率为67.09%（表2）。这一结果证实了CCFM1479在转化Rb1方面的高效性。
进一步
讨论
本研究成功鉴定出乳酸亚种动物双歧杆菌（Bifidobacterium animalis subsp. lactis CCFM1479是一种高效转化Rb1的菌株，并系统评估了其与Rb1联合使用的抗疲劳效果。结果表明，人参皂苷Rb1的微生物生物转化与其衍生化合物的增强生物效应相关，为提高基于人参产品的抗疲劳功能潜力提供了有希望的策略。
高
结论
总之，本研究确定乳酸亚种动物双歧杆菌（Bifidobacterium animalis subsp. lactis CCFM1479是一种高效将Rb1转化为稀有皂苷（包括Rd、Rk1和CK）的菌株，通过肠道微生物群介导的去糖化作用提高了Rb1的生物利用度。在慢性疲劳综合征小鼠模型中，联合使用CCFM1479（活菌）和Rb1的联合制剂以及后生物制剂（发酵Rb1）均显示出更好的效果
CRediT作者贡献声明
刘飞：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，监督，数据管理。马浩瑞：撰写 – 审稿与编辑，方法学研究，实验设计。张秋香：数据可视化，验证，监督。刘进：软件应用，方法学研究，实验设计。王江：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，软件应用，方法学研究，实验设计，数据分析，数据管理。唐欣：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，数据可视化，监督，资源协调。
未引用参考文献
Lei等人，2024年；Liu等人，2024年；Wang等人，2024年。利益冲突声明
本文作者唐欣、王江、马浩瑞、刘飞、刘进、张秋香、赵建新、陈伟、毛炳勇、崔树茂提交的论文《乳酸亚种动物双歧杆菌（Bifidobacterium animalis subsp. lactis CCFM1479与Rb1协同缓解小鼠疲劳》声明与本研究内容无利益冲突。如需获取本文的数据，可向通讯作者提出合理请求。致谢
本研究得到了国家重点研发计划（项目编号：2023YFF1105202-3）、江苏省的青兰项目、中央高校的基本科研经费以及江苏省食品安全与质量控制协同创新中心的支持。
