重组Amuc_1100 乳酸乳球菌能够调节以高淀粉饲料喂养的大口黑鲈的代谢和肠道健康

《Apunts Sports Medicine》：Recombinant Amuc_1100 Lactococcus lactis regulates metabolism and intestinal health of largemouth bass fed high starch diet

　　本研究探讨重组Amuc_1100蛋白及其表达菌株Lactococcus lactis对高淀粉饲料诱导的大型口 bass代谢紊乱的改善作用。通过体外肝细胞实验和体内56天饲养试验发现，Amuc_1100显著降低血清葡萄糖、血脂及相关肝酶水平，上调胰岛素含量，减少肝脏糖原和脂滴沉积，同时抑制肠道炎症并调节菌群组成，为水产养殖中应用Amuc_1100提供了理论依据。

　　本研究旨在探讨Amuc_1100蛋白在大口鲈鱼中的功能。实验中，首先通过重组Amuc_1100蛋白对大口鲈鱼的初级肝细胞进行了处理。随后，在活体实验中，评估了重组Amuc_1100蛋白在大口鲈鱼高淀粉饮食诱导下的作用。研究共选取了420条大口鲈鱼幼鱼（平均体重20.87?±?0.30?g），将其分为12个水箱（每个水箱35条鱼），形成四个实验组：C组（9%淀粉）、H组（18%淀粉）、R组（18%淀粉与MG1363结合）以及A组（18%淀粉与Am-MG1363结合）。实验持续了56天。结果显示，在初级肝细胞实验中，Amuc_1100蛋白显著调控了与葡萄糖和脂质代谢相关的基因表达。而在活体实验中，各组之间的体长体重（FBW）、体重增重率（WGR）、特定生长率（SGR）以及摄食系数（CF）均无显著差异（P?>?0.05）。然而，A组的血清甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）和天门冬氨酸氨基转移酶（AST）水平均显著低于H组（P?
大口鲈鱼作为水产养殖中的重要经济鱼类，近年来养殖规模迅速扩大。然而，其养殖过程中面临的主要挑战是使用高碳水化合物饲料以促进生长，这种做法常常引发代谢紊乱，如肝脂肪变和胰岛素抵抗，从而影响鱼的健康和生产效率。尽管Amuc_1100已被证实能够调节哺乳动物模型中的代谢、免疫和胰岛素抵抗，但其在大口鲈鱼中的效果尚未被充分研究。因此，本研究旨在探讨纯化的Amuc_1100蛋白以及在重组乳酸菌中表达的Amuc_1100蛋白在缓解高碳水化合物饮食引发的不良代谢影响方面的作用。这些研究结果可能为改善水产养殖中的代谢健康和提高可持续性提供新的可行策略。

近年来，随着水产养殖业的快速发展，鱼粉作为饲料中的关键蛋白质来源，其成本不断上升。与此同时，碳水化合物和脂质作为重要的能量来源，在饲料生产中被广泛应用。研究表明，高碳水化合物饲料因其高能量密度和成本效益，已被广泛用于水产动物的养殖（Kamalam等，2017）。此外，适当的碳水化合物摄入水平可以促进鱼类的生长性能并优化饲料转化率（Zhou等，2015）。然而，长期使用高碳水化合物饲料可能导致代谢紊乱，降低生长参数，增加疾病易感性，进而对水产养殖业造成显著经济损失（Rawles等，2008；Tan等，2009）。因此，开发安全、营养均衡的干预策略以改善碳水化合物引发的代谢障碍成为现代水产养殖科学中的重要研究方向。

在这一背景下，益生菌作为可持续和安全的饲料添加剂受到广泛关注（Ngasotter等，2025）。这些有益微生物通过多种机制增强宿主健康，包括调节肠道微生物群的组成（Wang等，2021b）、加强肠道屏障功能（Gou等，2022）以及调控免疫反应（Filidou等，2024）。在众多益生菌中，Akkermansia muciniphila（Akk）因其表现出的益生菌特性而成为特别有前景的候选者（Zhang等，2019）。已有证据表明，Akk通过多种生物活性分子发挥其健康促进作用，如短链脂肪酸（SCFAs）、Akk胞外囊泡（AmEVs）、特定酶如苏氨酸-tRNA合成酶（AmTARS）以及功能蛋白如Amuc_1100和Amuc_1409（Yang和Shi，2025）。其中，Amuc_1100作为外膜蛋白，已被广泛研究，并被认为是Akk赋予宿主益处的主要媒介（Wu等，2025）。该蛋白在调节宿主的代谢和免疫功能方面发挥着关键作用（Menjivar等，2024），增强胰岛素敏感性（Plovier等，2017），缓解炎症反应（Wang等，2024），并维持肠道屏障的完整性（Chen等，2022）。值得注意的是，将Amuc_1100蛋白在大肠杆菌中异源表达，能够再现与活菌相似的益生菌功能，突显了其治疗潜力（Cheng等，2024；Sun等，2023；Zheng等，2023）。然而，重组蛋白的复杂和低效纯化过程仍然是一个显著的瓶颈，严重限制了其规模化生产和在水产养殖及其他领域的实际应用。

