《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Dietary nisin exacerbates diabetic vascular complications through gut microbiota modulation and NF-κB signaling
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本研究针对糖尿病血管并发症（DVCs）的防治难题，探讨了常用食品防腐剂乳酸链球菌素（nisin）的潜在风险。研究人员通过斑马鱼模型发现，nisin通过改变肠道菌群结构（富集革兰阴性菌）、破坏肠道屏障、激活NF-κB信号通路，进而加剧氧化应激和炎症反应，最终导致血管内皮功能紊乱和血流动力学异常。该研究揭示了“肠道-血管轴”在DVCs中的新机制，为糖尿病患者的饮食安全提供了重要警示。
糖尿病已成为全球性的重大公共卫生问题，其最严重和常见的后果是糖尿病血管并发症（Diabetic Vascular Complications, DVCs），包括心血管疾病、肾病和视网膜病变等，是导致糖尿病患者致残和死亡的主要原因。尽管高血糖是DVCs的始动因素，但其具体的发病机制复杂，涉及慢性炎症、氧化应激和内皮功能障碍等多个环节。近年来，越来越多的证据表明，肠道菌群（gut microbiota）的失调在糖尿病及其并发症的发生发展中扮演着关键角色。肠道菌群通过产生多种代谢产物（如脂多糖LPS、支链氨基酸BCAAs等）和调节免疫反应，可以远程影响血管健康，形成了重要的“肠-血管轴”（gut-vascular axis）概念。
与此同时，现代食品工业中广泛使用的各种食品添加剂对肠道菌群和宿主健康的影响日益受到关注。乳酸链球菌素（nisin）是一种由乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）产生的多肽类细菌素，因其对革兰氏阳性菌有强烈的抑制作用而被普遍用作天然食品防腐剂。一般认为其安全性较高。然而，有研究表明，在食品基质的保护下，nisin可以到达肠道远端并改变小鼠的肠道菌群，甚至影响葡萄糖代谢。这就提出了一个重要的科学问题：对于肠道菌群本就脆弱的糖尿病患者而言，长期摄入nisin是否会对本就存在的血管并发症雪上加霜？目前，关于nisin对DVCs的影响及其机制尚不清楚。
为了回答这个问题，来自南昌大学食品科学与技术国家重点实验室的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上发表了他们的最新研究成果。他们利用斑马鱼这一与哺乳动物血管和代谢通路高度保守的模式生物，结合无菌模型、高通量测序和分子生物学技术，深入探究了膳食nisin对糖尿病血管病变的影响及其内在机制。
研究人员为开展此项研究，主要应用了几项关键技术方法。研究主体采用了转基因斑马鱼模型，例如利用血管内皮细胞和血细胞特异性荧光标记的Tg(flk1:EGFP; gata1:DsRed)品系来实时观察血管形态和血流动态，并使用Tg(coro1a:EGFP; lyz:DsRed)品系追踪免疫细胞迁移。通过在高糖培养基中添加nisin构建了糖尿病血管并发症模型。为了明确肠道菌群的作用，研究还制备了无菌斑马鱼进行平行实验。微生物群落分析通过16S rRNA基因V3-V4区测序完成。此外，研究还运用了免疫荧光染色评估肠道屏障连接蛋白（E-cadherin和ZO-1）、阿利新蓝染色计数杯状细胞、DCFH-DA荧光探针检测活性氧（ROS）水平、酶活试剂盒测定超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性、以及实时定量PCR（qPCR）分析炎症因子和NF-κB通路相关基因表达。最后，通过使用特异性NF-κB抑制剂QNZ进行干预，验证了该通路在nisin诱导的血管损伤中的核心作用。
3.1. Nisin在糖尿病斑马鱼模型中加剧血管病变
