《Food Bioscience》：Gut-derived
Lacticaseibacillus rhamnosus UO.H3006 extracellular vesicles deliver antioxidant and antimicrobial cargo and mitigate oxidative stress in
Caenorhabditis elegans
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专业术语翻译的摘要部分
源自益生菌的胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）作为能够递送生物活性分子的稳定无细胞纳米载体，近年来受到关注。然而，它们在缓解氧化应激中的功能作用及其分子组成仍未得到充分阐明。在本研究中，研究人员探究了一种
专业术语翻译的摘要部分
源自益生菌的胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）作为能够递送生物活性分子的稳定无细胞纳米载体，近年来受到关注。然而，它们在缓解氧化应激中的功能作用及其分子组成仍未得到充分阐明。在本研究中，研究人员探究了一种新型肠道分离株——鼠李糖乳酪杆菌（Lacticaseibacillus rhamnosus）UO.H3006所产生EVs的结构、蛋白质组学和代谢组学特征，并评估了其抗氧化和抗菌潜力。研究人员共筛选了151株乳酸菌（lactic acid bacteria, LAB）分离株，其中5株表现出显著的抗氧化和抗菌潜力。全面的全基因组测序揭示了抗氧化相关基因的存在，包括烷基过氧化物还原酶（ahpC）、yaaA、谷胱甘肽过氧化物酶、Sir2去乙酰化酶和DyP型过氧化物酶，表明存在保守的氧化应激防御机制。研究发现，EVs含有关键的抗氧化蛋白，如LysR型转录调控因子和氧化还原酶，而代谢组学分析证实了若干具有推定抗氧化特性的酚类化合物的存在。值得注意的是，来自L. rhamnosus UO.H3006的EVs在体外展现出最高的抗氧化能力，并在秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中显著降低了活性氧（reactive oxygen species, ROS）水平。经UO.H3006 EVs预处理的线虫，与仅受胡桃醌胁迫的对照组（2.6 ± 0.2小时）相比，其存活时间延长至4.3 ± 0.1小时（G1代）。这些发现强调了L. rhamnosus UO.H3006来源的EVs作为具有前景的天然抗氧化后生元（postbiotics）的潜力，其在生物医学和营养保健品领域具有应用价值。
论文解读文章
研究背景与科学问题
活性氧（reactive oxygen species, ROS）和活性氮是生理过程中不可或缺的高反应性分子，但其过量积累会破坏氧化还原稳态，导致脂质、蛋白质和核酸等关键生物分子的氧化损伤。持续的氧化损伤与癌症、心血管疾病、神经退行性疾病等多种慢性疾病的发病机制密切相关。乳酸菌（lactic acid bacteria, LAB）因其产生抗氧化代谢物的能力而备受关注，但其发挥抗氧化效应的分子机制仍不明确。近期研究表明，肠道微生物群来源的胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）作为介导细菌-宿主通讯的关键信使，能够携带功能性蛋白质、脂质、核酸和小分子代谢物等复杂货物。尽管已有证据表明细菌EVs介导宿主-微生物互作，但对于肠道相关LAB产生的EVs是否封装具有生物活性的抗氧化化合物并能够缓解宿主氧化应激，仍不清楚。因此，研究人员假设肠道来源LAB分泌的EVs封装了功能性抗氧化化合物，可以减轻氧化应激并增强宿主抵抗力。本研究旨在从新生儿肠道微生物群中分离具有强抗氧化能力的LAB菌株，通过基因组、蛋白质组和代谢组学特征分析，并在秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）模型中评估其调节细胞内ROS水平的能力，从而探索益生菌源EVs作为后生元（postbiotics）在调节氧化应激方面的生物治疗潜力。
主要研究方法