为了解决这一问题，研究者正在探索替代的表达系统。乳酸菌（LAB）因其作为生物活性分子的多功能传递载体而受到重视（Morello等，2008）。它们的安全性特征和益生菌性质使其成为这一用途的理想选择。基于乳酸菌的表达系统已被成功用于多种功能蛋白的生产和传递（Aliramaei等，2020；Rezaei等，2020；Yue等，2022）。令人鼓舞的是，新兴证据表明，在乳酸菌中表达的Amuc_1100保留了其生物活性功能（Zhang等，2021；Zhang等，2024），这表明重组乳酸菌可能是克服纯化Amuc_1100应用挑战的最优策略。

Akkermansia muciniphila（DSM 22959）菌株是从广东微生物文化保藏中心（GDMCC）获得的。该菌株在BHI培养基中培养，培养基中添加了粘蛋白和L-半胱氨酸，并在37?°C的厌氧条件下进行培养（85?% N?，5?% CO?，和10?% H?）。Lactococcus lactis MG1363菌株则从KEWIN生物技术（长沙，中国）获得。MG1363菌株在30?°C的静态条件下于M17肉汤培养基中培养。

Amuc_1100蛋白通过原核表达系统进行合成。实验结果显示，Amuc_1100蛋白在大口鲈鱼的初级肝细胞中成功获得。进一步的实验表明，在H组中，PK和GYS2的表达水平显著高于C组（P?
在讨论部分，Akkermansia muciniphila作为一种新一代益生菌，对宿主具有多种有益影响，包括调节代谢功能和免疫反应（Wu等，2025）。这些益生菌特性既由活菌本身介导，也由其特定的衍生物如巴氏杀菌的Akk、功能蛋白、AmEVs、SCFAs和AmTARS介导（Yang和Shi，2025）。其中，Amuc_1100作为热稳定的外膜蛋白，已被广泛研究，并显示出改善肥胖和胰岛素抵抗的潜力。这一蛋白在调节宿主的代谢和免疫功能方面发挥着关键作用，有助于增强胰岛素敏感性，缓解炎症反应，并维持肠道屏障的完整性。此外，将Amuc_1100蛋白在大肠杆菌中异源表达，能够再现与活菌相似的益生菌功能，突显了其治疗潜力。然而，重组蛋白的复杂和低效纯化过程仍然是一个显著的瓶颈，严重限制了其规模化生产和在水产养殖及其他领域的实际应用。

为了解决这一问题，研究者正在探索替代的表达系统。乳酸菌（LAB）因其作为生物活性分子的多功能传递载体而受到重视。它们的安全性特征和益生菌性质使其成为这一用途的理想选择。基于乳酸菌的表达系统已被成功用于多种功能蛋白的生产和传递。令人鼓舞的是，新兴证据表明，在乳酸菌中表达的Amuc_1100保留了其生物活性功能，这表明重组乳酸菌可能是克服纯化Amuc_1100应用挑战的最优策略。

此外，研究还发现，Amuc_1100在大口鲈鱼的初级肝细胞中对葡萄糖和脂质代谢的调控具有显著影响。实验结果显示，与C组相比，H组中的PK和GYS2表达水平显著上升，而Amuc_1100则能够显著抑制这些基因的表达。同时，Amuc_1100还能够显著抑制GYS2和PYGL的表达。相比之下，H组中的PPAR-α和LPL表达水平显著上升，这表明高淀粉饮食可能促进了与脂质代谢相关的基因表达，而Amuc_1100则能够调控这一过程。这些发现进一步支持了Amuc_1100在改善代谢健康方面的潜力。

在实验中，A组的肠道组织表现出明显的炎症缓解，这与高淀粉饮食诱导的炎症浸润相比较显著改善。此外，A组中CASPASE3、CASPASE9、TNF-α和IL-8的表达水平显著降低，而ZO-1和IL-10的表达水平显著上升。这些结果表明，Amuc_1100可能通过调节炎症反应和免疫信号通路来改善肠道健康。同时，IL-10和TGF-β的含量在A组中显著增加，而TNF-α的水平则显著下降，这进一步支持了Amuc_1100在调控免疫反应方面的潜力。

在肠道内容物中，A组的乙酸和总短链脂肪酸（SCFAs）含量显著高于H组，这表明Amuc_1100可能通过促进肠道微生物群的代谢活动来改善肠道环境。此外，肠道微生物群的组成在A组中也发生了显著变化，这表明Amuc_1100可能对肠道微生物群的结构和功能产生深远影响。这些变化可能有助于改善宿主的代谢健康和免疫功能。

综上所述，本研究揭示了Amuc_1100在大口鲈鱼中的多种功能，包括调控葡萄糖和脂质代谢、改善肠道屏障功能、缓解炎症反应以及增强免疫反应。这些发现不仅为Amuc_1100在水产养殖中的应用提供了理论依据，还为开发更高效、安全的益生菌制剂提供了新的思路。未来的研究可以进一步探讨Amuc_1100在不同鱼类中的作用机制，以及其在实际养殖中的应用效果。这将有助于推动水产养殖业的可持续发展，提高养殖效率，并减少因高碳水化合物饲料引起的代谢紊乱和疾病风险。