黑龙江八一农垦大学左锋教授等:植物乳杆菌L15对过度运动引起大鼠骨骼肌损伤的改善作用

2023-10-17作者:来源:责任编辑:食品界 字体A+AA-

适度体育活动对人体有多方面的有益作用,对骨骼肌的有益作用主要包括增加线粒体的功能、参与代谢途径酶的活性和糖原在肌肉中的储存。然而,过度运动会增加肌肉对氧气和营养物质的需求,此外,长期恶化的肠道血液灌注已被证明可引起暂时性缺血,导致黏膜功能障碍及肠通透性增加。益生菌是一种定植于肠道对宿主健康有益的活的微生物。越来越多的研究表明益生菌具有调节肠道菌群的作用,进而通过肠-肌轴改善肌肉质量。

前期研究表明植物乳杆菌L15具有改善炎症反应和氧化应激的作用,黑龙江八一农垦大学体育教研部的贾前生和食品学院的左锋进一步研究探讨植物乳杆菌L15对过度运动引起的大鼠骨骼肌损伤的作用。首先研究植物乳杆菌L15对大鼠体质量、肠道通透性、骨骼肌中脂多糖(LPS)含量的影响;随后检测抗氧化相关指标及核转录因子红系2相关因子2(Nrf2)信号通路相关基因表达水平的变化;最后检测细胞因子及核因子(NF)-κB信号通路相关基因表达水平的变化,进而系统地评价植物乳杆菌L15改善过度运动引起的大鼠骨骼肌损伤的作用,为开发缓解过度运动引起的肌肉损伤的保健品和药品提供理论依据。

1 植物乳杆菌L15对大鼠体质量增加量的影响

大鼠随机分为4 组:安静对照组、运动对照组、安静给菌组和运动给菌组。如图1所示,双因素方差分析结果显示过度运动对体质量增加具有主效应(P<0.05),植物乳杆菌L15对体质量增加主效应不显著(P>0.05),且二者无交互效应(P>0.05);6 周跑台运动后,相比于安静对照组,运动对照组大鼠的体质量增加量显著下降(P<0.05),在大鼠过度运动期间补充植物乳杆菌L15,与运动对照组相比,运动给菌组大鼠的体质量增加量显著增加(P<0.05)。这表明植物乳杆菌L15可以提高体质量。

2 植物乳杆菌L15对大鼠股外侧肌组织病理学的影响

从图2可观察到,安静对照组和安静给菌组肌细胞多个细胞核位于细胞边缘,细胞之间排列紧密,肌束间间隙未见增大,肌纤维形态正常,未见溶解、断裂;组织内未见坏死、水肿、炎症、出血等病理性变化,形态结构正常。运动对照组部分肌纤维断裂、溶解,肌纤维间间隙明显增大,组织细胞排列轻度疏松,部分肌纤维间隙内可见大量炎性细胞弥漫性浸润,这表明过度运动引起骨骼肌损伤,模型构建成功。运动给菌组视野中可见少量肌纤维断裂、溶解,肌纤维间隙轻度增大,组织排列轻度疏松,部分肌纤维间隙可见炎性细胞弥散性浸润,组织内未见出血、水肿等病理性改变,与运动对照组相比,组织病理学变化明显减轻。这表明植物乳杆菌L15可以改善过度运动引起的大鼠股外侧肌组织病理学变化。


3 植物乳杆菌L15对大鼠肠道通透性的影响

如图3A所示,过度运动和植物乳杆菌L15对血清中D-乳酸含量均具有主效应(P<0.05),且二者间存在交互效应(P<0.05);6 周跑台运动后,相比于安静对照组,运动对照组大鼠血清中D-乳酸浓度极显著上升(P<0.01);在大鼠过度运动期间补充植物乳杆菌L15,与运动对照组相比,运动给菌组大鼠血清中D-乳酸浓度极显著降低(P<0.01)。如图3B所示,过度运动对血清中二胺氧化酶活力具有主效应(P<0.05),植物乳杆菌L15对二胺氧化酶活力主效应不显著(P>0.05),且二者无交互效应(P>0.05);6 周跑台运动后,相比于安静对照组,运动对照组大鼠血清中二胺氧化酶活力显著上升(P<0.05);在大鼠过度运动期间补充植物乳杆菌L15,与运动对照组相比,运动给菌组大鼠血清中二胺氧化酶活力降低,但差异不显著(P>0.05)。这表明植物乳杆菌L15可以通过降低肠道通透性进而缓解骨骼肌损伤。