研究人员从两名新生儿的尿布中采集粪便样本（经突尼斯Charles Nicolle医院伦理委员会批准），用于LAB分离。通过16S rRNA测序鉴定菌株。采用尺寸排阻色谱法（size-exclusion chromatography, SEC）分离EVs，并使用透射电子显微镜（TEM）和纳米颗粒追踪分析（nanoparticle tracking analysis, NTA）进行表征。通过全基因组测序（whole-genome sequencing, WGS）对候选菌株进行基因组分析。利用鸟枪法蛋白质组学（基于Orbitrap Fusion质谱仪）和靶向代谢组学（nLC-nESI-MS/MS技术）分别分析EVs的蛋白质和代谢物组成。抗氧化活性通过KMnO4-琼脂法、高锰酸盐还原抗氧化能力（permanganate reducing antioxidant capacity, PRAC）测定法和DPPH自由基清除实验进行评估。抗菌活性通过测量病原菌生长曲线进行评估。体内抗氧化效应在C. elegans模型中通过检测细胞内ROS水平和胡桃醌诱导的氧化应激下的生存率进行验证。
研究结果
3.1 从新生儿粪便中鉴定出强效产抗氧化剂菌株
通过筛选151株LAB分离株，研究人员选出17株进行16S rRNA鉴定，涵盖Lacticaseibacillus rhamnosus、Enterococcus faecalis等物种。基于KMnO4和DPPH实验的抗氧化活性，进一步筛选出5株菌株进行深入表征。
3.2 L. rhamnosus UO.H3006的EVs作为多功能抗氧化和抗菌生物活性分子纳米载体
TEM和NTA分析证实，来自三株L. rhamnosus（UO.H3002、UO.H3006和UO.H3007）的EVs均为具有完整脂质层的球形囊泡，粒径主峰在126.3-138.5 nm范围。体外抗氧化实验显示，在所有测试菌株中，L. rhamnosus UO.H3006的EVs表现出最高的PRAC值（61.26%），显著优于参考菌株L. rhamnosus LGG（17.81%）。抗菌实验表明，UO.H3006的无细胞上清液（cell-free supernatant, CFS）具有广谱强效抗菌活性，而其EVs则对Staphylococcus epidermidis、Escherichia coli和Streptococcus sanguinis表现出中等程度的抑制作用。
3.3 L. rhamnosus UO.H3006 EVs的多组学特征揭示生物活性分子载荷
蛋白质组学分析显示，在所有四株菌株的CFS中共鉴定出57种蛋白质，其中48种为共有蛋白。而在EVs中，UO.H3006和UO.H3007各鉴定出19种蛋白，远多于UO.H3002和LGG的8种。在抗氧化活性最强的UO.H3006 EVs中，LysR家族转录调控因子和水解酶等蛋白丰度显著更高。功能富集分析表明，EVs蛋白主要涉及转移酶、羟化酶、氧化还原酶和蛋白水解活性。非靶向代谢组学在EVs和CFS中共同鉴定出125种代谢物，其中多种酚类化合物（如2,6-二甲基苯酚、2-甲基苯酚、3-乙基苯酚）在EVs中信号强度较高，且多巴胺、吲哚-3-乙酸等代谢物优先富集于EVs中。全基因组分析证实UO.H3006基因组中存在强大的氧化还原活性基因库，包括ahpC、yaaA、谷胱甘肽过氧化物酶、Sir2去乙酰化酶和DyP型过氧化物酶，这与EVs蛋白质组中发现的氧化还原酶活性直接相关。
3.4 L. rhamnosus UO.H3006后生元减轻C. elegans的氧化应激**
在C. elegans模型中，暴露于胡桃醌会显著升高ROS水平。而经UO.H3006 EVs预处理的线虫显示出最低的ROS水平，其效果优于CFS处理组和阳性对照槲皮素组。在生存实验中，G1代经EVs预处理组的平均存活时间最长（4.3 ± 0.1小时），超过了槲皮素阳性对照组（4.1 ± 0.01小时）和CFS处理组（3.6 ± 0.04小时）。在G2代中观察到了相似的保护趋势，EVs处理组的平均存活时间为3.7 ± 0.12小时，证明了保护效应的跨代一致性和可重复性。
讨论与结论
本研究表明，肠道来源L. rhamnosus UO.H3006的EVs是一种有前景的后生元纳米载体，其分子架构与抗氧化和抗菌功能内在相关。EVs中富集的氧化还原酶、LysR型转录调控因子等蛋白以及酚类、吲哚类代谢物是其强大抗氧化活性的分子基础。在C. elegans模型中，EVs通过降低细胞内ROS水平和延长氧化应激下的存活时间，展现了优于CFS的体内抗氧化功效，这可能归因于EVs的纳米结构使其能够更有效地被细胞摄取并靶向递送功能性生物分子。研究结论指出，这项工作展示了源自人肠道微生物群LAB菌株的EVs后生元的强效抗氧化活性，整合的多组学数据揭示了抗氧化相关遗传特征与EVs中选择性包装的功能分子之间的联系。L. rhamnosus UO.H3006作为一个首选候选菌株，通过在C. elegans模型中缓解氧化应激并提高存活率，展现了显著的生物可利用效力。这些发现凸显了益生菌源EVs作为新型后生元在维持细胞氧化还原平衡和增强宿主抵抗力方面的潜力，为开发针对氧化应激相关疾病的EVs生物治疗药物和功能性食品开辟了新途径。
