从食品发酵菌株粪肠球菌（Enterococcus faecium）中分离出的多脱氧核糖核苷酸，在神经氧化应激条件下，通过MAPK介导的BMP/SMAD/Wnt信号通路调节机制，减轻神经炎症

《Food Bioscience》：Polydeoxyribonucleotides isolated from the food fermentation strain Enterococcus faecium mitigate neuroinflammation via MAPK-mediated BMP/SMAD/Wnt regulation under neuro-oxidative stress

帕金森病模型中聚脱氧核糖核苷酸（PDRN）的神经肌肉保护机制研究。通过分离传统发酵食品中的Enterococcus faecium FBL1，提取并表征其热灭活后的PDRN，发现该物质能改善MPTP诱导的小鼠运动功能，减少α-突触蛋白聚集和肌肉萎缩，同时通过调节Wnt/β-catenin、BMP/SMAD和MAPK信号通路实现神经肌肉保护。该研究首次证实发酵源PDRN在急性神经毒性模型中的功能特性。

　　

作者：Da Hye Song, Yu-Rim Lee, Seung Min Yu, Soo Youn Lee, Sae-Hun Kim, Jeung Hee An

韩国首尔共和国大学生命科学与生物技术学院生物技术系，邮编02841

摘要

由活性氧和氮物种介导的神经氧化应激在帕金森病（PD）的发病机制中起着重要作用。聚脱氧核糖核苷酸（PDRN）是一种具有抗炎特性的DNA衍生物，但在PD中的作用尚未得到充分研究。在本研究中，从热灭活的Enterococcus faecium FBL1菌株中提取的PDRN通过电泳和傅里叶变换红外光谱技术进行了结构表征。其在MPTP诱导的SH-SY5Y和C2C12细胞中的细胞保护作用得到了评估，并通过行为测定、组织学分析、转录组学和分子谱分析在MPTP诱导的PD小鼠模型中进行了体内效应检测。HEF PDRN处理显著改善了小鼠在旋转棒测试、握力测试和悬线测试中的运动表现，并减少了强迫游泳测试中的不动时间。组织学和免疫组化分析表明，HEF PDRN减轻了MPTP引起的肌肉损伤，保护了多巴胺能神经元，并减少了α-突触核蛋白的聚集。转录组学分析显示，HEF PDRN抑制了MPTP诱导的神经保护基因（Park7和Sqstm1）、肌生成基因（Myf5、MyoG和Myh1）以及骨生成相关基因（Bmp2、Runx2和Wnt5b）的表达，同时增强了Wnt/β-连环蛋白和BMP/SMAD信号通路。这些效应伴随着MAPK信号通路的调节以及腺苷A2A受体的激活和β-连环蛋白水平的改变。总体而言，HEF PDRN可能是一种源自食品发酵的生物活性化合物，在神经氧化应激条件下具有抗氧化和抗炎作用，并能调节MAPK介导的BMP/SMAD/Wnt通路。这些发现表明其在开发针对急性神经毒性模型中的神经保护和神经肌肉相关功能食品成分方面的潜在价值。

