过量饮酒会导致许多健康问题,随着社会发展,酒精摄入过度已成为世界范围内诸多疾病发生率和死亡率升高的主要原因[1]。世界卫生组织指出,全球每年有300 万人死于过量饮酒,占所有死亡人数的5.3%[2]。急性酒精中毒(acute alcoholic intoxication,AAI),俗称醉酒,是人在短时间内大量摄入酒精,导致多器官受损的病理过程[3]。酒精摄入后由胃肠道吸收,并经体循环分布到全身,主要通过肝脏分解代谢,而80%~90%的代谢酶由肝脏产生,因此频繁的酒精摄入是导致酒精性肝病的主要原因[4]。此外,长期大量饮酒还会引起神经[5]、消化[6]及心脑血管系统[7]的损伤。
天然产物在急性醉酒的治疗中有很大潜力,与化学合成药物不同,膳食中的天然成分更易于吸收,安全性更强且副作用少。研究表明部分天然产物(如多酚类化合物、黄酮类化合物、白藜芦醇等)具有抗氧化活性,具有一定的护肝解酒作用[8-9]。Musolino 等[10]以饮食诱导的非酒精性脂肪肝小鼠为研究对象,发现佛手柑多酚干预会明显降低个体谷丙转氨酶活力、缓解个体氧化应激。同时肠道微生态研究的深入发展引发人们对利用乳酸菌预防或治疗部分疾病的研究逐渐增多[11]。研究表明,益生菌具有调节肠道菌群结构、提高机体免疫力、抗氧化、缓解神经疾病[12-14]等多种益生功能,对酒精吸收与代谢过程以及肝损伤都具有潜在的调节与保护作用[15]。Saeedi 等[16]证实了乳酸菌可以有效调节肝脏对氧化损伤的保护作用。目前,国内外已有大量研究证实天然产物及乳酸菌具有解酒护肝作用。刺梨(Rosɑ roxburghii Tratt)属蔷薇科多年生落叶灌木植物,主要分布于我国贵州、云南及四川等西南山区[17]。研究发现,刺梨具有抗氧化、抗炎抑菌、保肝护肝、调节糖脂代谢[18-19]等功效。
迄今,国内外尚未发现有关刺梨复配乳酸菌的醉酒预防作用机制研究,有待进一步研究。故本研究选取前期研究效果最佳的2 株乳酸菌[20]与刺梨进行复配,建立急性醉酒小鼠模型,探究乳酸菌及刺梨复配乳酸菌的防醉促醒、保肝护肝作用及其功能机制,以期为益生菌复配产品的开发应用提供参考。
雄性昆明小鼠:斯贝福(北京)生物技术有限公司,许可证编号:SCXK(京)2019-0010。按照实验动物保护和伦理规则饲养。
乳酸片球菌(Pediococcus ɑcidilɑctici)LTJ28(保藏编号:CGMCC NO. 20087)、植物乳植杆菌(Lɑctiplɑntibɑcillus plɑntɑrum)LTJ30(保藏编号:CGMCC NO.25371):天津科技大学微生态与分子药理实验室保存;白酒(56% vol):北京红星股份有限公司;水飞蓟素:广东长兴生物科技股份有限公司;刺梨果粉:汉中汉溯源生物科技有限公司;乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase,ADH)测定试剂盒、谷丙转氨酶(alanine aminotransferase,ALT)测定试剂盒、谷草转氨酶(aspartate aminotransferase,AST)测定试剂盒、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)测定试剂盒、谷胱甘肽(glutathione,GSH)测定试剂盒、丙二醛(malondialdehyde,MDA)测定试剂盒、一氧化氮(nitric oxide,NO)测定试剂盒、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)测定试剂盒、血乙醇(blood ethanol,ALC)测定试剂盒:南京建成生物工程研究所;乙醛脱氢酶(acetaldehyde dehydrogenase,ALDH)测定试剂盒、白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)测定试剂盒、白细胞介素-1β(interleukin-1beta,IL-1β)测定试剂盒:上海茁彩生物科技有限公司。
SW-CJ-2FD 超净工作台:苏净集团苏州安泰空气技术有限公司;H1650-W 台式微量高速离心机:湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;SpecturaMax190 全波长酶标仪:美国分子仪器公司;LRH-150 生化培养箱:上海齐欣科学仪器有限公司;Sorvall™ Legend™ Micro 17R 微量离心机:美国Thermo Forma 公司;TP-24 组织匀浆机:杰灵仪器制造(天津)有限公司;BX53 光学显微镜:日本olympus 公司。
1.3.1 样品制备
