《Food Bioscience》：Selenium-enriched Lacticaseibacillus rhamnosus SHA113 alleviates fatigue under simulated high-altitude hypoxia in mice through intestinal microbiota and antioxidant modulation
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高海拔环境下硒强化乳酸乳杆菌（Se-SHA113）通过调节肠道菌群（增加乳杆菌丰度）、增强抗氧化能力及改善糖原代谢缓解小鼠运动疲劳，乳杆菌LR补充剂亦显示部分相似效果。
刘冠文|李英辉|李琪|金明良|尚晓雅|邵东燕|蒋春梅|颜璐|贾斌|尹大川|史俊玲
西北工业大学生命科学技术学院，中国陕西省西安市友谊西路127号，邮编710072
摘要
在未适应高海拔环境的情况下，急性暴露于高海拔会导致运动不耐受。氧化应激和肠道微生物群失衡逐渐被认为是导致低气压缺氧相关疲劳的重要因素。硒是一种公认的抗氧化营养素，而益生菌被广泛认为可以调节肠道微生物群。本研究评估了富硒的Lacticaseibacillus rhamnosus SHA113（Se-SHA113）在模拟高海拔环境（4500米）下缓解运动相关疲劳的潜力。实验中，小鼠在暴露于低气压缺氧环境前4天通过口服给予Se-SHA113（0.12毫克硒/千克体重）。Se-SHA113补充剂延长了运动表现，并与肠道微生物群中Lactobacillus reuteri数量的增加相关。同时进行了Lactobacillus reuteri ATCC 53608（LR；1×108 CFU/天，持续4天）的干预实验。LR补充剂也再现了部分有益效果。两种干预措施均改善了与疲劳相关的生物标志物，包括肝糖原和肌肉糖原的保存、肠道抗氧化酶活性的增强以及粪便中短链脂肪酸（尤其是乙酸和丁酸）水平的提高。Se-SHA113处理后还观察到结肠氧化应激的降低。总体而言，Se-SHA113显示出在模拟高海拔环境下缓解低气压缺氧相关疲劳的潜力。这些效果与肠道微生物群的选择性重塑、糖原储存的改善以及肠道抗氧化防御能力的增强有关，表明Se-SHA113是缺氧条件下营养干预的有希望的候选者。
引言
高海拔环境的特征是氧气供应不足，这严重影响了未适应者通过运动产生能量的能力。随着海拔每升高1000米，环境中的氧气含量大约减少10%（Zhang等人，2022年），同时气压降低，导致低气压缺氧和氧气摄取减少（Mrakic-Sposta等人，2021年）。在这种压力下，小鼠的能量代谢从以葡萄糖为基础转变为脂质和氨基酸的分解代谢，这会产生过多的自由基，最终导致组织氧化损伤（Liu等人，2023年）。运动疲劳中也发现了氧化损伤，这进一步限制了运动能力和耐力，对高海拔环境下的运动和身体表现构成了巨大挑战（Gao等人，2023年）。迫切需要有效的策略来对抗这种氧化应激和运动疲劳，以维持在高海拔适应前进入该地区的人的健康和表现。
一种缓解高海拔疲劳的方法是补充抗氧化剂，因为多种抗氧化化合物已被证明能够在正常情况下缓解运动引起的疲劳（Y. H. Li等人，2023年）。硒在细胞抗氧化防御和氧化还原平衡中起着关键作用，因为它是一些硒蛋白（如谷胱甘肽过氧化物酶和硫氧还蛋白还原酶）的组成部分，这些蛋白通过中和活性氧（ROS）来保护细胞免受氧化损伤（Rayman，2000年）。补充硒已被广泛证明可以增强抗氧化能力、减少氧化应激并改善身体免疫功能（Rayman，2012年）。预先给小鼠喂食富硒的Lacticaseibacillus rhamnosus SHA113（Se-SHA113）可以显著增强肝脏的抗氧化能力并减轻铅引起的组织损伤（Jin等人，2022年）。这些发现表明，富硒益生菌可能对氧化损伤具有保护作用。
