动物双歧杆菌乳亚种(Bifidobacterium animalis subsp. lactis) Ca360与硫酸锌(ZnSO4)联用对缺锌小鼠锌转运、氧化应激及肠道炎症的协同效应

《Frontiers in Nutrition》：Synergistic effects of Bifidobacterium animalis subsp. lactis Ca360 and zinc sulfate on zinc transport, oxidative stress, and intestinal inflammation in zinc-deficient mice

　　

摘要：锌缺乏与氧化应激、炎症及肠道功能障碍密切相关。本研究采用缺锌小鼠模型，评估动物双歧杆菌乳亚种(Bifidobacterium animalis subsp. lactis，B. lactis) Ca360联合硫酸锌(ZnSO4)对锌代谢、抗氧化能力、肠道完整性及肠道菌群组成的影响。锌缺乏显著降低器官指数和锌水平，损伤抗氧化酶活性，并诱导氧化应激与炎症。联合补充B. lactis Ca360与ZnSO4可显著恢复锌状态，增强超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GPx)活性，降低一氧化氮(nitric oxide, NO)水平，减轻结肠黏膜损伤，且在多项指标上优于植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum，L. plantarum) 299v联合干预组。分子水平上，B. lactis Ca360上调十二指肠锌摄取及储存相关基因表达，同时抑制促炎基因表达。此外，B. lactis Ca360逆转缺锌相关的菌群失调，减少炎症相关菌属并富集Muribaculum，其丰度与锌状态及抗氧化能力呈正相关。综上所述，B. lactis Ca360联合ZnSO4可有效缓解缺锌诱导的氧化应激和肠道功能紊乱，提示其作为一种靶向益生菌策略用于管理缺锌相关疾病的潜力。

论文解读：动物双歧杆菌乳亚种Ca360与硫酸锌联用对缺锌小鼠锌转运、氧化应激及肠道炎症的协同效应

研究背景与意义

锌是维持机体细胞分化、免疫调节及抗氧化防御的重要必需微量元素，参与300余种酶及转录因子的生化反应。全球性锌缺乏可导致免疫功能紊乱、氧化应激增加及相关慢性病风险升高。传统无机锌补充剂如硫酸锌(zinc sulfate, ZnSO₄)存在吸收率低及胃肠刺激等局限。近年研究表明，肠道菌群稳态依赖锌稳态(gut-zinc axis)，且益生菌可通过调节菌群及代谢产物改善矿物质吸收。动物双歧杆菌乳亚种(Bifidobacterium animalis subsp. lactis，简称B. lactis) Ca360系前期体外筛选获得的安全菌株，具强植酸酶(phytase)活性及促进钙、铁、锌吸收与产短链脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)能力，但其对缺锌状态下菌群重构、锌代谢基因调控及肠屏障的保护作用尚不明确。研究人员通过建立缺锌小鼠模型，以植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum，L. plantarum) 299v＋ZnSO₄为阳性对照，系统探讨B. lactis Ca360联合ZnSO₄对锌代谢、氧化还原平衡、十二指肠锌转运基因、结肠组织学、菌群及SCFA的协同调控机制，为开发基于益生菌的缺锌干预策略提供实验依据。该论文发表于《Frontiers in Nutrition》。

主要关键技术方法

研究人员选用50只雄性昆明小鼠(Kunming mice, KM mice)随机分为5组(n=10)：正常对照组(普通饲料)、缺锌模型组(缺锌饲料)、ZnSO₄单独干预组(缺锌饲料＋灌胃ZnSO₄，6.96 mg Zn/kg体重)、L. plantarum 299v＋ZnSO₄组(缺锌饲料＋灌胃L. plantarum 299v 1×10⁹cfu/mL＋ZnSO₄)、B. lactis Ca360＋ZnSO₄组(缺锌饲料＋灌胃B. lactis Ca360 1×10⁹cfu/mL＋ZnSO₄)，干预3周。主要检测技术包括：血清及肝组织锌含量、NO水平及抗氧化酶(SOD、GPx)活性测定(商业试剂盒法)；结肠组织苏木精—伊红(hematoxylin and eosin, H&E)染色组织学评估；粪便16S rRNA基因(V3–V4区)扩增子测序(Illumina平台，QIIME2分析，SILVA 138数据库注释)结合线性判别分析(LEfSe)；气相色谱(gas chromatography, GC)测定粪便SCFA；十二指肠/回肠组织总RNA提取及实时荧光定量PCR(qPCR，2^?ΔΔCt法，以Gapdh为内参)检测锌转运蛋白基因(ZIP家族Slc39a、ZnT家族Slc30a)、金属应答元件结合转录因子1(metal-responsive transcription factor-1, MTF-1)及炎性细胞因子(IL-1β、TNF-α、IL-10)mRNA表达；Spearman相关性分析整合菌群—宿主表型关联。

研究结果

3.1 The combination of B. lactis Ca360 and ZnSO₄ameliorates organ indices and oxidative stress related zinc metabolism in zinc-deficient mice

缺锌模型组肝、肾、脾指数显著降低，血清及肝锌含量下降，NO升高，SOD及GPx活性降低。B. lactis Ca360＋ZnSO₄联合干预较模型组显著恢复肝及脾指数(接近正常对照组水平且优于单独ZnSO₄及L. plantarum 299v联合组)，显著提升血清与肝锌浓度，增强血清与肝SOD、GPx活性，降低NO水平，且多项指标改善幅度优于L. plantarum 299v联合组，表明该联用方案对系统性锌代谢及氧化还原平衡的修复更具优势。

