一株具有降尿酸活性的新型乳酸菌的鉴定与表征

更新时间：作者：小小条

标题：Identification and characterization of a novel lactic acid bacteria with uric acid-lowering activity: From screening to genomic analysis and in vivo validation

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.fbio.2025.107220

期刊：Food Bioscience

摘要

高尿酸血症是一种常见的代谢性疾病，尽管乳酸菌（LAB）在治疗肥胖、2型糖尿病和高脂血症等多种代谢紊乱方面已被证实有效，但针对高尿酸血症的研究却很少。在本研究中，我们分离出了一株罕见的具有降尿酸活性的菌株——嗜酸片球菌Mei.1103.1。体外实验表明，该菌株能在30分钟内快速降解肌苷和鸟苷这两种核苷。体内评估显示，在高尿酸血症斑马鱼和大鼠模型中，嗜酸片球菌Mei.1103.1分别使尿酸水平降低了46.50%和48.58%，将尿酸浓度恢复到与健康对照组相当的水平。进一步的表型分析和全基因组测序显示，该菌株对酸、胆盐、氧化和温度胁迫具有较强的环境应激抵抗力，且安全性较高，无溶血活性，也无令人担忧的抗生素耐药性。基因组研究发现了多个与嘌呤分解代谢、脂质调节和抗炎通路相关的功能基因，为该菌株在促进代谢健康方面的潜在作用提供了机制基础。这些研究结果表明，嗜酸片球菌Mei.1103.1是一种安全有效的益生菌候选菌株，可用于预防和管理高尿酸血症及相关代谢紊乱。

引言

高尿酸血症是一种代谢性疾病，从早期良性无症状阶段发展为慢性痛风性关节炎，可能引发高血压、肾功能衰竭、动脉硬化及其他代谢综合征（Du等人，2024年；Joosten等人，2020年）。由于饮食模式改变、久坐生活方式以及人口老龄化，高尿酸血症已成为一个突出的全球性公共卫生问题。近期的流行病学调查显示，全球约13.85%的成年人口患有高尿酸血症，在亚洲、南美洲和欧洲等发达地区及快速城市化地区，其患病率显著更高（Chen等人，2025年；Dehlin等人，2020年）。目前，饮食管理和药物干预仍是治疗高尿酸血症的主要策略。饮食策略通常包括限制富含嘌呤的食物，然而，这些方法往往依从性较差，还可能无意中导致营养失衡（Juraschek等人，2021）。药物治疗主要包括减少尿酸合成的黄嘌呤氧化酶抑制剂（如别嘌醇和非布司他）、促进尿酸排泄的促尿酸排泄药（如苯溴马隆）以及外源性尿酸酶的补充。然而，这些传统治疗方法往往存在副作用，包括肝肾功能损害，这限制了它们的长期适用性和患者依从性（Pascart和Richette，2018；Wang等人，2022）。因此，开发更安全、更有效的高尿酸血症替代治疗策略至关重要。

近年来，乳酸菌（LAB）因其能够调节嘌呤代谢和肠道微生物稳态，作为高尿酸血症的潜在干预手段引起了越来越多的关注（Wang等人，2022；Zhao等人，2022）。乳酸菌可通过多种机制缓解高尿酸血症，包括核苷降解、肠-肾轴调节、全身性抗炎作用以及促进尿酸排泄（James等人，2023）。一些乳酸菌菌株，如植物乳杆菌LLY-606、干酪乳杆菌据报道，鼠李糖乳杆菌JY027和短乳杆菌grx821可通过降解嘌呤核苷和改善肠道菌群组成来降低血清尿酸水平（Miao等人，2024年；Shi等人，2023年；Wang等人，2024年）。目前，针对高尿酸血症的乳酸菌筛选研究依赖于核苷、嘌呤和尿酸降解等体外检测方法，这些方法无法反映复杂的体内环境。此外，许多候选菌株缺乏全面的安全性评估，包括抗生素耐药性和毒力基因分析。这些局限性阻碍了真正有效且安全的益生菌的鉴定。

随着高通量测序技术的进步，全基因组测序（WGS）已成为识别具有特定健康促进特性（包括降尿酸潜力）的功能性益生菌的有力工具（Peng等人，2023；Zhang等人，2019）。全基因组测序能够深入分析参与核苷水解、嘌呤转运和嘌呤分解代谢途径的基因，从而为益生菌功能提供机制层面的见解（Xiong等人，2024）。此外，基于基因组的安全性评估（包括对抗生素抗性基因、毒力因子和可移动遗传元件的筛选）对于评估益生菌在治疗和食品应用中的适用性至关重要（Haranahalli Nataraj等人，2024）。因此，结合体外功能测定、体内 efficacy验证和全基因组分析，是发现和开发用于高尿酸血症干预的新型益生菌菌株的理想方法。