益生菌干预可能是另一种对抗高海拔压力的潜在策略。许多抗疲劳成分已被证明能够调节肠道微生物群并增强肠道屏障（Y. H. Li等人，2023年）。我们的初步实验发现，6小时的高海拔暴露会导致肠道微生物群的显著变化，这意味着防止肠道微生物群的变化可能有助于缓解高海拔引起的运动疲劳。一些益生菌合成的生物活性硒纳米颗粒已被报道可以缓解C57BL/6小鼠的急性低气压缺氧引起的肠道屏障功能障碍（Dou等人，2023年）。无论是原始形式还是富硒形式的Lacticaseibacillus rhamnosus SHA113的口服给药，都能在多种不利条件下缓解肠道菌群失调和炎症（Jin等人，2022年；N. Li等人，2020年；Vitellio等人，2019年）。
从抗氧化活性和肠道微生物群调节的角度来看，富硒的Se-SHA113被认为具有缓解高海拔引起的运动疲劳的能力，并在模拟高海拔环境（约4500米）的小鼠模型中进行了评估。正如我们所预期的，Se-SHA113补充剂显著延长了小鼠在高海拔下的运动疲劳时间。有趣的是，这种抗疲劳效果伴随着Lactobacillus reuteri在肠道中数量的显著增加。口服Lactobacillus reuteri ATCC 53608（LR）也显示出了类似的抗疲劳效果。Se-SHA113的作用机制体现在促进肠道抗氧化酶活性、调节肠道微生物群组成和保护肠道屏障完整性方面。本研究强调了肠道微生物群在缓解高海拔引起的疲劳中的关键作用，并发现了Se-SHA113和Lactobacillus reuteri在保护高海拔环境下身体表现方面的潜力。
Se-SHA113的制备
L. rhamnosus SHA113（编码为CCTCCM2017839）是从健康女性的母乳中分离出来的，并保存在中国典型微生物保藏中心（湖北省武汉市）。在制备过程中，L. rhamnosus SHA113在MRS培养基（Man、Rogosa和Sharpe培养基）中于37°C培养48小时后，加入3.0 mmol/L的亚硒酸钠（上海中国医药试剂有限公司）。然后继续进行培养
高海拔实验引发的运动疲劳
如图1A所示，在HH组中，小鼠的运动疲劳时间显著短于CON组（P = 0.0004），表明高海拔本身即可导致运动疲劳（图1B）。HH组小鼠的疲劳生物标志物也显著增加，包括血清中的BLD（P = 0.0072）、BLDH（P < 0.0001）、BUN（P = 0.0004）和CK（P < 0.0001，图1C）。在生理学上，BLD升高是无氧糖酵解和疲劳的经典指标（Huang等人）
Se-SHA113补充可能与L. reuteri数量的增加有关
Se-SHA113和LR补充剂都与在模拟高海拔环境下改善运动表现和部分恢复肠道稳态有关。一个显著的发现是，Se-SHA113降低了α多样性，同时增加了被标记为L. reuteri的菌群数量。尽管α多样性的降低通常被认为是菌群失调的潜在迹象，但这一发现应在整体生理反应的背景下进行解释
结论
总之，本研究表明，Se-SHA113补充剂与在模拟高海拔环境下的运动表现改善、抗氧化能力的增强、肠道屏障相关指标的改善、SCFAs产量的增加以及肌肉和肝脏糖原的更好保存有关。与单独使用LR补充剂相比，Se-SHA113似乎引发了更针对性的微生物群变化和更强的抗氧化/代谢反应
CRediT作者贡献声明
刘冠文：撰写——原始草案，正式分析，数据管理。李英辉：方法学。李琪：软件。金明良：监督。尚晓雅：监督。邵东燕：监督，软件。蒋春梅：软件。颜璐：软件。贾斌：方法学。尹大川：方法学。史俊玲：撰写——审阅与编辑，资源获取，研究资金。
伦理批准和参与同意
所有动物实验均获得了西北工业大学动物保护和使用委员会的批准（编号：202301173和202301174）。所有涉及动物的研究均遵循《实验动物管理条例》（中国科学技术部，2004年修订）的规定进行。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：32172183和12172302）、陕西省重点研发计划（2024NC-GJHX-29）、陕西省教育厅的青年创新团队研究项目（22JP077）以及西北工业大学的博士论文创新基金（CX2024020）的支持。