选取对数生长期的乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 菌株接种于MRS 培养基中,37 ℃静置培养12 h,4 000 r/min 离心10 min 收集菌体,菌体经无菌生理盐水洗涤两次,重悬后调整菌液浓度至乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 各1010 CFU/mL,刺梨复合乳酸菌组于菌液中加入刺梨果粉至120 mg/mL。
1.3.2 动物分组及处理
将55 只(20±2) g 的4 周龄无特定病原体(specific pathogen free, SPF)雄性昆明小鼠,于实验条件下适应性喂养7 d 后,随机分为5 组(每组11 只),包括正常(NC)组、模型(M)组、水飞蓟素(PC,0.12 g/kg)组、乳酸菌(J,乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 各5×1010 CFU/kg)组和刺梨乳酸菌复合(CL+J,刺梨果粉0.6 g/kg、乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 各5×1010 CFU/kg)组(根据预实验确定灌酒量)。动物实验室温度保持在(22±2) ℃,光/暗循环12 h,保证通风。所有小鼠都可以自由进食和饮水。
1.3.3 急性醉酒模型构建及给药
实验前对小鼠禁食12 h,然后各组分别口服给予不同样品,1 h 后,除正常组外,其它各组均按13 mL/kg口服给予56% vol 白酒[21],正常组则以等量无菌生理盐水替代白酒及干预样品。观察白酒处理组小鼠的活动情况,记录醉酒只数、死亡只数、给酒时间、翻正反射消失时间和翻正反射恢复时间。其中,醉酒的指标为小鼠的翻正反射消失、不稳定的爬行、后腹拖地、毛松散、转圈,而醒酒的指标为翻正反射恢复、行动自由、灵活、精神、毛滑顺。醉酒潜伏期为翻正反射消失时间与给酒时间之差;睡眠时间为翻正反射恢复时间和翻正反射消失时间之差;醒酒时间为翻正恢复时间和给酒时间之差[22]。
1.3.4 动物取材及标本处理
造模结束2.5 h 后,各组小鼠进行摘眼球采血,脱颈椎处死小鼠,剖腹取肝脏。血液置于37 ℃静置1 h后,于4 000 r/min 条件下离心10 min,取上层血清于-80 ℃冰箱保存,按照试剂盒说明书检测各项生化指标。肝脏用冷无菌生理盐水漂洗后用参照试剂盒说明书制备组织匀浆,利用酶标仪测定各项生理生化指标。摘取肝脏左小叶,浸泡于4%多聚甲醛溶液进行固定。剖腹取胃,沿胃大弯剪开,用冷生理盐水漂洗,滤纸吸干,浸泡于4% 多聚甲醛溶液进行固定。除去结肠中的内容物,将结肠浸泡于4%多聚甲醛溶液进行固定。制作组织切片,制备好的切片经苏木精-伊红染色法(hematoxylin-eosin staining,HE)染色后,在光学显微镜下观察并拍照。
结果数据以平均值±标准差来表示,计量数据由GraphPad Prism 8 进行单因素方差分析及组间检验。
乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 及其复配刺梨对急性醉酒小鼠的解酒作用见表1。
表1 乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 及刺梨复合乳酸菌对急性醉酒的治疗效果
Table 1 Therapeutic efficacy of Pediococcus acidilactici LTJ28, Lactiplantibacillus plantarum LTJ30, and Rosa roxburghii Tratt + lactic acid bacteria in acute intoxication
组别M 组PC 组J 组CL+J 组动物只数11 11 11 11醉酒只数9 10死亡只数9 6 2 1 1 2醉酒率/%81.82 90.91 81.82 54.55死亡率/%18.18 9.09 9.09 18.18醉酒潜伏期/min 10.6±6.0 21.2±9.3 15.5±7.0 35.6±10.0睡眠时间/min 330.6±16.9 144.8±17.1 251.2±59.9 130.4±55.6醒酒时间/min 351.8±27.6 166.0±16.9 268.3±54.0 166.0±54.5
由表1 可知,与模型组相比较,水飞蓟素组与乳酸菌组的死亡率均有降低,醉酒潜伏期延长,其中刺梨乳酸菌复合组的醉酒潜伏期最长,且醉酒率明显下降至54.55%,说明刺梨可以协同增强乳酸片球菌LTJ28 与植物乳植杆菌LTJ30 的二联乳酸菌的预防醉酒作用。同时,PC 组、J 组和CL+J 组睡眠时间由模型组的330.6 min 分别缩短至144.8、251.2、130.4 min,其中,以刺梨乳酸菌复合组的效果最为明显。综合整个醒酒时间, PC 组和J 组干预均可缩短醒酒时间,而刺梨与乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 的复合可以进一步缩短醒酒时间,其醒酒效果明显优于水飞蓟素和乳酸片球菌LTJ28 与植物乳植杆菌LTJ30 的二联乳酸菌,总时间由模型组的351.8 min 缩短至166.0 min。结果表明:乳酸片球菌LTJ28 与植物乳植杆菌LTJ30的二联乳酸菌具有良好的解酒醒酒能力,而刺梨与乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 复配后可以进一步产生更明显的防醉酒和解酒促醒的功效,在饮用高浓度白酒的前1 h 服用,可降低醉酒率,明显缩短醉酒时间。