本研究旨在从中国传统发酵食品（包括发酵米和蔬菜）中分离并评估具有抗高尿酸血症潜力的乳酸菌菌株。候选菌株根据其体外特性进行初步筛选，这些特性包括核苷降解能力、耐酸和耐胆盐能力、表面疏水性、自聚集性、抗菌活性以及对抗生素的敏感性。所选菌株的降尿酸功效通过高尿酸血症斑马鱼和大鼠模型在体内进一步验证。其中，Mei.1103.1菌株表现出相对更强的降尿酸效果。全基因组测序揭示了与嘌呤代谢、抗逆性、抗炎活性和脂质调节相关的基因，这表明该菌株可能具有除降尿酸外的多种功能益处。本研究为嗜酸乳杆菌Mei.1103.1作为一种安全、功能性的益生菌用于高尿酸血症管理的潜力提供了新的证据，并为其在功能性食品或益生菌疗法治疗代谢紊乱中的应用奠定了基础。

材料与方法

菌株培养

所有乳酸菌菌株均分离自传统发酵食品（包括四川泡菜、江西腌菜、菜梗和发酵米粉），分离采用了De Man、Rogosa和Sharpe（MRS）琼脂培养基（中国青岛海博生物技术有限公司），并在-80℃的甘油中保存。活化后，将乳酸菌菌株以2%（v/v）的接种量接种到MRS液体培养基中，在37℃下培养24小时。

体外核苷降解活性的测定

将活化后的发酵液在4℃下以5000 rpm离心10分钟，得到沉淀物，用磷酸缓冲盐溶液（PBS，0.1 mol/L，pH 7.0）洗涤3次，然后重悬于含有嘌呤核苷（0.2 g/L肌苷和鸟苷）的磷酸二氢钾溶液（20 mmol/L，pH 7.0）中。将该混合物在37℃厌氧条件下孵育30分钟。随后按9:1（v/v）的比例加入终止剂高氯酸，混合物经0.22 μm滤膜过滤。取20 μL滤液进行高效液相色谱（HPLC，1260系列，安捷伦科技公司，美国加利福尼亚州）分析（Wang等人，2024）。核苷的降解率根据公式（1）计算。\[Degradation Rate (\%)=\frac{\left(C_{Standard }-C_{Sample }\right)}{C_{Standard }} × 100 \quad\] ）其中\(C_{Standard }\)和\(C_{Sample }\)分别是无菌株和有菌株反应后上清液中肌苷/鸟苷的水平。

益生菌特性的评估

耐酸性、耐胆盐性、耐人工胃液和肠液性

将活化的乳酸菌菌株接种到MRS培养基（pH 3.0、pH 2.0）中，在37℃下培养3小时以评估其耐酸性；将其接种到含有0.15%和0.3%胆盐的MRS培养基中，培养4小时以评估其耐胆盐性。采用先前的方法（Brodkorb等人，2019）分析乳酸菌对模拟胃肠道环境的耐受能力。将活化的乳酸菌菌株与人工胃液按1:1的比例均匀混合，在37℃、120转/分钟的条件下孵育2小时，以模拟胃消化过程。之后，将其与人工肠液按1:1的比例均匀混合，以模拟肠消化过程。分别在0小时和实验结束后采集样本进行平板菌落计数。乳酸菌的存活率采用公式（2）计算： \[Survival rate (\%)=\frac{lgCFUN_{t}}{lgCFUN_{0}} × 10 \quad (2)\] 其中，\(N_{0}\)和\(N_{t}\)分别是不同条件处理前后的活菌数。

细胞表面疏水性的测定

乳酸菌的细胞表面疏水性参照Gao等人（Gao et al., 2024）的方法进行分析，并稍作修改。简要步骤如下：通过离心（5000 rpm，10分钟，4°C）分离乳酸菌细胞，用无菌PBS（0.1 mol/L，pH 7.0）洗涤两次，将细菌沉淀用PBS重悬，并将\(OD 600\)调整至0.5–0.6（A0）。随后，向细菌悬液中加入等体积的二甲苯，剧烈涡旋充分混合。将混合物在37°C下孵育4小时，然后测定水相在600 nm处的吸光度（At）。乳酸菌的细胞表面疏水性按以下公式计算（式（3））： \[Hydrophobicity (\%)=\frac{A_{0}-A_{t}}{A_{0}} × 100 \quad (3)\]

