源自荷斯坦奶牛牛奶的植物乳杆菌L19通过调节肠道微生物群，缓解了小鼠因热应激引起的肝脏损伤

《Journal of Dairy Science》：Holstein cow milk-derived Lactobacillus plantarum L19 alleviates heat stress–induced liver injury in mice by modulating gut microbiota

　　高温应激（HS）诱导的肝损伤在人类和动物中均常见，且随着全球变暖问题加剧，亟需有效预防策略。本研究以分离自奶牛牛奶的耐热乳酸杆菌LP-19为对象，通过小鼠模型验证其对HS诱导肝损伤的保护作用。实验结果表明，口服LP-19可显著降低血清ALT和AST水平，减轻肝组织病理损伤，抑制氧化应激（降低肝ROS水平，提升SOD、CAT和GSH活性），并调节炎症因子（IL-6、IL-1β、TNF-α）和热休克蛋白（HSP70、HSP90）表达。此外，LP-19通过改善肠道菌群结构（增加Lactobacillus和Dorea属，减少Haemophilus和Desulfovibrionaceae属）和维持肠道屏障功能（上调ZO-1、Occludin和Claudin-1表达）来缓解肝损伤。功能预测显示，LP-19调控的菌群主要通过调节膜运输、碳水化合物代谢和氨基酸代谢发挥作用。本研究为LP-19作为新型功能性食品添加剂（益生菌饮料、乳制品、饲料等）提供了理论依据。

　　在当前全球气候变暖和极端天气事件频发的背景下，热应激（Heat Stress, HS）已成为影响人类和动物健康的重要因素。热应激不仅会引发一系列生理和代谢紊乱，还可能导致包括肝脏损伤在内的多种器官功能障碍。肝脏作为人体和动物体内代谢和解毒的核心器官，其对高温的敏感性使得热应激引起的肝损伤尤为突出。本研究聚焦于从荷斯坦奶牛乳中分离出的一种具有强热耐受性和抗氧化能力的乳酸菌——植物乳杆菌L19（LP-19），探讨其在热应激诱导肝损伤中的保护作用，并进一步揭示其通过调节肠道微生物群和维持肠道屏障功能来改善肝脏健康的作用机制。

### 热应激对肝脏的影响

热应激通常发生在环境温度超出机体调节能力时，这种生理状态会显著影响肝脏的代谢和免疫功能。在实验中，我们观察到，连续7天每天2小时的热应激处理（40°C ± 0.5°C，湿度65% ± 5%）能够显著升高小鼠血清中的谷丙转氨酶（ALT）和谷草转氨酶（AST）水平，并导致肝组织出现明显的病理变化，包括肝细胞肿胀、炎症细胞浸润以及肝小叶结构紊乱。随着热应激时间的延长，肝脏损伤的程度进一步加剧，特别是在第7天时达到高峰。值得注意的是，到第9天时，ALT水平基本维持在第7天的峰值，而AST水平略有下降，这可能反映了机体在长期热应激下的适应性变化。通过这些实验结果，我们确认了7天的热应激处理足以诱导小鼠出现典型的肝损伤，为后续研究提供了可靠的模型基础。

### LP-19的保护作用

在对LP-19进行评估时，我们发现其对热应激诱导的肝损伤具有显著的缓解作用。具体而言，不同剂量的LP-19（1.0 × 10?、1.0 × 10?和1.0 × 10? cfu/mL）均能有效降低血清中的ALT和AST水平，改善肝脏组织的病理状态。特别是高剂量LP-19的干预效果更为显著，其作用机制不仅限于直接的抗氧化功能，还涉及对肠道屏障功能的调节。通过口服给予LP-19，小鼠的肠道结构得到了明显改善，包括结肠隐窝萎缩和组织结构紊乱的缓解。同时，与热应激组相比，LP-19干预显著提高了紧密连接蛋白（ZO-1、Occludin和Claudin-1）的表达水平，这些蛋白在维持肠道屏障完整性中起着关键作用。

此外，我们发现LP-19在调节肠道微生物群方面也表现出良好的效果。通过16S rRNA基因测序分析，我们发现热应激显著降低了肠道中有益菌群如乳酸菌（Lactobacillus）和Dorea的丰度，同时增加了潜在有害菌群如拟杆菌（Bacteroidetes）和变形菌门（Desulfovibrionaceae）的丰度。然而，高剂量LP-19的干预能够逆转这些变化，使肠道微生物群的组成更接近于正常对照组。这一结果表明，LP-19不仅能够改善肠道屏障功能，还能通过调节肠道微生物群来间接保护肝脏。

