利用枯草芽孢杆菌和贝莱斯芽孢杆菌缓解棒曲霉素诱导的鹌鹑肌肉细胞损伤及微生物组介导的恢复机制研究

本研究针对霉菌毒素棒曲霉素(patulin)严重危害家禽健康与肌肉发育的产业难题，探索了益生性芽孢杆菌的干预潜力。研究人员通过鹌鹑肌肉细胞(QM7)模型，发现B. subtilis与B. velezensis可显著逆转patulin诱导的细胞凋亡与肌管分化障碍，调控ATF3、CASP3、BCL2等关键基因表达，为微生物组干预霉菌毒素毒性提供了新的分子机制与治疗策略。

　　

霉菌毒素污染是全球畜牧业面临的严峻挑战，它不仅降低动物免疫力，还会导致生长性能下降和产品质量受损。其中，棒曲霉素（patulin）作为一种常见的真菌次级代谢产物，对畜禽肌肉发育具有显著毒性，但其在分子层面对肌肉分化的影响机制尚不明确。同时，如何通过安全有效的方法缓解霉菌毒素的危害，一直是养殖业和食品安全领域的研究热点。在此背景下，微生物干预策略因其绿色、可持续的特性受到广泛关注，但益生菌如何调控霉菌毒素诱导的肌肉细胞损伤仍缺乏深入探索。

为此，来自韩国全北国立大学动物生物技术系的Jeong woong Park、Hana Kim、Seon-Ae Choi、Hak Kyo Lee和Dong Hyun Shin团队在《Poultry Science》上发表了一项研究，系统阐述了patulin对鹌鹑肌肉细胞分化的毒性效应，并首次揭示两种芽孢杆菌——枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）——通过多阶段生物学过程显著逆转上述损伤的机制。

本研究主要采用了以下关键技术方法：以鹌鹑肌肉克隆7（QM7）细胞为模型，进行细胞培养与分化诱导；通过细胞活性检测与annexin V/PI染色分析patulin及芽孢杆菌的细胞毒性；运用定量逆转录PCR（qRT-PCR）技术检测应激、凋亡、蛋白降解与肌生成相关基因表达；利用ImageJ软件进行肌管形态与分化面积的量化分析。

Patulin-induced muscle damage in QM7 cells

研究人员首先评估了不同浓度patulin对QM7细胞存活与分化的影响。结果发现，2.5 μM patulin处理可导致细胞活力显著下降，并明显破坏肌管形成。分化面积分析显示，处理组肌管面积占比从对照组的17%降至12%，表明patulin不仅引发细胞凋亡，还直接抑制了肌肉分化过程。

Cytotoxicity analysis of candidate microbiome

在确定patulin损伤条件的基础上，团队评估了两种芽孢杆菌菌株的安全性。通过多重感染倍数（MOI）梯度实验，发现当MOI=0.1时，B. subtilis与B. velezensis均未表现显著细胞毒性，且能一定程度促进细胞增殖，因此该浓度被选为后续恢复实验的处理条件。

Candidate microbiome recovers myotube formation and morphology

将芽孢杆菌与patulin共同处理QM7细胞后，肌管形态得到明显改善。B. subtilis处理组肌管面积恢复至14.5%，而B. velezensis组也达到12%，均显著高于patulin单独处理组。这表明两种菌株均能有效缓解patulin对肌肉细胞融合与分化的抑制作用。

Candidate microbiome regulates gene expression related to apoptosis, protein degradation, and myogenesis

基因表达分析进一步揭示了微生物的恢复机制。在凋亡方面，patulin显著上调应激基因ATF3和凋亡执行者CASP3，并抑制抗凋亡因子BCL2；而芽孢杆菌处理逆转了这一趋势，显著降低CASP3并提高BCL2表达水平。在蛋白降解通路中，patulin出乎意料地抑制了FOXO1和FBXO32（MAFbx）的表达，提示其毒性可能导致全局转录抑制；而菌株处理则激活了该通路，研究者认为这并非加剧损伤，而是有助于清除受损蛋白质、为细胞重建提供条件。在肌生成标记基因方面，patulin显著抑制了晚期分化标志物Desmin的表达，但对PAX7和MyoD影响不大；菌株干预则完全恢复了Desmin表达水平，同时下调了MyoD，表明细胞可能加速跨越早期分化阶段、快速进入成熟期。

本研究结论表明，patulin通过诱导细胞凋亡和全局转录抑制破坏肌肉分化进程，而B. subtilis和B. velezensis则通过三阶段机制实现恢复：首先增强细胞抗凋亡能力（BCL2↑、CASP3↓）；其次启动可控的蛋白降解程序（FOXO1/FBXO32↑），以清除损伤组件；最终加速肌管成熟进程（Desmin↑、MyoD↓）。该发现不仅深化了对霉菌毒素肌肉毒性的认知，也为应用益生菌防控饲料污染、改善家禽肌肉健康提供了重要的理论依据和实践方向。