自聚集测定

乳酸菌的自聚集能力根据先前的方法并稍作修改进行评估（Chen等人，2022）。按照上述方法制备细菌悬浮液，并将OD600调整至0.5–0.6（A0）。然后将悬浮液在37°C下静置24小时，之后测量其上清液在600 nm处的光密度（
1675b2-b9ee-427a-8a6a-b7ba5917078f）。乳酸菌的自聚集能力按公式（4）计算： \[Self - aggregation (\%)=\frac{A_{0}-A_{24}}{A_{0}} × 100 \quad (4)\]

乳酸菌的抗菌活性

采用改良的牛津杯法，基于先前的方案（Rajoka等人，2017年）对乳酸菌的抗菌活性进行了评估。简要来说，通过测量抑菌圈的直径，评估了其对常见的革兰氏阳性和革兰氏阴性病原菌（金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌、大肠杆菌和沙门氏菌）的抗菌活性。

乳酸菌的抗生素敏感性

采用抗生素纸片扩散法（Wei等人，2022年）在MRS琼脂上评估乳酸菌的抗生素敏感性，涉及8种常见抗生素：红霉素（15 μg/片）、青霉素（10 μg/片）。四环素（30μg/片）、万古霉素（30μg/片）、环丙沙星（5μg/片）、氯霉素（30μg/片）、甲硝唑（5μg/片）、卡那霉素（30μg/片）。测量抑菌圈直径，并根据临床和实验室标准协会（CLSI）的抗菌药物敏感性试验实施标准将其分为敏感（S）、中介（I）或耐药（R）。

溶血活性

溶血活性根据先前的研究（Li等人，2023年）进行测定。将活化的菌株接种到含有5%脱纤维羊血的哥伦比亚CNA血琼脂上，在37℃下培养48小时。菌落周围出现透明环表明该菌株具有溶血活性。

通过16S rRNA基因序列鉴定菌株

使用快速细菌基因组DNA提取试剂盒（中国上海生工生物工程股份有限公司）提取LAB菌株的DNA，并使用通用引物27F（5-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3）和1492R（5-GGTTACCTTGTTACGACTT-3）进行扩增（Das等人，2016）。PCR产物由上海派森诺生物科技有限公司测序。使用NCBI数据库（
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/）中的BLAST工具对序列进行分析，并根据最高相似度进行鉴定。

降尿酸效果评估

斑马鱼降尿酸效果评价

野生型AB斑马鱼幼鱼（5日龄）被随机分为11组（每组30条）。除正常对照组外，其余各组均在28℃条件下，用400μmol/L氧嗪酸钾和200μmol/L次黄嘌呤处理24小时以诱导高尿酸血症。随后，处理组通过浸泡方式暴露于LAB悬浮液\((10^{9} CFU / mL)\)或别嘌醇（136g/mL，阳性对照）中48小时。使用Amplex® Red尿酸/尿酸酶检测试剂盒评估尿酸水平，并通过测量荧光强度来评价降尿酸效果。所有动物实验均在许可证SYXK（浙）2022-0004的批准下进行。

大鼠降尿酸效果评价

雄性Sprague–Dawley大鼠（6-8周龄，180-220克）被随机分为对照组、模型组和LAB处理组（n \((n=6 / group )\)）。通过每日灌胃给予氧酸钾（250毫克/千克）和次黄嘌呤（300毫克/千克），持续14天诱导高尿酸血症。同期口服给予LAB混悬液\((10^{9} CFU / day )\)。处理后，在麻醉状态下从腹主动脉采集血样，使用比色法尿酸检测试剂盒测定血清尿酸水平。此外，还检测了包括血清肌酐和尿素氮（BUN）在内的其他参数，以评估肾功能。所有动物实验均获得南昌大学动物护理和使用委员会的批准（批准号：NCULAE-20221030018）。

全基因组测序与组装

提取了植物乳杆菌Mei.1103.1的基因组DNA用于全基因组测序。随后，由上海派森诺生物科技有限公司分别采用Pacific Biosciences和Illumina MiSeq平台进行测序。利用COG和KEGG数据库对与安全性、应激反应、降尿酸及其他潜在功能相关的基因进行了鉴定和注释。

统计分析

所有实验均进行了三次，数据以平均值±标准差（SD）表示。单因素方差分析进行了方差分析（ANOVA）以分析数据的显著性，柱形图上的不同字母表示组间存在显著差异（\((p<0.05)\)）。