### 微生物群与治疗效果的关联

为了进一步探讨肠道微生物群与热应激诱导肝损伤之间的关系，我们进行了相关性分析。结果表明，Dorea的丰度与紧密连接蛋白的表达水平呈正相关，而与ALT和AST水平呈负相关。这提示我们，Dorea可能在减轻热应激引起的肠道和肝脏损伤中起着积极作用。另一方面，Akkermansia、Bacteroides、Desulfovibrionaceae和Haemophilus等菌群的丰度则与肝损伤指标呈正相关，表明这些菌群可能在热应激过程中促进炎症反应和氧化应激，从而加剧肝脏损伤。因此，通过减少这些有害菌群的丰度并增强有益菌群的水平，LP-19能够有效减轻热应激对肝脏的损伤。

### 微生物功能预测

通过使用PICRUSt2工具对肠道微生物群的功能进行预测，我们发现LP-19干预显著改变了肠道微生物群的代谢路径。具体而言，膜转运、碳水化合物代谢和氨基酸代谢是其主要调控的三个功能类别。热应激导致这些功能类别出现紊乱，例如膜转运功能下降、碳水化合物代谢减弱以及氨基酸代谢增强。然而，LP-19干预后，这些功能路径得到了改善，尤其是膜转运和碳水化合物代谢的恢复。这种功能上的调控可能与LP-19通过促进有益代谢产物的生成有关，例如短链脂肪酸（SCFAs），这些物质在维持肠道屏障完整性方面具有重要作用。

### 机制探讨

从机制上看，LP-19的保护作用可能涉及多个层面。首先，它通过减少肝脏中的活性氧（ROS）积累和增强内源性抗氧化防御系统（如超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT和谷胱甘肽GSH）来缓解氧化应激。其次，LP-19能够下调促炎细胞因子（如IL-6、IL-1β和TNF-α）的表达，从而减轻肝脏炎症反应。此外，热休克蛋白（HSP）在热应激过程中起着双重作用：一方面，它们帮助细胞应对压力，促进蛋白质折叠和降解；另一方面，过量的HSP可能加剧炎症反应。实验结果显示，LP-19能够有效降低HSP70和HSP90的表达水平，这表明其在调节HSP表达方面具有积极作用。

### 潜在应用与意义

本研究的发现为热应激诱导肝损伤的预防和治疗提供了新的思路。LP-19不仅能够直接减轻肝脏的氧化应激和炎症反应，还能通过调节肠道微生物群和增强肠道屏障功能间接保护肝脏。这些特性使其成为一种具有潜力的新型食品添加剂，可用于开发功能性食品，如发酵乳制品、益生菌饮料、膳食补充剂和动物饲料，以帮助预防热应激相关的肝损伤。通过将LP-19引入这些产品中，不仅可以提升其营养价值和健康效益，还能拓展乳酸菌在食品工业中的应用前景，从而增强其市场竞争力。

### 局限性与未来研究方向

尽管本研究取得了重要进展，但仍存在一定的局限性。首先，实验仅在小鼠模型中进行，未来需要在更接近实际生产条件的模型中进一步验证LP-19的保护效果，例如在奶牛和家禽等热应激敏感动物中的应用。其次，目前的研究主要集中在肝脏损伤方面，但LP-19对其他器官（如肾脏、心脏和免疫系统）的影响仍有待探索。此外，由于热应激可能影响LP-19的生长和益生特性，因此有必要进一步研究其在高温环境下的稳定性以及长期使用的安全性。最后，虽然本研究初步揭示了LP-19的作用机制，但其具体的分子靶点和信号通路仍需通过更深入的实验加以验证。

### 结论

综上所述，热应激不仅会导致肝脏的氧化应激和炎症反应，还可能通过破坏肠道屏障和引发肠道微生物群失调来加剧肝脏损伤。而从荷斯坦奶牛乳中分离出的植物乳杆菌L19（LP-19）展现出显著的热耐受性和抗氧化能力，能够有效缓解热应激诱导的肝损伤。其作用机制涉及多个层面，包括直接的抗氧化作用、炎症因子的调控、肠道屏障功能的改善以及肠道微生物群的调节。因此，LP-19作为一种新型益生菌，具有在人类和动物健康领域广泛应用的潜力。未来的研究应进一步探索其在不同物种中的应用效果，并深入解析其作用机制，以推动其在实际生产和临床中的应用。