乙醇在饮酒后经口腔、胃、小肠、大肠,其中80%~90% 被胃肠道吸收,经体循环分布全身[4]。在小鼠灌胃56% vol 白酒2.5 h 后,各组对急性醉酒小鼠血液的乙醇浓度的影响见图1。
图1 乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 及刺梨复合乳酸菌对急性醉酒小鼠血液乙醇浓度的影响
Fig.1 Effect of Pediococcus acidilactici LTJ28, Lactiplantibacillus plantarum LTJ30, and Rosa roxburghii Tratt + lactic acid bacteria on blood ethanol concentration in acutely intoxicated mice
***表示与模型组相比差异高度显著(P<0.001)。
由图1 可知,在小鼠灌胃56% vol 白酒2.5 h 后模型组血液乙醇浓度达到2.78 mg/mL,经过PC 组、J 组和CL+J 组干预后,血乙醇浓度均高度显著低于模型组小鼠血乙醇浓度(P<0.001),各组血乙醇浓度降低至1.77~1.96 mg/mL,说明水飞蓟素、乳酸片球菌LTJ28 与植物乳植杆菌LTJ30 的二联乳酸菌和刺梨与乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 复配的干预在一定程度上可以降低血液乙醇浓度,其作用可能与减轻小鼠对乙醇的吸收、促进体内乙醇代谢有关。
乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 及其复配刺梨对急性醉酒小鼠体内乙醇代谢酶活力的影响见图2。
图2 乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 及刺梨复合乳酸菌对急性醉酒小鼠肝脏ADH、ALDH 的影响
Fig.2 Effect of Pediococcus acidilactici LTJ28, Lactiplantibacillus plantarum LTJ30, and Rosa roxburghii Tratt + lactic acid bacteria on liver ADH and ALDH in acutely intoxicated mice
***表示与模型组相比差异高度显著(P<0.001)。
乙醇在肝脏中会被ADH 氧化为乙醛,再经ALDH氧化成乙酸,乙酸经过三羧酸循环进一步氧化成水和二氧化碳[23]。小鼠体内的乙醇脱氢酶的活力水平对乙醇代谢速率起关键作用,并且小鼠体内的乙醛浓度也与乙醛脱氢酶的活力有直接关系[24]。因此,常用ADH和ALDH 的活力水平鉴定乙醇代谢和解酒防醉效果。如图2 所示,正常组小鼠肝脏ADH 和ALDH 活力均高度显著低于模型组(P<0.001),说明急性醉酒模型建立成功。与模型组相比,PC 组、J 组和CL+J 组干预均高度显著提高了肝脏ALDH 水平(P<0.001),分别上升至50.70、40.51、44.76 U/g。表明乳酸片球菌LTJ28 与植物乳植杆菌LTJ30 的二联乳酸菌和刺梨与乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 复配均有促进酒精氧化代谢的作用,能有效提高肝脏分解体内乙醇的速率,从而在一定程度上缓解醉酒症状。
乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 及其复配刺梨对急性醉酒小鼠体内ALP、ALT 和AST 活力的影响见图3。
图3 乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 及刺梨复合乳酸菌对急性醉酒小鼠血清ALP、ALT 及AST 的影响
Fig.3 Effect of Pediococcus acidilactici LTJ28, Lactiplantibacillus plantarum LTJ30, and Rosa roxburghii Tratt + lactic acid bacteria on serum ALP, ALT, and AST in acutely intoxicated mice