结果与讨论

高核苷降解活性乳酸菌的筛选

使用MRS琼脂从多种发酵食品中分离出158个典型菌落，这些菌落呈乳白色、圆形、凸起且表面光滑。其中，120株分离菌被鉴定为革兰氏阳性菌且过氧化氢酶阴性，符合乳酸菌的特征。这些分离菌的核苷降解能力差异显著，范围在1.77%至100%之间（表S1）。其中，18株菌株在30分钟内就能将核苷完全降解（降解率达100%）。与以往的研究（包括从番茄酸汤（\((>95\%)\)）和发酵蔬菜（\((>50\%)\)）中分离出的乳酸菌菌株）相比，这些菌株展现出更高的降解能力。这18株高效核苷降解菌株均被选用于进一步研究。

乳酸菌的耐胁迫性

胃肠道环境对乳酸菌的存活和功能构成了重大挑战，包括低pH值、高胆汁盐浓度以及消化酶的存在（Sanders等人，2019；Xie等人，2023）。如图1A所示，所有18株受试菌株在pH 3.0条件下暴露3小时后仍保持较高的存活率，存活率均超过85%。在更极端的pH 2.0条件下（图1B），存活率差异显著，范围在53.40%至89.46%之间。其中，Mei.CG.3菌株表现出最高的耐酸性，在pH 2.0时存活率为89.46%，这与相关研究的先前发现一致（Lin等人，2022；Shu等人，2024）。在0.15%和0.3%的浓度下对胆汁盐耐受性进行了评估（图1C和D）。所有菌株在0.15%的浓度下均能存活，存活率在31.56%至92.03%之间。然而，在0.3%的胆汁盐浓度下，存活率显著下降，且Mei.YC.18、Mei.CG.9和Mei.MF.11菌株完全失活。胆汁抵抗力的差异可能与胆汁盐水解酶（BSH）活性或膜适应机制有关（Xu等人，2025）。在模拟胃和肠道条件下的进一步评估（图1E和F）表明，大多数菌株在人工胃液中暴露2小时后存活率仍保持在80%以上。然而，有5株菌株在模拟肠液中培养后存活率大幅下降，因此被排除在进一步研究之外。

乳酸菌的黏附特性和抗菌活性

乳酸菌对肠道上皮细胞的黏附性主要体现在其疏水性和自聚集能力上（Echresh等人，2024；Liu等人，2020）。如图2A所示，受试菌株对二甲苯的疏水性差异显著，范围在1.33%至64.13%之间。其中，Mei.LB.19的疏水性最高，为64.13%，表明其具有很强的细胞表面黏附潜力。相比之下，由于疏水性水平低于5%，有3株菌株被排除在进一步研究之外。所选乳酸菌菌株的自聚集测试结果如图2B所示。孵育24小时后，Mei.YC.2、Mei.CG.3、Mei.MF.15和Mei.MF.26的自聚集率超过60%，显著高于鼠李糖乳杆菌GG（Xu等人，2020）。这种较强的自聚集能力可能意味着其肠道定植潜力增强。

此外，对这些乳酸菌菌株的抗菌活性进行了针对常见食源性致病菌的测试，包括金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌、大肠杆菌和沙门氏菌属。如图所示表1中的Mei.LB.19、Mei.LB.23、Mei.MF.15和Mei.MF.29对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均表现出抑制作用。这种抗菌活性对于防止肠道病原体定植、维持肠道微生物稳态以及增强宿主免疫功能至关重要（Hadef等人，2023年；Kerry等人，2018年）。

图1. 18株乳酸菌在不同应激条件下的体外耐受性：（A）pH 3.0；（B）pH 2.0；（C）0.15%胆汁盐；（D）0.3%胆汁盐；（E）模拟胃液；（F）模拟肠液。

图2. 11株乳酸菌的疏水性（A）和自聚集能力（B）。数值以平均值±标准差（SD）表示。不同字母表示组间存在统计学显著差异（\((p<0.05)\)，

乳酸菌的抗生素耐药性和溶血活性

益生菌中的抗生素耐药性是一个主要的生物安全问题，因为耐药基因可以转移到其他肠道微生物中，可能会损害宿主健康（Grohmann等人，2003年；Xu等人，2025年）。在本研究评估了8株乳酸菌对8种常用抗生素的耐药性（表2）。所有菌株均对红霉素、青霉素和氯霉素敏感（S），这与欧洲食品安全局（EFSA）及粮农组织/世界卫生组织（FAO/WHO）指南中报道的乳酸菌固有敏感性特征一致。相反，检测到这些菌株对环丙沙星、万古霉素和甲硝唑具有耐药性，这通常被认为是乳酸菌的固有特性且不可转移，因此安全性风险极低（Colautti等人，2022；Goldstein等人，2015）。为进一步评估溶血活性，将所有8株乳酸菌分离株接种于血琼脂平板上培养（图3）。所有菌株均未观察到β溶血或α溶血活性，均表现为γ溶血（无明显溶血环），这证实了它们的非致病表型，也符合食品级乳酸菌通常所具有的公认安全（GRAS） status。