研究人员首先在高糖环境下给予斑马鱼nisin处理，观察其对血管的影响。结果发现，与单纯高糖（HG）组相比，高糖加nisin（HG+Nisin）组的斑马鱼出现了更严重的血管病理变化，包括血管内皮增厚和血管萎缩。同时，nisin处理还导致斑马鱼血糖水平进一步升高，并且显著降低了血流速度和血流频率。这些结果表明，nisin暴露确实加剧了糖尿病状态下的血管功能障碍和血流动力学异常。
3.2. Nisin改变肠道菌群组成并破坏肠道屏障功能
为了探究nisin的作用是否与肠道菌群有关，研究人员对斑马鱼的肠道微生物进行了16S rRNA测序分析。结果显示，虽然nisin处理没有进一步降低高糖导致的菌群物种丰富度，但却显著改变了菌群的结构（β-多样性）。在分类学水平上，nisin处理特异性富集了假单胞菌属（Pseudomonas）和金黄杆菌属（Chryseobacterium）等潜在致病菌。形态学观察发现，nisin严重破坏了斑马鱼的肠道褶皱结构，并显著减少了肠道杯状细胞的数量。更重要的是，免疫荧光染色显示，nisin处理导致肠道上皮细胞连接关键蛋白E-cadherin和ZO-1的表达减少和分布紊乱。这些发现说明，nisin引起了肠道菌群失调，并损害了肠道屏障的完整性。
3.3. 肠道菌群介导nisin诱导的血管病变加剧
关键问题在于，nisin对血管的负面影响是否必须依赖肠道菌群？为了回答这个问题，研究团队在无菌斑马鱼模型中重复了实验。令人惊讶的是，在无菌条件下，nisin处理不再引起血管壁增厚、血糖升高或血流动力学恶化。也就是说，nisin的毒性效应在无菌斑马鱼身上消失了。这一结果强有力地证明，nisin对糖尿病血管并发症的加剧作用是完全依赖于肠道菌群存在的。
3.4. Nisin促进糖尿病斑马鱼模型的氧化应激和炎症
机制探索方面，研究人员发现nisin处理显著提升了斑马鱼体内活性氧（ROS）的水平，同时降低了抗氧化酶SOD和CAT的活性，表明氧化应激水平加剧。在炎症方面，qPCR结果显示促炎细胞因子IL-1β、IL-6、TNF-α以及抗炎细胞因子IL-10的基因表达均被nisin进一步上调。利用转基因斑马鱼进行活体成像还观察到，nisin处理促进了中性粒细胞和巨噬细胞在肠道 cloaca 区域的聚集。这些数据表明，nisin通过诱导氧化应激和炎症反应，创造了促进血管损伤的微环境。
3.5. Nisin通过肠道菌群依赖的NF-κB信号通路加剧血管损伤
最后，研究深入到了信号通路层面。qPCR分析发现，nisin处理上调了Toll样受体4（TLR4）、其衔接蛋白MyD88以及下游靶标ICAM-1、PAI-1、Col4α-2和VEGF的表达，提示NF-κB炎症通路被激活。为了验证NF-κB通路的核心地位，研究使用了其特异性抑制剂QNZ。结果非常显著，QNZ处理完全逆转了nisin引起的有害效应，包括恢复了正常的血管形态、改善了血流速度、并降低了血糖水平。这证实了nisin正是通过激活TLR4/MyD88/NF-κB信号轴来加剧血管损伤的。
归纳研究结论和讨论部分，本研究首次系统地揭示了广泛使用的食品防腐剂nisin对糖尿病血管并发症的潜在危害。其核心机制在于：nisin摄入后，破坏了肠道微生物的生态平衡，导致潜在致病菌（如Pseudomonas和Chryseobacterium）富集；菌群失调进而引发肠道屏障功能受损；受损的肠道允许更多的微生物相关分子模式（MAMPs）或代谢产物进入循环，激活宿主的TLR4/MyD88/NF-κB信号通路；该通路的激活驱动了全身性的氧化应激和炎症反应，最终导致血管内皮功能障碍和血流动力学紊乱，加剧了糖尿病血管病变。这项研究的重要意义在于，它将一个常见的膳食因素（nisin）、肠道菌群失调和糖尿病血管并发症这三者通过“肠-血管轴”紧密地联系起来，提出了一个全新的病理生理学视角。研究结果提醒我们，对于糖尿病患者这一特殊人群，日常饮食中食品添加剂的安全性需要被重新评估。此外，NF-κB通路被确定为关键的干预节点，也为未来开发针对DVCs的治疗策略提供了新的靶点。当然，本研究是在斑马鱼模型中完成的，其结论是否直接适用于人类，还需要进一步的流行病学调查和临床研究来验证。但毫无疑问，这项工作为理解食物-菌群-宿主互作在慢性代谢性疾病进展中的作用提供了重要的实验依据，具有重要的科学意义和潜在的公共卫生价值。