***表示与模型组相比差异高度显著(P<0.001)。
ALP 主要来自于肝脏,是一种在肝细胞内能与脂质膜紧密的结合的膜结合蛋白[25],肝细胞受损时ALP与脂质膜结合度下降,被释放到血清中[26]。ALT 和AST 主要存在于肝细胞中,当肝细胞发生损伤坏死时进入血液循环使其血清水平升高,是反映肝细胞损害的敏感指标[27],其活力水平偏高通常表明机体可能出现肝脏系统疾病。在小鼠灌服56% vol 白酒2.5 h 后,与模型组相比,正常组血清ALP、ALT、AST 活力均高度显著下降(P<0.001),说明在短时间大量饮酒后,机体出现肝细胞损伤。与模型组相比,乳酸菌组和刺梨复合乳酸菌组均高度显著降低了肝脏ALP 活力(P<0.001),乳酸菌组降低19.6%,刺梨复合乳酸菌组降低33.8%。与模型组相比,乳酸菌组能高度显著降低血清ALT 活力(P<0.001),从17.04 U/L 下降至13.48 U/L;刺梨复合乳酸菌组高度显著降低血清ALT 活力(P<0.001),从17.04 U/L 下降至12.93 U/L。与模型组相比,各样品干预组的AST 活力则有所下降,其中刺梨复配乳酸菌组下降最明显(P<0.001),AST 活力由15.1 U/L 下降至10.36 U/L,且刺梨与乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 复配效果优于乳酸片球菌LTJ28 与植物乳植杆菌LTJ30 的二联乳酸菌。表明刺梨能够协同增强乳酸片球菌LTJ28 与植物乳植杆菌LTJ30 对急性酒精中毒肝损伤的保护作用。
乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 及其复配刺梨对急性醉酒小鼠体内SOD 活力、GSH 含量和MDA 含量的影响见图4。
图4 乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 及刺梨复合乳酸菌对急性醉酒小鼠血清SOD、GSH 及肝脏MDA 的影响
Fig.4 Effect of Pediococcus acidilactici LTJ28, Lactiplantibacillus plantarum LTJ30, and Rosa roxburghii Tratt + lactic acid bacteria on serum SOD, GSH, and liver MDA in acutely intoxicated mice
*表示两组相比差异显著(P<0.05);**表示与模型组相比差异极显著(P<0.01);***表示与模型组相比差异高度显著(P<0.001)。
机体摄入酒精后,其代谢会产生大量自由基,改变细胞内氧化还原状态[28],氧化应激会导致代谢功能障碍和肝组织内脂质过氧化。脂质过氧化的主要终产物丙二醛通常被用作氧化应激的重要标志物,其水平间接反映组织过氧化损伤的程度[4]。由图4 可知,与模型组相比,正常组小鼠血清SOD 活力、GSH 含量极显著升高,而肝脏MDA 含量则高度显著降低(P<0.001)。而各干预组血清SOD 活力、GSH 含量及肝脏MDA 含量均有所恢复,其中刺梨复合乳酸菌组在恢复SOD 活力方面显著优于乳酸菌组(P<0.05)。这些结果表明,乳酸片球菌LTJ28 与植物乳植杆菌LTJ30 的二联乳酸菌可能通过清除自由基和增强抗氧化活性来减轻急性醉酒小鼠肝脏的氧化应激,而刺梨可以进一步增强这一作用。
乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 及其复配刺梨对急性醉酒小鼠体内NO、IL-6 及IL-1β 含量的影响见图5。
图5 乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 及刺梨复合乳酸菌对急性醉酒小鼠血清NO 及肝脏IL-6、IL-1β 含量的影响
Fig.5 Effect of Pediococcus acidilactici LTJ28, Lactiplantibacillus plantarum LTJ30, and Rosa roxburghii Tratt + lactic acid bacteria on serum NO and liver IL-6 and IL-1β in acutely intoxicated mice