菌株鉴定

经过一系列筛选程序和安全性测试，选出了8株具有优异益生菌潜力和安全特性的乳酸菌菌株用于后续分析。这些菌株是根据16S rRNA基因序列进行鉴定的。随后，利用BLAST分析将所得序列与美国国家生物技术信息中心（NCBI）数据库中可用的参考序列进行了比对。鉴定结果，包括最接近的参考菌株和相似性百分比，在附表3中进行了详细总结和呈现。具体而言，Mei.LB.19、Mei.YC.2和Mei.MF.26被归类为布氏慢乳杆菌。Mei.LB.23被鉴定为鼠李糖乳杆菌。Mei.CG.3和Mei.MF.2为植物乳杆菌。Mei.MF.15为嗜酸片球菌。Mei.MF.29为发酵乳杆菌。

乳酸菌的降尿酸效果评估

尿酸水平是一个复杂的全身性过程的结果，该过程涉及嘌呤代谢、肠道吸收、肾脏排泄和肠道 microbiota 活性（Sun 等人，2025 年）。因此，仅通过体外核苷降解来评估益生菌的功效是不够的，这凸显了体内验证的必要性。斑马鱼最初被选为体内模型，是因为其速度快、成本效益高且适合高通量筛选（He 等人，2023 年；Tan 等人，2025 年）。如图 4A 所示，高尿酸血症组的尿酸水平（9547.33 RFU）显著高于对照组（4365 RFU，\(p<0.001\)），证实模型成功建立。用 LAB 菌株处理后，斑马鱼的尿酸（UA）水平在 5108 至 10015 RFU 之间，表明受试菌株之间具有不同程度的降尿酸潜力。在 8 个受试菌株中，Mei.MF.15、Mei.YC.2 和 Mei.MF.26 表现出比其他菌株明显更强的效果。

为了进一步评估它们在哺乳动物中的功效，我们使用高尿酸血症大鼠模型对三种最有效的菌株进行了评估。如图4B所示，模型组的血清尿酸水平从对照组的182.99μmol/L升高至372.26μmol/L，这表明显著升高。补充乳酸菌菌株后，Mei.MF.15组的血清尿酸水平最低，为202.95μmol/L，降低率达45.48%，与健康对照组相比无显著差异。嗜酸乳球菌Mei.1103.1的降低率高于之前报道的乳酸菌菌株，包括发酵乳杆菌NCUH003018（30.77%）（Zhao等，2023）、嗜酸乳球菌GQ01（40.87%）（Ren等，2024）和乳酪乳杆菌D2022（37%）（Wang等，2024）。

随后，通过血清肌酐水平（图4C）和肾脏组织病理学分析（图4D）评估了乳酸菌缓解高尿酸血症（HUA）诱导的肾脏损伤的能力。口服这三种乳酸菌菌株显著降低了血清肌酐水平，表明其对高尿酸血症诱导的肾脏损伤具有保护作用。通过H&E染色进行的进一步组织学分析显示，模型组存在肾脏损伤，表现为肾小球萎缩（红色箭头）和肾小管扩张（蓝色箭头）。乳酸菌干预减轻了这些结构损伤，尤其是在Mei.MF.15组中，其肾脏组织与对照组几乎无差异。

鉴于Mei.MF.15在体内观察到的优异降尿酸能力和明显的肾脏保护作用，它被选中进行全基因组测序，并按照实验室的标准命名规范更名为Mei.1103.1。

嗜酸乳球菌Mei.1103.1的全基因组分析

尽管表型分析初步验证了嗜酸乳杆菌Mei.1103.1的益生菌潜力和安全性，但这些传统方法对该菌株的综合功能特性的了解有限，从而限制了在复杂生理条件下对其稳定性和遗传安全性的全面评估。全基因组测序（WGS）为这些局限性提供了有效的解决方案，它能够精确识别与益生菌相关的功能基因，并全面表征耐应激基因。此外，全基因组测序还能对包括抗生素抗性基因和毒力因子在内的安全指标进行系统评估。因此，将全基因组测序与表型分析相结合，可对菌株的功能和安全性进行全面而准确的评估。

