壬基酚诱导的肠道损伤和菌群失调及乳酸菌缓解其毒性的作用研究

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壬基酚(Nonylphenol)作为一种内分泌干扰物,广泛存在于人们的日常生活中,并通过食物摄入被人体吸收。壬基酚可在人和动物体内蓄积,对人和动物的内分泌系统、生殖系统、免疫系统和中枢神经系统均可造成损伤。作为壬基酚的主要吸收部位,肠道也是其靶器官之一,且壬基酚损伤肠道时或可通过肠脑轴加重机体中枢神经系统损伤。但是,目前关于壬基酚诱导肠道损伤的研究还比较有限,且已有报道中针对壬基酚的清除方法均无法应用于食品领域。乳酸菌作为一类有益菌种,可保护肠道健康,且在清除重金属、多环芳烃、双酚A等环境污染物方面已有广泛的研究。基于此,本研究将从以下三个方面进行探究,以期寻找到可以高效清除壬基酚并有效缓解壬基酚毒性的乳酸菌。首先,选取30μg/kg~50 mg/kg之间不同剂量的壬基酚开展了大鼠的亚慢性毒性实验,分析了壬基酚对大鼠肠道屏障、肠道免疫及肠道微生态的影响及潜在剂量效应关系。结肠病理切片结果显示壬基酚可对肠黏膜造成损伤并诱导了结肠炎症。基于此结果,进一步分析了不同剂量壬基酚暴露下结肠紧密连接蛋白的转录水平变化情况,证明15mg/kg和50 mg/kg的壬基酚显著下调了ZO-1和Claudin-1的m RNA水平。通过酶连免疫吸附法(Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay,ELISA)测定了不同剂量壬基酚对紧密连接蛋白和特定炎症因子的影响,发现相较于空白组,ZO-1、Claudin-1蛋白表达量的下调与TNF-α、IL-1β的上升均表现出对壬基酚的剂量依赖性。通过16s RNA分析了壬基酚暴露下肠道菌群的变化,结果表明与短链脂肪酸产生相关的菌群丰度下降,包括Allobaculum属和Coprococcus属,进一步对大鼠粪便中的短链脂肪酸进行测定,发现与菌群结果相对应的是丁酸含量显著下降。然后,体外筛选具有高效清除壬基酚能力的乳酸菌并开展细胞实验验证其对壬基酚毒性的缓解效果。本研究筛选出一株6 h内对壬基酚减除率高达60.56%的长双歧杆菌CCFM1077。CCFM1077对壬基酚的减除率是所筛选乳酸菌中减除能力较差的菌的6倍。通过比较活菌和死菌对壬基酚的减除率初步确定CCFM1077的减除模式是吸附。进一步探究CCFM1077吸附壬基酚的吸附动力学与吸附热力学,实验证明CCFM1077对壬基酚的吸附同时存在物理和化学吸附。基于Caco-2细胞模型,初步验证了乳酸菌对壬基酚毒性的缓解效果,通过CCK-8法确定了CCFM1077将壬基酚暴露6 h后的Caco-2细胞的存活率提高了约30%。基于上述结果,开展动物实验验证CCFM1077在体内对壬基酚毒性的缓解作用。通过旷场实验发现CCFM1077能够显著改善壬基酚暴露导致的行为学障碍,同时实时荧光定量聚合酶链反应(Quantitative real-time polymerase chain reaction,QPCR)分析发现该菌显著降低了脑中的TNF-α的转录水平。CCFM1077在显著提高粪便中壬基酚排出量的同时,还显著地提高了紧密连接蛋白ZO-1的含量,保护了结肠粘膜的完整性;下调了IL-1β、TNF-α的含量,减少炎症对结肠的损伤。此外,CCFM1077也显著增加了大鼠肠道SCFAs产生菌如Turicibacter的丰度并显著提高了丁酸的产量,有效维持了肠道稳态。综合以上研究,本课题研究了不同剂量壬基酚对大鼠的损伤,通过相关性分析发现壬基酚导致的丁酸下降与下降的结肠紧密连接蛋白表达、上调的结肠IL-1β具有显著的相关性。而后使用筛选出的对壬基酚具有高吸附特性的长双歧杆菌CCFM1077开展了乳酸菌缓解壬基酚毒性的验证实验,从体外和体内两个角度验证了CCFM1077的缓解效果,为治疗壬基酚损伤提供了新的方法与途径。
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