紫苏叶来源植物乳杆菌BL1的体外、计算机模拟及体内综合表征揭示其益生特性及降低低密度脂蛋白胆固醇的潜力

《Food Bioscience》：Integrated in vitro, in silico, and in vivo characterization of perilla leaf-derived Lactiplantibacillus plantarum BL1 reveals probiotic properties and LDL-cholesterol-lowering potential

　　

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  紫苏来源的L. plantarum BL1菌株展现出多种益生菌特性，包括BSH活性
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  肠道菌群–宿主关联分析及机器学习方法将特定微生物类群与结肠炎相关的生理参数联系起来
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  BL1部分恢复了DSS诱导的肠道菌群变化并降低了血清低密度脂蛋白胆固醇

引言

益生菌被定义为活的微生物，当以足够剂量摄入时，能够为宿主带来健康益处（联合国粮食及农业组织 & 世界卫生组织，2002），其作用包括改善肠道健康（Hill等，2014）、免疫刺激（Hill等，2014）以及降低疾病风险（Sarita等，2025）。人体食用安全性（Lim等，2016）和已证实的健康益处是确定益生菌地位的关键标准。此外，候选菌株通常还会评估其有益的功能特性，如胃肠道存活能力（de Melo Pereira等，2018）、肠道上皮细胞黏附能力（Nami等，2019）、抗氧化活性（Wang等，2017）以及对抗有害细菌的抗菌活性（de Melo Pereira等，2018），但这些特性并非益生菌资质的必需条件。

乳酸菌（LAB）是商业应用中最大的益生菌群体，而非乳酸菌益生菌如双歧杆菌属、芽孢杆菌属和布拉氏酵母菌，以及新一代候选菌株如嗜黏蛋白阿克曼氏菌，其治疗潜力正日益受到关注（Zielińska & Kolo?yn-Krajewska，2018；Jan等，2024）。虽然乳酸菌传统上从肠道或乳制品中分离获得，但乳制品可能引起乳糖不耐受或牛奶过敏等不良反应（Peres等，2012）。因此，植物基发酵食品正越来越被视为乳酸菌的重要宝库，特别是在无乳糖和素食友好型功能食品需求日益增长的背景下（Pimentel等，2021），而植物来源的益生菌代表了缓解与西方饮食（WD）诱导的肠道菌群失调相关的炎症性肠病（IBD）的有前景的饮食策略。除了传统益生菌之外，活的微生物正越来越多地被开发为活的生物治疗产品（LBP），通过其与黏膜环境、免疫系统和全身靶点的相互作用，在宿主导向治疗中的应用不断扩展（Frutos-Grilo等，2024；Kamble等，2025）。

植物正越来越被认为是具有益生菌潜力的乳酸菌的重要宝库，相关菌株已从泡菜（Hyung等，2024）、新鲜叶片表面（Samedi和Charles，2019）以及各种发酵食品（Abdel Tawab等，2023）中分离得到。在我们的实验室中，我们此前已证明植物表面如人参叶际具有独特的乳酸菌群落（Sadiq等，2025），并且人参来源的鼠李糖乳酪乳杆菌菌株表现出降胆固醇、抗氧化和抗菌活性（Ahmed等，2025），突显了发现新型功能菌株的价值。然而，针对紫苏叶（Perilla frutescens）的研究仍然稀缺；除了从紫苏叶泡菜中分离到的具有黑色素抑制作用的Pediococcus acidilactici PMC48（Kim等，2020）外，尚无关于益生菌特性的系统评估报道，这凸显了研究紫苏来源功能益生菌的创新性。

WD饮食高脂、高糖、富含精制碳水化合物和动物蛋白（Leeming等，2019），与IBD的发生和进展密切相关（Lewis等，2017；Rashvand等，2015）。这种饮食模式降低了肠道微生物组的多样性（Le Chatelier等，2013），增加了厚壁菌门/拟杆菌门比值（Ley等，2005；Ley等，2006；Ahmad等，2023），并使肠道黏膜变薄，从而促进肠道炎症和代谢紊乱（De Siena等，2022），进而引发或加重IBD（Adolph和Zhang，2022）；在动物模型中，WD饮食还损害上皮屏障功能并增加对化学诱导结肠炎的易感性（Martinez-Medina等，2014；Arnone等，2021；Agus等，2016）。重要的是，这种炎症环境与宿主脂质代谢失调密切相关（Taubenheim等，2025），因为慢性肠道炎症会导致脂质吸收不良（Soh等，2020），而IBD患者通常观察到血脂异常，包括总胆固醇（TC）降低、高密度脂蛋白（HDL）胆固醇和低密度脂蛋白（LDL）胆固醇变化（Chen等，2023）。WD诱导的菌群失调，其特征为拟杆菌门减少和厚壁菌门及变形菌门增加（Hildebrandt等，2009；Zhang等，2012；Gobis等，2024），进一步改变血清脂质水平并促进炎症介质和代谢疾病风险（Liu等，2022）。因此，我们采用了WD加葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎小鼠模型来重现肠道炎症与代谢紊乱并存的状态（Martinez-Medina等，2014；Agus等，2016；Arnone等，2021）。有监督判别方法如稀疏偏最小二乘判别分析（sPLS-DA）可以补充传统的高维微生物组数据的差异丰度检验，但在小样本情况下，其输出结果应被视为探索性结果（Lê Cao等，2011）。