嗜酸乳球菌Mei.1103.1的一般基因组特征

为了系统表征嗜酸乳球菌Mei.1103.1的基因组特征，我们进行了全基因组测序（表4）。Mei.1103.1菌株的基因组由一条约2,037,072 bp的环状染色体和两个环状质粒组成（图5）。经测定，染色体和两个质粒的GC含量分别为42.27%、41.34%和36.43%。全基因组序列已提交至GenBank，登录号为PRJNA1242910。这些基因组特征与之前报道的菌株一致，例如嗜酸乳球菌GLP06（2.07 Mbp，42.20%）和嗜酸乳球菌RC-UNIPASAAFM00035（2.06 Mbp，42.10%）（Garofalo等人，2025；Zhao等人，2023）。嗜酸乳球菌Mei.1103.1的基因组包含2084个编码DNA序列（CDS），其中2004个96.16%分布在染色体上，70个（3.36%）在质粒1上，10个（0.48%）在质粒2上。此外，染色体上还存在58个tRNA基因和15个rRNA基因。而且，平均核苷酸身份（ANI）分析确认了菌株Mei.1103.1的分类学身份，显示其与嗜酸乳球菌DSM 20284（GCF_000146325.1）有97%的相似度。

嗜酸乳球菌Mei.1103.1基因组中编码序列的功能注释

为阐明嗜酸乳球菌Mei.1103.1的功能特征，基于蛋白质直系同源簇（COG）、基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）数据库进行了全面的基因组注释（图6）。通过COG注释，嗜酸乳球菌Mei.1103.1的1800个基因被功能分类为19个类别。此外，GO数据库中注释了2881个基因，涵盖生物过程、细胞成分和分子功能。嗜酸乳球菌Mei.1103.1的2044个基因在KEGG数据库包含886个参与代谢途径的基因。BRITE层级中有972个基因，248个基因与人类疾病途径相关。CAZy数据库分析在嗜酸乳球菌Mei.1103.1基因组中鉴定出79个基因，分布在5个CAZy家族中。糖苷水解酶（GH，34个）和糖基转移酶（GT，22个）是主要的酶类。这些酶被广泛认为是肠道碳水化合物代谢的重要组成部分，有助于维持肠道菌群平衡并促进新陈代谢。

图3. 指示菌株金黄色葡萄球菌ATCC 25923和8株乳酸菌的溶血活性。

嗜酸乳球菌Mei.1103.1基因组中编码序列的功能注释

图4. 乳酸菌在高尿酸血症斑马鱼和大鼠模型中的降尿酸作用。（A）斑马鱼体内的尿酸水平；（B）大鼠的血清尿酸水平；（C）大鼠的血清肌酐水平；（D）大鼠肾脏组织的苏木精-伊红（H&E）染色组织学分析。不同字母表示各组间存在统计学显著差异\((p<0.05)\)

图5. 嗜酸乳球菌Mei.1103.1的环形基因组图谱。从中心向外，第一个圆环代表GC偏斜，第二个圆环代表GC含量，第三和第四个圆环显示基因组上tRNA和rRNA的位置，第五和第六个圆环显示正链和负链上的CDS（编码序列）（不同颜色表示不同的直系同源基因簇分类），最外层圆环显示染色体核型。

通过针对潜在毒力因子和抗生素耐药基因的全面基因组分析，评估了嗜酸乳球菌Mei.1103.1的安全性。对毒力因子数据库（VFDB）的筛选发现了11个与毒力相关的基因（表5）。然而，需要注意的是，这些基因均不对应 pathogenic bacteria中常见的典型产毒素毒力因子，例如毒素基因、致病岛或分泌系统相关组件（Jia等人，2024；Yu等人，2005）。相反，这些已鉴定的基因在乳酸菌中高度保守，主要作为分子伴侣和结构组件发挥作用，有助于黏膜定植、增强应激适应能力并促进对宿主有益的相互作用，且与致病性无关（Hill等人，2018；Monteagudo Mera等人，2019）。这些发现，连同我们的阴性溶血结果和体内安全性数据，支持该菌株无致病性且可安全用于潜在益生菌应用这一结论。

使用CARD对嗜酸乳杆菌Mei.1103.1的抗生素抗性基因进行了注释，结果汇总于表S2。其中，鉴定出了与氨基糖苷类和糖肽类抗生素抗性相关的基因，这与体外评估结果一致。先前的研究报道，大多数乳酸菌菌株对氨基糖苷类抗生素表现出固有抗性，且糖肽类，如卡那霉素、氨苄西林、头孢菌素和万古霉素（Li等人，2020年）。此外，在质粒上未检测到抗生素抗性基因，ResFinder分析也证实了抗生素抗性基因的缺失。这些发现表明，嗜酸乳杆菌Mei.1103.1的抗生素抗性是内在的且不可转移的。总之，表型特征和基因组分析的结合证明，嗜酸乳杆菌Mei.1103.1是一种安全可行的益生菌菌株，具有食品应用潜力。