4 植物乳杆菌L15对大鼠骨骼肌中LPS水平的影响

如图4所示,过度运动和植物乳杆菌L15对骨骼肌中LPS水平均具有主效应(P<0.05),且二者间存在交互效应(P<0.05);6 周跑台运动后,相比于安静对照组,运动对照组大鼠骨骼肌中LPS水平极显著上升(P<0.01),在大鼠过度运动期间补充植物乳杆菌L15,与运动对照组相比,运动给菌组大鼠骨骼肌中LPS水平极显著降低(P<0.01)。以上结果表明植物乳杆菌L15可以通过降低LPS水平缓解骨骼肌损伤。


5 植物乳杆菌L15对大鼠骨骼肌氧化应激指标的影响

如图5所示,过度运动对SOD活力、GSH-Px活力、T-AOC和MDA水平具有主效应(P<0.01),植物乳杆菌L15对SOD活力、GSH-Px活力和MDA水平主效应不显著(P>0.05),而对T-AOC具有主效应(P<0.05)。6 周跑台运动后,相比于安静对照组,运动对照组大鼠骨骼肌中SOD活力、GSH-Px活力和T-AOC极显著下降(P<0.01);在大鼠过度运动期间补充植物乳杆菌L15,与运动对照组相比,运动给菌组大鼠骨骼肌中SOD活力、GSH-Px活力和T-AOC显著或极显著增加(P<0.05、P<0.01)。6 周跑台运动后,相比于安静对照组,运动对照组大鼠骨骼肌中MDA水平显著上升(P<0.05),在大鼠过度运动期间补充植物乳杆菌L15,与运动对照组相比,运动给菌组大鼠骨骼肌中MDA水平显著下降(P<0.05)。以上结果表明植物乳杆菌L15可以通过改善抗氧化指标缓解骨骼肌损伤。


6 植物乳杆菌L15对大鼠Nrf2信号通路相关基因表达的影响

如图6所示,双因素方差分析显示过度运动和植物乳杆菌L15对骨骼肌中Nrf2、HO-1和NQO1表达水平均具有主效应(P<0.05),二者之间不存在交互效应(P>0.05);6 周跑台运动后,相比于安静对照组,运动对照组大鼠骨骼肌中Nrf2、HO-1和NQO1的表达水平均显著下降(P<0.01);在大鼠过度运动期间补充植物乳杆菌L15,与运动对照组相比,运动给菌组大鼠骨骼肌中Nrf2、HO-1和NQO1的表达水平显著或极显著上升(P<0.05、P<0.01)。以上结果表明植物乳杆菌L15可以通过调节Nrf2信号通路相关基因的mRNA表达水平进而缓解骨骼肌氧化应激。


7 植物乳杆菌L15对大鼠骨骼肌炎症细胞因子的影响

如图7所示,过度运动对骨骼肌中TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-10水平均具有主效应(P<0.05),植物乳杆菌L15对骨骼肌中TNF-α和IL-6水平主效应显著(P<0.05),而对IL-1β和IL-10水平主效应不显著(P>0.05)。6 周跑台运动后,相比于安静对照组,运动对照组大鼠骨骼肌中TNF-α、IL-1β和IL-6水平极显著上升(P<0.01);在大鼠过度运动期间补充植物乳杆菌L15,与运动对照组相比,运动给菌组大鼠骨骼肌中TNF-α、IL-1β和IL-6水平显著或极显著降低(P<0.05、P<0.01)。6 周跑台运动后,相比于安静对照组,运动对照组大鼠骨骼肌中IL-10水平极显著下降(P<0.01),在大鼠过度运动期间补充植物乳杆菌L15,与运动对照组相比,运动给菌组大鼠骨骼肌中IL-10水平显著增加(P<0.05)。以上结果表明植物乳杆菌L15可以通过调节炎症细胞因子缓解骨骼肌炎症。

