动物乳双歧杆菌菌株资源与代谢特征解析及其缓解睡眠剥夺小鼠焦虑样行为的研究

为解决亚健康状态下焦虑行为和认知功能障碍的干预难题，研究人员针对Bifidobacterium animalis subsp. lactis（B. animalis）菌株资源开展基因组学与代谢组学分析，筛选出WLBA3等候选菌株。通过睡眠剥夺（SD）小鼠模型证实WLBA3能通过抑制NLRP3炎症小体通路、调节肠道菌群（如Lactobacillus和Alistipes）显著改善体重增长、疲劳抵抗及焦虑样行为，为亚健康干预提供新策略。

　　

研究背景
现代快节奏生活导致全球约75%人群处于亚健康状态，表现为疲劳、焦虑和免疫力下降等非特异性症状。睡眠剥夺（SD）作为典型诱因，可通过神经炎症和肠道菌群紊乱加剧亚健康进程。尽管益生菌Bifidobacterium animalis subsp. lactis（B. animalis）被报道具有抗炎潜力，但其菌株特异性效应和机制尚不明确。

研究机构与方法
山东大学微生物技术国家重点实验室团队通过分离16株B. animalis（含粪便来源和商业菌株），整合全基因组测序（Illumina NovaSeq PE150/Nanopore）、碳源利用（BIOLOG ANI微孔板）、代谢组学（SPME/GC-MS和LC-MS）及SD小鼠模型（23小时/天剥夺，持续10周），评估菌株对炎症、行为及肠道菌群的调控作用。

研究结果
3.1 菌株基因组与生长特性
核心基因组分析显示16株菌平均GC含量60.49%，WLBA3倍增时间最短（105.6分钟）。系统发育树揭示WLBA1/WLBA6独立分支，而WLBA3携带额外GH13家族基因（α-淀粉酶），提示碳代谢优势。

3.2 生理与代谢特征
WLBA3在pH 2.5和9.0下存活率>89%，且产生独特代谢物如异戊酸（isovaleric acid）。所有菌株均产乳酸（最高7,936 mg/L）和乙酸，但WLBA3/WLBA7特异性合成香叶醇（geraniol）。

3.4 体内干预效果
WLBA3使SD小鼠血清TNF-α和IL-6降低至对照组水平（p<0.01），旋转棒测试耐力提升2.3倍。Y迷宫和EPM实验显示其显著改善空间记忆（新臂停留时间+68%）和焦虑行为（开放臂探索时间+45%）。

3.5 机制解析
WLBA3抑制海马NLRP3/ASC/caspase-1 mRNA表达（p<0.05），并逆转SD导致的Firmicutes/Bacteroidetes比例失衡，富集Lactobacillus（+4.8倍）和Alistipes（LDA>2）。

结论与意义
该研究首次建立B. animalis菌株资源库与代谢图谱，证实WLBA3通过“NLRP3-肠道菌群-代谢物”轴缓解SD诱导的亚健康症状。其快速增殖（2小时代时）和耐酸特性为口服递送提供优势，而异戊酸等代谢物可能成为关键效应分子。研究成果发表于《Engineered Regeneration》，为靶向益生菌开发提供理论依据。