基于基因组的嗜酸乳球菌胁迫耐受性分析

尽管表型分析对胁迫耐受性的某些方面提供的见解有限，但全基因组测序揭示了更广泛的抗逆基因谱，为评估该菌株的适应性提供了更全面的遗传基础。如表S3所示，嗜酸乳球菌Mei.1103.1的基因组包含7个编码通用应激蛋白的基因，以及多个来自Clp和Hsl家族的能量依赖性细胞内蛋白酶基因。这些蛋白质可以增强细胞的应激韧性并维持蛋白质稳态（Kleerebezem等人，2003年）。

F0F1-ATP酶（atpA、atpB、atpC、atpD、atpE、atpF、atpG、atpH）和苹果酸乳酸酶基因（mleA、mleS）的存在有助于耐受酸胁迫，它们在细胞内pH调节和抗酸性方面发挥作用（Xu等人，2023）。与胆盐抗性相关的基因（lmrB、mleP、abcA）表明存在增强的外排系统和胆盐水解机制（Wang等人，2015）。此外，与氧化应激抗性相关的基因，包括gor、nox、trxA和katE，表明其具有清除活性氧和增强细胞保护的能力（Feng和Wang，2020）。渗透应激适应基因（opuC、opuA、mprF）的存在表明存在渗透保护剂摄取和膜修饰机制，从而增强对渗透压波动的耐受性。此外，与温度应激耐受性相关的基因（groEL、dnaK、hsp20、cspA）突出了对冷热胁迫的耐受性（Zhang等人，2024）。总之，对乳酸片球菌Mei.1103.1的生理和基因组分析表明，其在食品发酵和胃肠道应用中具有作为益生菌的潜力。

图6. 基于不同数据库的嗜酸乳球菌Mei.1103.1基因组功能注释。(A) COG（直系同源基因簇）数据库注释；(B) GO（基因本体论）数据库注释；(C) KEGG（京都基因与基因组百科全书）数据库注释；(D) CAZy（碳水化合物活性酶）数据库注释。

嗜酸乳球菌Mei.1103.1（\(P.\)）的黏附相关基因

益生菌对肠上皮细胞的黏附能力对于其定植和发挥益生功能至关重要。通过对嗜酸乳杆菌Mei.1103.1的黏附潜力进行了间接评估。先前实验中的疏水性和自聚集分析。基因组分析揭示了几个与黏附相关的基因，包括黏蛋白结合蛋白、胶原蛋白结合蛋白和纤连蛋白结合蛋白（表6）。这些蛋白质增强了对黏液层、胶原蛋白和纤连蛋白的黏附能力，这对肠道定植和免疫调节至关重要（Lebeer等人，2018年）。此外，嗜酸乳球菌Mei.1103.1的基因组包含与黏附和生物膜形成相关的基因，包括srtA（一种锚定表面蛋白所必需的转肽酶）和eps家族（参与胞外多糖）。合成），它们通过提供保护性基质共同促进定殖（Castro-Bravo等人，2018年；Xiao等人，2024年）。这些与黏附相关的基因的存在，支持了嗜酸乳球菌Mei.1103.1强大的定殖能力，这对其在降尿酸应用中的益生菌功效至关重要。

基于基因组解析嗜酸乳杆菌Mei.1103.1降低尿酸的机制

为阐明\(P.\)嗜酸乳杆菌Mei.1103.1降尿酸作用的基因组机制，我们将其基因组注释的酶映射到嘌呤代谢通路中（图7）。嗜酸乳杆菌Mei.1103.1的降尿酸潜力可能源于其降解核苷和进行核苷酸互变的能力，同时缺乏尿酸合成所需的关键酶。更具体地说，我们鉴定出了核苷水解酶（EC 3.2.2.1）和嘌呤核苷磷酸化酶（EC 2.4.2.1）。在乳酸菌中，核苷水解酶（EC 3.2.2.1）常被报道为负责核苷降解的主要酶（Xiong等，2024；Zhou等，2025）。尽管在乳酸菌中鲜有报道，但核苷磷酸化酶可催化核苷磷酸解为嘌呤碱基，这是核苷降解的另一条途径（Shaposhnikov等，2023）。核苷磷酸化酶的存在或许可以解释嗜酸乳杆菌Mei.1103.1中观察到的高核苷降解效率。此外，嘌呤碱基会通过腺苷脱氨酶（EC 2.4.2.8）、鸟苷脱氨酶（EC 2.4.2.22）和嘌呤核苷磷酸化酶（EC 2.4.2.7）等酶进一步转化为核苷酸，而非用于尿酸的生成。而且，该菌中缺乏黄嘌呤氧化酶（EC 1.17.3.2）。以及黄嘌呤脱氢酶（EC 1.17.1.4），它们是尿酸合成的关键酶，这进一步表明该菌株中的嘌呤代谢偏离了尿酸的生成，因此可能有助于其在体内的降尿酸作用。

