益生菌枯草芽孢杆菌CU1产生的左聚糖通过高亲和力结合抑制人诺如病毒GII.4在斑马鱼体内的复制

《Food Microbiology》：Levan produced by probiotic Bacillus subtilis CU1 inhibits human norovirus GII.4 replication in zebrafish via high-avidity binding

本研究揭示了益生菌枯草芽孢杆菌CU1分泌的胞外多糖（EPS）——左聚糖，能特异性高亲和力结合人诺如病毒（hNoVs）GII.4基因型的病毒样颗粒（VLPs）和P颗粒，并在斑马鱼模型中有效抑制其复制。该抗病毒活性具有病毒基因型和细菌菌株特异性。研究还成功利用胡萝卜汁作为发酵基质优化了EPS产量，为开发安全、经济的功能性抗病毒食品提供了新策略。

　　

Highlight

本研究首次报道了源自益生菌枯草芽孢杆菌CU1的胞外多糖（EPS）——一种左聚糖——能特异性抑制人诺如病毒（hNoVs）GII.4在斑马鱼体内的复制。其作用机制是通过高亲和力结合病毒颗粒，且该活性具有病毒基因型和细菌菌株特异性。研究还验证了利用胡萝卜汁发酵生产具有抗病毒活性EPS的可行性。

引言

人诺如病毒（hNoVs）是全球急性胃肠炎的主要致病元凶，对全球公共卫生构成沉重负担（WHO, 2022）。免疫缺陷个体面临严重并发症和死亡的显著更高风险（Petrignani et al., 2018）。该病毒的高遗传变异性以及缺乏稳健的细胞培养模型，阻碍了有效疫苗和抗病毒药物的研发进程（Zhao et al., 2021）。

HNoVs直到2017年才利用人肠道类器官实现体外培养（Ettayebi et al., 2016）。在此进展之前，hNoVs研究严重依赖于具有某些共同病理和/或生物学特征的替代病毒，例如Tulane病毒（TV）、鼠诺如病毒1型（MNV-1）和猫杯状病毒（FCV）（Richards, 2012; Xu et al., 2015）。针对hNoVs的研究主要采用靶向病毒结构组分的方法，例如用于检测病毒RNA的反转录定量聚合酶链反应（RT-qPCR）和用于检测衣壳蛋白的酶联免疫吸附测定（ELISA）。因此，针对hNoVs（尤其是易感人群）的抗病毒药物的开发至关重要，但仍处于起步阶段。最近，发现斑马鱼胚胎和幼鱼能够支持hNoVs复制，这标志着hNoVs研究的又一个里程碑（Tan et al., 2023; Van Dycke et al., 2019），为研究该病毒提供了首个稳健且高效的体内模型。

源自各种天然来源的复杂碳水化合物是一类具有多种健康促进作用的生物活性化合物（Cummings and Stephen, 2007）。一些研究表明，某些复杂多糖通过直接与病毒相互作用或调节先天抗病毒免疫，而具有抗hNoVs的特性（Chen and Li, 2023; Santiso-Bellón et al., 2025）。据我们所知，迄今为止报道的所有能与hNoVs（不包括替代病毒）高亲和力结合的复杂碳水化合物都是含岩藻糖的多糖（例如岩藻聚糖 [Hanisch et al., 2021; Tan et al., 2022]）或寡糖（例如人乳寡糖2'-岩藻糖基乳糖 [Koromyslova et al., 2017]）。这些化合物模拟了人类组织血型抗原（HBGAs）的含岩藻糖表位，已知这些表位在hNoVs附着和感染中起关键作用（Tenge et al., 2021）。然而，我们之前的研究发现，尽管岩藻聚糖和2'-岩藻糖基乳糖在体外都能有效阻断hNoV GII.4病毒样颗粒（VLPs）与HBGAs的结合，但只有岩藻聚糖（而非2'-岩藻糖基乳糖）能有效抑制hNoV GII.4[P16]在斑马鱼幼鱼体内的复制（Tan et al., 2021）。值得注意的是，岩藻聚糖还显著上调了干扰素（IFN）信号通路相关基因以及一系列编码抗病毒效应物的干扰素刺激基因（ISGs）（Tan et al., 2022），这被认为是岩藻聚糖抗hNoVs作用背后比充当“受体诱饵”更重要的机制。综上所述，这些结果表明了综合运用多种方法，特别是包含体内模型，在提供更令人信服的抗病毒候选物筛选结果方面的重要性。

胞外多糖（EPSs）是细菌为增强其在极端环境条件下的抵抗力而分泌的碳水化合物聚合物（Angelin and Kavitha, 2020）。由于其广泛的结构多样性，EPSs是筛选潜在抗hNoVs候选物的丰富资源。益生菌，其中许多是商业可得的，其普遍安全性和健康促进作用已有充分记载（Lei et al., 2025）。因此，从益生菌菌株中鉴定抗hNoVs的EPSs具有确保人类食用安全的额外优势。此外，EPSs可以通过使用廉价的碳源和氮源进行发酵来生产，使其在经济上可行。例如，用产EPS的益生菌发酵果蔬汁为将EPSs引入食品体系提供了一种天然有效的方法，展现出工业应用的广阔前景。特别是，胡萝卜汁富含碳源且pH值接近中性，这两者都有助于发酵过程中EPS的生产（Razack et al., 2013）。

本研究调查了源自三种商业可得益生菌菌株的EPSs的抗hNoVs潜力。初步筛选使用TV感染的细胞培养系统进行。抗hNoVs活性进一步使用体内斑马鱼模型和体外结合试验进行了评估。分离纯化了主要的EPS组分，并分析了其结构特征。最后，在发酵胡萝卜汁中优化了EPS产量，并相应地验证了其抗病毒效果。实验设计概述见图1。

讨论

尽管TV已被广泛用作hNoVs的替代模型（Monnot et al., 2024; Zhang et al., 2015），但对于TV感染在多大程度上复制了hNoVs的感染动态，尤其是在体内，仍缺乏全面的理解。在本研究中，使用TV的添加时间测定法（一种抗病毒研究中常用的方法）未能得出明确的结论。相比之下，斑马鱼已被证明是筛选抗hNoVs化合物的稳健且高效的小动物模型。