引言

发酵食品中含有多种生物活性化合物，包括肽、多糖、有机酸和核酸相关分子，这些化合物是通过发酵过程中的微生物代谢产生的（Marco等人，2017；Tamang等人，2016；Terefe和Augustin，2020）。这些发酵产物通过调节肠道微生物群、免疫调节、抗氧化能力和代谢稳态等机制影响宿主生理，从而赋予发酵食品功能性。在此背景下，非活性微生物细胞及其细胞成分（包括核酸及相关衍生物）作为后生物制剂和副生物制剂中的生物活性成分越来越受到重视（Salminen等人，2021），人们对多脱氧核糖核苷酸（PDRN）等微生物衍生的核酸作为功能性食品成分的兴趣也在增加（Squadrito等人，2017）。 PDRN是一种由脱氧核苷酸链组成的线性DNA聚合物，因其再生、抗炎和促血管生成特性而受到关注（Altavilla等人，2009；Polito等人，2012；Zhou等人，2019）。这些生物活性主要通过激活腺苷A2A受体（ADORA2A）来实现，该受体可调节炎症信号并促进组织修复。传统上，PDRN是从鲑鱼精子中提取的，但出于对可持续性、可扩展性和伦理来源的考虑，人们开始关注植物、海洋和微生物DNA等替代来源（Squadrito等人，2017；Shu等人，2024；Chae等人，2025）。微生物来源的PDRN通常具有较低的分子量分布，并且适用于可扩展和环保的生产过程，这可能通过提高稳定性、吸收率和核酸衍生物的利用率来支持其功能性（Squadrito等人，2017）。综上所述，微生物发酵是开发下一代营养保健品生物活性化合物（包括基于核酸的化合物如PDRN）的可行生物技术途径。 帕金森病常伴随肌肉骨骼并发症（Vetrano等人，2018；Cruz-Jentoft和Sayer，2019；Lima等人，2024）。这些并发症会加速残疾进展、增加骨折风险并降低生活质量。由于肌肉和骨骼通过内分泌和旁分泌网络相互连接，帕金森病中的氧化应激和炎症应激会破坏它们的再生能力（Buyukavci等人，2020；Zhang等人，2023）。临床研究表明，握力和行走速度的下降与帕金森病的严重程度和骨折风险相关（Mak和Wong-Yu，2021；Gamborg等人，2023；Liu等人，2024）。最新研究表明，Wnt/β-连环蛋白和BMP/SMAD通路在神经发生和骨生成中起协调作用，这两种通路在帕金森病相关的氧化应激下都会发生失调（Zhang等人，2023；Lin等人，2024）。 我们之前的工作从传统韩国发酵食品中分离出了Enterococcus faecium FBL1菌株（E.faecium），该菌株表现出显著的抗菌活性（Song等人，2025）。在本研究中，从热灭活的E. faecium FBL1菌株中提取的PDRN进行了结构表征，并评估了其在1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶（MPTP）诱导的帕金森病模型中的神经肌肉保护作用。HEF PDRN通过调节Wnt/β-连环蛋白、BMP/SMAD和MAPK信号通路显著减轻了神经炎症并增强了肌肉功能。据我们所知，这是首次报道从传统发酵食品中提取PDRN及其在神经肌肉保护中的作用，从而支持了微生物发酵作为基于发酵食品衍生生物活性化合物的营养保健品开发途径的新兴重要性。

HEF PDRN的纯化、结构和定性表征

E. faecium是通过16S rRNA基因测序从传统韩国发酵酒精饮料中鉴定出来的（Song等人，2025）。 E. faecium在De Man–Rogosa–Sharpe（MRS）培养基中培养，并在37°C下过夜孵育。细胞通过离心收集，然后浸入沸水中热灭活30分钟。所得沉淀物在-80°C下保存备用。为了提取DNA，使用基于硅胶的DNA提取试剂盒（Bioneer）对热灭活的细胞进行纯化。

HEF PDRN的纯化和表征

为了确认HEF PDRN的存在及其纯度和分子量分布，对其进行了检测。紫外吸收光谱显示A260/A280比为1.88，表明核酸纯度合格。琼脂糖凝胶电泳分析显示三条明显的DNA带，最强烈的带位于约100 bp处。另外两条带分别位于100–200 bp和300–400 bp范围内，可能反映了DNA的部分片段化或双链和单链形式的共存。

讨论

本研究提供了新的见解：（i）从传统韩国发酵酒精饮料中分离出了E. faecium，将发酵食品与功能性生物活性物质联系起来；（ii）首次从热灭活的E. faecium FBL1中纯化并表征了PDRN的结构；（iii）HEF PDRN改善了神经肌肉功能，减轻了肌肉萎缩相关症状，并在转录组和蛋白质水平上调节了BMP/SMAD/RUNX2通路。

结论

本研究首次从传统韩国发酵酒精饮料中分离出了E. faecium FBL1，并从热灭活的细胞中纯化和表征了多脱氧核糖核苷酸。在MPTP诱导的帕金森病模型中，HEF PDRN改善了神经肌肉功能，减轻了肌肉萎缩和α-突触核蛋白的积累，并部分调节了肌肉和脑组织的转录组和分子变化。

Da Hye Song：撰写初稿、数据可视化、方法学设计、数据分析、概念化。 Yu-Rim Lee：数据可视化、方法学设计、数据分析。 Seung Min Yu：数据可视化、方法学设计、数据分析。 Soo Youn Lee：数据可视化、方法学设计、数据分析。 Sae-Hun Kim：撰写、审稿与编辑、方法学设计。 Jeung Hee An：撰写、审稿与编辑、数据可视化、验证、项目监督、资源管理、方法学设计、资金申请。

未引用的参考文献

EFSA关于动物饲料中添加物和产品的小组，2012年。

遵守伦理要求

所有动物实验均按照大田大学的机构伦理指南进行，并获得了该校动物护理和使用委员会的批准（批准编号：DJUARB2022-026）。

数据可用性

RNA测序数据已提交至Gene Expression Omnibus（GEO）。正常组、MPTP组和左旋多巴组的脑组织数据访问号为GSE279704，其他所有数据的数据访问号为GSE284676。如需分析本文中的数据，可向通讯作者索取更多信息。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了韩国国家研究基金会（NRF）的资助，该基金由韩国政府（MSIT）提供（项目编号：RS-2023-NR077274）。