3.2 The combination of B. lactis Ca360 and ZnSO₄alleviates colon structural damage in zinc-deficient mice

H&E染色显示正常对照组结肠黏膜上皮排列规整、隐窝结构完整；缺锌模型组腺体排列紊乱、隐窝破坏伴大量炎性细胞浸润；ZnSO₄单独干预仅部分缓解；B. lactis Ca360＋ZnSO₄组与L. plantarum 299v＋ZnSO₄组均进一步改善隐窝结构并明显减少炎性浸润，其中B. lactis Ca360联合组结肠形态最接近正常对照组，提示益生菌联合补锌可有效减轻缺锌所致结肠结构损伤。

3.3 The combination of B. lactis Ca360 with ZnSO₄restores the expression of zinc homeostasis and inflammation-related genes in the duodenum of zinc-deficient mice

缺锌下调十二指肠锌摄取基因Slc39a4、Slc39a5、Slc11a2及锌储存/稳态基因MTF-1、Slc30a1、Slc30a2，上调Slc39a14及促炎因子IL-1β、TNF-α，下调抗炎因子IL-10。ZnSO₄单独干预仅部分回调少数基因；B. lactis Ca360＋ZnSO₄联合干预显著上调Slc39a5、Slc30a1、MTF-1及Slc39a4/Slc11a2/Slc30a2，下调Slc39a14、TNF-α、IL-1β并上调IL-10，基因表达谱更接近正常对照组，且对Slc39a5、Slc30a1的恢复及Slc39a14、TNF-α的抑制效果优于L. plantarum 299v联合组。

3.4 B. lactis Ca360 combined with ZnSO₄reverses zinc deficiency-related microbial dysbiosis and enriches specific beneficial bacterial groups

缺锌模型组厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidota)相对丰度下降，脱硫菌门(Desulfobacterota)升高；属水平Alistipes、Tyzzerella、Anaerotignum减少，Colidextribacter、Desulfovibrio、Acetatifactor、Akkermansia增多。B. lactis Ca360＋ZnSO₄干预逆转上述变化，提升Bacteroidota及Verrucomicrobiota，降低Firmicutes及Desulfobacterota；LEfSe分析鉴定Muribaculum为B. lactis Ca360联合组特征性富集菌属，模型组特征菌属含Colidextribacter、Desulfovibrio、Acetatifactor、Dorea、Helicobacter、Dialister。α多样性(Chao1、Shannon)组间无显著差异，β多样性显示各干预组显著改变菌群结构。

3.5 B. lactis Ca360 combined with ZnSO₄regulates the production of SCFAs in zinc deficient mice

GC检测显示缺锌组粪便总SCFA、乙酸(acetate)、丙酸(propionate)、异丁酸(isobutyrate)、异戊酸(isovalerate)、戊酸(valerate)均降低。B. lactis Ca360＋ZnSO₄组上述SCFA及丁酸(butyrate)浓度显著高于缺锌模型组，且总SCFA、乙酸、丙酸、异丁酸、异戊酸、戊酸升高幅度大于ZnSO₄单独及L. plantarum 299v联合组(丁酸在ZnSO₄单独组反而偏低)，己酸(hexanoate)无组间差异，提示B. lactis Ca360联用显著促进SCFA生成。

3.6 Correlation of gut microbiota with markers of zinc metabolism, oxidative stress, SCFAs and inflammation

Spearman分析显示血清与肝锌水平与肝脾指数、SOD/GPx活性正相关，与NO负相关；锌转运及储存基因(MTF-1、Slc39a4/5、Slc11a2、Slc30a1/2)与锌及抗氧化指标正相关，与NO负相关；SCFA总量及各组分与锌、抗氧化酶正相关，与NO负相关；促炎基因Slc39a14、IL-1β、TNF-α与NO正相关，与锌、SCFA、抗氧化酶负相关；IL-10与锌及抗氧化标记正相关。菌属层面，Muribaculum、Colidextribacter、Dorea丰度与锌状态、抗氧化、SCFA、有益基因表达正相关，与NO及促炎因子负相关；Desulfovibrio、Bilophila、Helicobacter、Dialister呈相反相关模式——与炎症及氧化指标正相关，与锌、SCFA、抗氧化指标负相关。

讨论与结论总结

研究人员指出，缺锌致多器官发育受阻及氧化还原失衡，单独ZnSO₄虽可部分纠正血锌但对抗氧化酶系统调节有限。B. lactis Ca360联合ZnSO₄通过上调十二指肠锌摄取/储存基因、抑制促炎基因，重塑菌群——抑制炎症相关菌(Desulfovibrio、Bilophila、Helicobacter等)并特异性富集产SCFA菌Muribaculum(拟杆菌门)，进而提升粪便SCFA(尤乙酸、丙酸)，经由SCFA强化肠屏障紧密连接、抑制组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase, HDAC)或激活G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor, GPR41/43)发挥抗炎与免疫调节，最终形成"菌群—SCFA—肠屏障—锌吸收"轴改善全身锌稳态。此协同效应优于同剂量L. plantarum 299v联合干预，体现菌株特异性。局限性含小鼠模型待临床验证、菌群—宿主因果需粪菌移植或无菌鼠确认、Muribaculum功能需宏基因组/代谢组深入、缺无单用益生菌对照组。

结论(翻译)：本研究通过缺锌小鼠模型系统评价B. lactis Ca360与ZnSO₄联用的效应，证实其可改善锌代谢紊乱、氧化应激及肠道菌群失调。通过与L. plantarum 299v对比构建多层次证据链，为B. lactis Ca360的转化开发奠定实验基础，凸显该益生菌在临床与营养制剂领域的双重应用潜力。