***表示与模型组相比差异高度显著(P<0.001)。
饮酒后,乙醇在肝脏中代谢产生大量活性氧,脂质物质与过量的活性氧反应发生脂质过氧化产生MDA,过量的脂质沉积和氧化应激会导致肝脏炎症反应激活,间接导致炎症介质IL-6、IL-1β 含量上升[29],加重肝损伤并产生炎症。如图5 所示,与模型组相比,正常组血清NO 含量极显著升高,肝脏中IL-6、IL-1β 含量高度显著降低(P<0.001),说明一次性大量饮酒会引发炎症应答反应。在样品干预后乳酸菌(J)组小鼠肝脏中IL-6、IL-1β 含量分别降低了27.4%、37.8%(P<0.001),刺梨复合乳酸菌(CL+J)组小鼠肝脏IL-6、IL-1β 含量分别降低了27.2%、33.6%(P<0.001)。与模型组相比,水飞蓟素组、乳酸菌组和刺梨复合乳酸菌组均能有效改善血清NO 含量及肝脏IL-6、IL-1β 含量,且刺梨复合乳酸菌组效果相对优于乳酸菌组。这些结果表明,乳酸片球菌LTJ28 与植物乳植杆菌LTJ30 的二联乳酸菌和刺梨与乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30复配可能减轻了肝脏促炎因子的产生,保护小鼠肝细胞免受酒精诱导损伤的炎症反应。同时,NO 的增多还可以舒张毛细血管,增加通过肝脏的血流量、减少炎症反应、加速乙醇代谢。
乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 及其复配刺梨对急性醉酒小鼠肝脏、胃、结肠组织病理形态的影响见图6。
图6 乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 及刺梨复合乳酸菌对急性醉酒小鼠脏器组织形态的影响
Fig.6 Effect of Pediococcus acidilactici LTJ28, Lactiplantibacillus plantarum LTJ30, and Rosa roxburghii Tratt + lactic acid bacteria on organ histomorphology in acutely intoxicated mice
由图6(A)可知,正常组肝细胞结构正常,肝窦间隙清晰,排列有序且分布均匀,细胞核清晰可见,无凋亡现象;模型组肝细胞排列较为松散,肝小叶结构不完整,细胞膨胀变大且脂肪液泡增加;在乳酸片球菌LTJ28 与植物乳植杆菌LTJ30 的二联乳酸菌和刺梨与乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 复配干预后肝细胞趋于正常。
由图6(B)可知,正常组胃黏膜结构正常,未观察到损伤;在大量乙醇摄入后,模型组出现严重的病理改变,包括胃黏膜损伤、上皮细胞的缺失及脱落、炎症细胞浸润及细胞间排列不紧密;水飞蓟素组较模型组而言,胃黏膜受到一定保护作用,但胃黏膜细胞结构也出现改变,而乳酸片球菌LTJ28 与植物乳植杆菌LTJ30的二联乳酸菌和刺梨与乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 复配干预后抑制了酒精对胃黏膜的伤害,使胃黏膜细胞趋于正常。
由图6(C)可知,正常对照组结肠组织结构清晰正常,边界明显,结肠细胞排列整齐;模型组出现黏膜下水肿和间隙扩大,黏膜厚度减少,黏膜上皮细胞坏死、脱落等现象;各样品干预后小鼠结肠组织结构有一定程度恢复,其中水飞蓟素组结肠细胞结构也存在黏膜下水肿及间隙大问题,但损害程度较急性醉酒模型组轻,而乳酸片球菌LTJ28 与植物乳植杆菌LTJ30 的二联乳酸菌和刺梨与乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 复配干预后抑制了酒精对结肠组织的损伤,结肠组织趋于正常。
这些结果表明一次性大量饮酒2.5 h 后可对肝脏、胃黏膜及结肠都产生损伤,乳酸片球菌LTJ28 与植物乳植杆菌LTJ30 的二联乳酸菌和刺梨与乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 复配干预可以改善急性醉酒造成的脏器损伤,从而有望缓解因醉酒引起的肝损伤及呕吐、腹泻等不良反应,其效果优于水飞蓟素。
综上所述,小鼠急性醉酒后,乳酸片球菌LTJ28 与植物乳植杆菌LTJ30 的二联乳酸菌能明显延长小鼠醉酒潜伏期至15.5 min、缩短睡眠时间至251.2 min,将小鼠血乙醇浓度降低了29.4%(P<0.001),并保护一次性大量饮酒造成的肝损伤。其解酒护肝功能的发挥与舒张肝脏毛细血管以增加肝脏血流量,提高肝脏中ADH和ALDH 的活力,促进乙醇代谢,减少对肝脏、胃黏膜及肠黏膜的损伤,改善过量饮酒诱发的脂质过氧化,及降低肝脏炎症损伤有关。而且,刺梨与乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 复配后,可以进一步增强上述作用。本研究成果揭示了刺梨与乳酸片球菌LTJ28、植物乳植杆菌LTJ30 复配具有协同性防醉促醒、促进乙醇代谢、保护急性醉酒诱导的肝损伤的功效,为进一步提升益生菌及刺梨资源利用、研发相关功能产品,奠定了重要基础。
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