乳酸菌利用低聚糖的特性及在肠道中的作用

【摘要】：功能性低聚糖不能被人体消化吸收,但可以选择性地增殖肠道内的一些共生菌,并产生有益于肠道健康的短链脂肪酸。对功能性低聚糖的利用被认为是益生菌一项重要的新特性,而目前益生菌利用功能性低聚糖的特性与其在肠道中定殖的能力是否相关尚不明确。本研究以乳酸菌(LAB)为研究对象,通过体外实验研究了乳酸菌对低聚果糖(FOS)和低聚木糖(XOS)的利用特性,并通过体内实验研究了低聚糖对乳酸菌在小鼠肠道中定殖的影响,以及乳酸菌、低聚糖及其共同作用对小鼠粪便短链脂肪酸含量、生理生化指标和肠道菌群的影响。主要研究内容如下:体外实验中,先采用溴甲酚紫平板法比较了不同种属的乳酸菌利用FOS和XOS的偏好性,测定并比较了乳酸菌分别以FOS和XOS为唯一碳源时的代时和产酸速率。发现乳酸菌对不同低聚糖的利用虽具有菌株特异性但也存在一定规律:如4株鼠李糖乳杆菌和3株嗜热链球菌都不能利用FOS和XOS,8株植物乳杆菌都可以利用FOS和XOS;菌株的生长速率和产酸速率呈正相关,乳杆菌产酸速率普遍大于双歧杆菌。根据体外实验结果,选取11株对低聚糖利用特性不同的乳酸菌,等量混合后与FOS-XOS混合物进行不同组合开展动物实验。采集不同时间点的小鼠粪便,利用PCR-DGGE的方法,建立11株乳酸菌的标准指纹图谱并以此为参照探究这些菌株在小鼠肠道内的定殖情况。结果表明,在本实验剂量下(按成人4 g/天等效推算至小鼠),不能利用低聚糖的菌株普遍不能在小鼠肠道中定殖,而可以利用低聚糖的菌株,在肠道定殖时间的长短与其利用低聚糖的速度之间没有相关性,低聚糖的短期作用不影响乳酸菌的定殖,而持续作用可使某些菌株定殖时间延长。利用GC-MS检测了不同时间点采集的小鼠粪便中短链脂肪酸的含量。结果显示小鼠粪便中的短链脂肪酸以乙酸为主;单独灌胃乳酸菌、低聚糖及两者混合物均能显著提高小鼠粪便中短链脂肪酸的含量,其中灌胃乳酸菌及其与低聚糖的混合物效果比单独灌胃低聚糖更为显著,粪便短链脂肪酸的总酸含量可达30μmol/g以上。实验中对小鼠的体重进行监测,处死前取血,用于检测血清生化指标,并在处死后检测脏器指数、盲肠重量。结果表明,单独灌胃乳酸菌或低聚糖对小鼠体重没有显著影响,而两者的共同作用使小鼠体重有所下降;乳酸菌、低聚糖及其共同作用对小鼠脏器指数、盲肠总重与排空重量、血清中的TC、Ig G、Ig M均没有显著影响;乳酸菌和低聚糖的共同作用可显著降低小鼠血清中的TG含量;乳酸菌和低聚糖的共同作用以及低聚糖的单独作用可以使小鼠血清HDL-C稍有上升,而LDL-C稍有下降。为研究乳酸菌、低聚糖及其共同作用对小鼠肠道菌群的影响,以小鼠粪便为样品,通过Illumina Miseq高通量测序平台,研究小鼠肠道菌群的变化。结果表明,乳酸菌、低聚糖及其共同作用可提高小鼠肠道菌群的Alpha多样性,并短暂影响Beta多样性,停止灌胃后,Alpha和Beta多样性会趋向于恢复初始水平;乳酸菌、低聚糖及其共同作用对小鼠肠道菌群门的种类没有显著影响,但会影响拟杆菌门、厚壁菌门、放线菌门和变形菌门的相对丰度,停止灌胃后,这些菌群会逐渐恢复至初始水平;在属水平上,乳酸菌、低聚糖及其共同作用可增加菌属的种类,外源双歧杆菌和嗜热链球菌使小鼠肠道菌群中的Bifidobacterium和Streptococcus相对丰度在短期内迅速上升,但停止作用后,两者的相对丰度会迅速下降,恢复初始水平,而低聚糖的继续作用可使Bifidobacterium的最终相对丰度略高于初始值。本实验设置的低聚糖剂量可使小鼠肠道菌群Bifidobacterium的相对丰度稍有提高,但不如直接灌胃乳酸菌的效果显著。所有实验组对小鼠粪便菌群中的Lactobacillus均没有显著影响。