尽管已有大量从多种植物相关来源中分离的植物乳植杆菌菌株并对其进行功能特性表征，但专门从紫苏叶中直接分离的L. plantarum菌株的研究仍然有限（Singhal等，2021；Kingkaew等，2024）。特别是，紫苏叶来源的L. plantarum菌株的基因组和功能特性以及在饮食和炎症应激联合条件下的作用仍未得到充分表征。

本研究旨在评估从紫苏叶中分离的植物乳植杆菌BL1菌株在WD+DSS诱导的结肠炎小鼠模型中对肠道菌群组成和血清胆固醇的影响，通过将体外益生菌表征、计算机模拟全基因组分析和体内评估相结合，并辅以肠道菌群探索性有监督判别分析。

章节摘要

菌株

在我们实验室此前从紫苏叶（Perilla frutescens）中分离的80株菌株（补充表S1）中，通过16S rRNA测序鉴定出两株乳酸菌L. plantarum YPS61和L. plantarum BL1（GenBank PQ396145），并在以下体外实验中进行了平行表征。功能表现更优的BL1被选为后续基因组和体内研究的对象。参照菌株LGG（鼠李糖乳酪乳杆菌GG，KCTC 5033）和乳杆菌属

BL1耐受胃肠道应激并在体外表现出多种与益生菌相关的特性

为确立BL1在进入体内测试前是否满足益生菌候选菌株的基本功能标准，将其对胃肠道应激的耐受性及其抗菌、抗氧化、表面特性和免疫调节特性与参照菌株LGG进行了比较。BL1耐受模拟胃肠道条件，在pH 3条件下3小时后活菌计数增加0.30 ± 0.13 log₁₀ CFU/mL，而LGG为?0.01 ± 0.12 log₁₀ CFU/mL（p = 0.042），增加0.55 ± 0.33 log₁₀

讨论

益生菌候选菌株通常采用体外实验表征其功能特性，如胃肠道应激耐受性、黏附能力和病原体抑制能力。然而，仅凭这些表型评估无法充分解释其遗传基础或宿主体内的生理相关性。基于基因组的计算机模拟分析可以鉴定遗传决定因素并筛查安全性相关基因，但这些预测需要实验验证（Peng等，2023），而体内

结论

L. plantarum BL1分离自紫苏叶，通过整合体外、计算机模拟和体内方法进行了表征，在该研究中针对单一菌株考察了基因型、表型和宿主水平的结果。体外条件下，BL1表现出耐酸和耐胆盐能力、抗菌和抗氧化活性、强自聚集能力和BSH活性，每项实验中均达到或超过LGG水平，其基因组中包含相应的决定因素，包括分布于多个基因组

CRediT作者贡献声明

JeongOk Lee：初稿撰写、方法学、调查研究。Sungjin Kim：审阅与编辑、验证。Jiyoung Shin：审阅与编辑、方法学、调查研究、数据管理。Ji-Eun Lee：可视化、方法学、调查研究、正式分析、数据管理。Bokyung Lee：审阅与编辑、指导、资源、项目管理、经费获取、概念设计

未引用参考文献

Clavel等，2007；EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed，2018；Food and Agriculture Organization of the United Nations & World Health Organization，2002；Fukata等，2005；Jan等，2024；Lewis和Abreu，2017；Robeson等，2021；Rychen等，2018。

利益冲突声明

J.E.L.和B.L.已就一种具有降胆固醇活性的新型L. plantarum BL1菌株提交专利申请（韩国专利申请号10-2025-0007302）。此潜在利益冲突已披露，并正由东亚大学进行管理。

数据可用性

作者声明支持本研究发现的数据可在文章内获取。BL1的16S rRNA扩增子reads和全基因组测序原始reads（PacBio HiFi和Illumina）已提交至NCBI序列读段归档数据库，BioProject编号PRJNA1269225；数据受NCBI的"发表前保留"选项保护，将在发表后释放。完整基因组组装序列正在同一BioProject下提交至NCBI GenBank，将

生成式AI和AI辅助技术在写作过程中的声明

在准备本工作过程中，作者使用了Claude（Anthropic）以提高手稿的可读性和语言质量，并协助撰写和检查第2.12节所述统计分析中使用的R代码。在使用该工具/服务后，作者对内容进行了审阅和必要的编辑，并对出版内容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本手稿所报告的工作。

致谢

本研究由韩国国家研究基金会（NRF，韩国政府科学技术部资助）资助（RS-2023-00213290）。本研究还得到了面向硕士·博士研究生和博士后研究人员的全球学习与学术研究机构（LAMP）项目支持，通过韩国国家研究基金会（NRF）由教育部资助（项目编号RS-2025-25440216）。

Ji-Eun Lee|Jiyoung Shin|JeongOk Lee|Sung Jin Kim|Bokyung Lee