8 植物乳杆菌L15对大鼠NF-κB信号通路相关基因表达的影响

如图8所示,过度运动对骨骼肌中TLR4MyD88NF-κB表达水平具有主效应(P<0.05),植物乳杆菌L15对骨骼肌中TLR4表达水平主效应不显著(P>0.05),而对骨骼肌中MyD88NF-κB表达水平主效应极显著(P<0.01)。6 周跑台运动后,相比于安静对照组,运动对照组大鼠骨骼肌中TLR4MyD88NF-κB表达水平极显著上调(P<0.01);在大鼠过度运动期间补充植物乳杆菌L15,与运动对照组相比,运动给菌组大鼠骨骼肌中TLR4MyD88NF-κB表达水平均极显著下调(P<0.01)。以上结果表明植物乳杆菌L15可以通过调节TLR4/MyD88/NF-κB信号通路相关基因的mRNA表达水平进而缓解骨骼肌炎症。


讨 论

肠道屏障受损时,D-乳酸作为细菌发酵的代谢产物通过受损肠黏膜会进入血液中,二胺氧化酶是肠黏膜上层绒毛细胞浆中具有高度活性的细胞内酶,其活性可以反映肠黏膜上皮损伤的程度。因此,本研究通过检测D-乳酸和二胺氧化酶活力,判断肠黏膜修复及评估肠道通透性改变情况。研究表明植物乳杆菌L15可以通过降低肠道通透性进而缓解骨骼肌损伤。
研究表明,LPS可以通过调节Nrf2信号通路进而引起骨骼肌发生氧化应激。MDA不仅是脂质过氧化产物,而且是体内氧化应激的可靠生物标志物。SOD是清除超氧阴离子的关键酶,可以将超氧阴离子催化成过氧化氢,后者进一步转化成水。T-AOC是衡量生物体的综合抗氧化能力的指标。研究表明益生菌体内和体外均具有一定抗氧化能力,并可能通过多种机制减少全身氧化应激。Nrf2在细胞核外与细胞浆蛋白伴侣分子解离,并转运至细胞核内,进入细胞核后与抗氧化反应元件结合,诱导下游各个II相解毒酶类和抗氧化酶类基因的表达,其中包括HO-1、NQO1合成途径中的限速酶等,从而缓解机体的氧化应激。近年来,大量的研究均表明乳酸菌可通过调节Nrf2信号通路来缓解氧化应激损伤。本研究发现植物乳杆菌L15可以通过调控Nrf2及其下游通路基因的表达缓解过度运动引起的大鼠骨骼肌氧化应激损伤。
研究表明LPS可以引起骨骼肌发生炎症反应。TNF-α是一种关键的促炎因子,可与多种细胞因子协同作用,进一步诱导体内炎症介质的释放。过量的IL-1β可促进其他炎症因子的表达。IL-6是一种促炎因子,在炎症反应和免疫调节过程中发挥重要作用。IL-10是一种抗炎因子,可抑制促炎因子的释放,减少炎症反应。研究表明急性运动可以激活大鼠骨骼肌NF-κB信号通路。NF-κB是重要的信号通路之一,与炎症发生密切相关。在免疫及炎症反应等多个生理及病理学过程中起到重要的调控的作用。本研究发现植物乳杆菌L15可以通过调控NF-κB信号相关通路基因的表达缓解过度运动引起的大鼠骨骼肌炎症反应。

结 论

植物乳杆菌L15可以改善过度运动引起的大鼠股外侧肌组织病理学变化,通过降低血清中D-乳酸和二胺氧化酶水平改善过度运动大鼠的肠道通透性,降低骨骼肌中LPS的水平,通过下调Nrf2及其下游基因的mRNA表达水平提高SOD、GSH-Px、T-AOC水平和降低MDA水平,通过下调TLR4MyD88NF-κB的mRNA表达水平降低促炎细胞因子(IL-6、IL-1β和TNF-α)和提高抗炎细胞因子(IL-10)的水平。

本文《植物乳杆菌L15对过度运动引起大鼠骨骼肌损伤的改善作用》来源于《食品科学》2023年44卷第13期79-87页,作者:贾前生, 左锋。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220624-263.