除了直接降低尿酸的机制外，核苷和 nucleobase 转运蛋白还可能间接影响宿主的尿酸平衡。在植物乳杆菌 Mei.1103.1 的基因组中，注释出了多个核苷转运蛋白基因（包括 yxjA 和 nupG）以及 nucleobase 转运蛋白基因（包括 pbuG、pbuX、pyrP 和 uraA）（表 7）。已有研究报道，这些转运蛋白会与肠道上皮细胞竞争核苷和嘌呤碱基的摄取，从而减少尿酸前体的可利用性，最终降低尿酸的生成（Xiong 等人，2024 年）。这种机制可能是 \(P.\) 植物乳杆菌 Mei.1103.1 有助于系统性降低尿酸的另一条途径。然而，由于缺乏转录组学和酶学验证，对关键基因组学发现的功能解读受到了限制。未来的研究应确认候选基因的表达和活性，以阐明所观察到的降尿酸作用背后的机制。

基于基因组的其他益生菌潜力预测

除了嘌呤代谢相关基因外，对\(P.\)乳酸乳球菌Mei.1103.1的全基因组分析还揭示了多种可能协同促进其益生菌潜力的通路，包括抗炎和脂质代谢（表7）。

在抗炎活性方面，乳酸片球菌Mei.1103.1可能通过多种互补途径发挥作用，包括抑制NF-κB信号传导、调节免疫识别、减少促炎代谢物以及增强肠道屏障完整性。具体而言，已鉴定出groES、groEL、grpE和dnaK，这些基因编码的分子伴侣可能通过与宿主 Toll 样受体相互作用来抑制NF-κB信号传导，从而减少细胞因子的产生（Rieu等人，2014年）。此外，与磷壁酸生物合成和D-丙氨酰化相关的基因（包括ltaS、tagD、tagF和dltABCD）已被注释，它们可能调节宿主的免疫识别，从而减轻炎症反应（Zhang等人，2019年）。而且，已鉴定出参与叶酸代谢的folC、folD和folP，它们可能降低同型半胱氨酸水平，进而减轻全身性炎症（Jones等人，2019年）。此外，与胞外多糖生物合成相关的epsA和epsB可能增强肠道屏障完整性，从而降低肠道通透性并限制炎症反应（Chen等人，2019年）。

全面的基因组分析表明，嗜酸乳球菌Mei.1103.1可能通过促进（某种方式）直接调节脂质代谢。通过胆汁酸代谢促进胆固醇排泄，并通过调节脂肪酸稳态和增加短链脂肪酸（SCFA）的产生间接发挥作用。特别是，已鉴定出一种胆酰甘氨酸水解酶基因，该基因可能使胆汁酸去共轭并促进其排泄，从而减少肠道胆固醇重吸收并降低循环胆固醇水平（Lynch等人，2023年）。此外，还注释了参与脂肪酸生物合成和修饰的基因，包括fabZ、fabH、fabG、fabF、plsX和plsY，这些基因可能有助于维持脂质稳态并防止脂质异常积累（Zarezadeh等人，2022年）。此外，还发现了编码乳酸脱氢酶的ldh基因，该基因可能促进乳酸生成并增强短链脂肪酸的合成，最终抑制肝脏胆固醇的产生并改善脂质谱（Lin等人，2012年）。

图7. 基于KEGG的\(P.\)乳酸片球菌Mei.1103.1尿酸代谢通路重建。红色突出显示的酶表示在乳酸片球菌Mei.1103.1基因组中鉴定出的基因。

结论

在本研究中，从传统发酵食品中分离出了嗜酸乳杆菌Mei.1103.1，并对其益生菌潜力进行了系统评估。体外实验和体内实验均表明，该菌株能够降低尿酸水平并减轻高尿酸血症相关的肾脏损伤。表型分析和全基因组测序进一步揭示，该菌株具有较强的环境应激抵抗力（包括酸、胆盐、氧化和温度应激），且安全性较高，无溶血活性，也无令人担忧的抗生素耐药性。此外，全基因组测序不仅为多方面的降尿酸机制提供了基因组学证据，还揭示了其在调节方面的潜在作用。炎症反应和调节脂质代谢，强调了其作为多功能益生菌的潜力。

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