富硒黏红酵母Rhodotorula mucilaginosa JAASRY1通过肠-肝-脑轴改善衰老过程中的氧化应激

《Frontiers in Microbiology》：The selenium-enriched Rhodotorula mucilaginosa JAASRY1 improved oxidative stress during the aging process via the gut-liver-brain axis

　　

摘要背景：衰老过程诱导的氧化应激已被证实会对机体产生多种有害影响。富硒黏红酵母（Rhodotorula mucilaginosa）的有效性尚未得到证实。

方法：本研究对富硒黏红酵母JAASRY1（Se-RMSRY）进行了系统表征。采用扫描电子显微镜（SEM）结合能量色散X射线能谱（EDS）分析其形态学特征及硒元素分布。此外，利用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱（HPLC-ICP-MS）鉴定并定量分析了Se-RMSRY中生物源硒的具体化学形态。随后，系统阐明了Se-RMSRY通过抗氧化机制发挥抗衰老作用的潜力。动物行为学试验证实了Se-RMSRY诱导的行为学差异，从而评价其对衰老表型的改善作用。通过对海马体、肝脏和肠道进行组织病理学分析，考察组织结构完整性及病理改变。采用基于荧光的检测方法测定细胞内活性氧（ROS）水平，以证实氧化应激的缓解。采用蛋白质印迹法（Western blot）验证衰老相关蛋白的表达。此外，通过16S rRNA测序对肠道微生物组进行分析，以探索肠道菌群的组成与多样性，进而揭示抗氧化活性与肠道健康在抗衰老过程中的潜在联系。

结果：结果表明，硒代蛋氨酸（SeMet）是Se-RMSRY中占优势的生物硒组成，其浓度为1213.16 mg/kg。此外，Se-RMSRY通过富集有益乳杆菌属（Lactobacillus sp.）并将微生物代谢重编程为偏向碳水化合物利用、同时抑制氨基酸代谢，显著增强了衰老小鼠的肠道稳态（p < 0.05）。通过协同激活Nrf2/NQO1/HO-1信号通路和谷胱甘肽代谢，机体整体抗氧化能力得到增强，同时肝脏和肠道氧化应激标志物同步下降（p < 0.05）。该干预通过调控Bcl-2/Bax通路减轻了细胞凋亡并改善了肠屏障完整性（p < 0.05）；与此同时，海马CA1区神经元的保存与焦虑样行为减轻及认知表现增强相关（p < 0.05）。

结论：上述发现表明，Se-RMSRY可通过调节肠道-微生物群-器官轴，作为一种有前景的膳食干预策略对抗年龄相关病理改变，从而证实其在抵御衰老相关氧化应激方面具有此前尚未被证明的效能。

这篇发表于《Frontiers in Microbiology》的研究围绕“富硒黏红酵母（Rhodotorula mucilaginosa）能否通过肠-肝-脑轴缓解衰老相关氧化应激”这一核心问题展开。衰老是伴随DNA损伤积累、线粒体功能障碍、蛋白质稳态失衡和代谢紊乱的复杂生物学过程，其中氧化应激被认为是推动机体功能退化和慢性退行性疾病发生的重要机制。随着年龄增长，超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶等内源性抗氧化系统活性下降，活性氧（ROS）持续积累，并与慢性低度炎症相互促进，最终造成肝脏、肠道和脑等多器官损伤。硒作为抗氧化酶的重要组成元素，长期被视为潜在的抗衰老营养因子，但无机硒和有机硒在生物利用度、代谢形式及器官保护效能方面存在差异。黏红酵母不仅具备硒生物转化能力，还可合成类胡萝卜素等抗氧化活性物质，因此具有发展为功能食品原料的潜力。然而，富硒黏红酵母在哺乳动物衰老模型中的系统性抗衰老作用及其与肠道菌群、肠-肝轴和肠-脑轴的关系，此前尚缺乏充分证据，这正是开展本研究的现实背景与科学意义。

研究人员首先构建并表征了富硒黏红酵母JAASRY1（Se-RMSRY），随后在D-半乳糖诱导的衰老小鼠模型中，比较其与亚硒酸钠的干预效果，系统评估其对行为学表型、肝脏与肠道氧化损伤、炎症状态、细胞凋亡、海马组织学改变及肠道菌群重塑的影响。研究结果表明，Se-RMSRY中的主要生物硒形态为硒代蛋氨酸（SeMet），且其抗氧化和抗衰老作用整体优于等硒剂量的亚硒酸钠。Se-RMSRY能够改善肠道稳态，富集乳杆菌属（Lactobacillus sp.），促进菌群代谢向碳水化合物利用偏移，抑制氨基酸代谢，同时激活Nrf2/NQO1/HO-1抗氧化信号通路和谷胱甘肽代谢，减轻肝脏与肠道氧化应激和炎症反应，改善肠绒毛结构并调节Bcl-2/Bax凋亡通路；在脑组织中则表现为海马CA1、CA3区神经元损伤减轻，并伴随焦虑样行为下降和学习记忆能力提升。整体上，该研究证明Se-RMSRY是一种兼具有机硒供给与微生态调节功能的多靶点膳食干预因子，对衰老相关氧化应激及多器官退变具有重要干预价值。

在技术方法上，研究人员采用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线能谱（EDS）观察Se-RMSRY形态与硒分布，并以高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱（HPLC-ICP-MS）测定硒形态。动物实验使用40只SPF级雄性昆明小鼠，建立D-半乳糖诱导衰老模型，设置正常对照组、衰老组、亚硒酸钠组、Se-RMSRY低剂量组和高剂量组。通过悬尾试验、空间获得试验和被动回避试验评估行为学；结合组织病理学、ROS荧光检测、生化指标测定、qRT-PCR、Western blot及盲肠内容物16S rRNA测序分析肝、肠、脑及肠道菌群变化。

在结果部分，论文依次呈现了以下发现。

3.1 Characterization of se-RMSRY
研究人员首先完成了Se-RMSRY的理化表征。扫描电子显微镜结果显示，Se-RMSRY形成球形微聚集体；EDS元素分布分析显示，硒优先富集于这些结构中。进一步的X射线光电子能谱与HPLC-MS定量结果表明，SeMet是其主要硒形态，含量达到1213.16 mg/kg，同时还检测到SeCys、SeMeCys、Se⁴⁺及部分未知与不溶性硒形态。该结果说明JAASRY1具备较强的无机硒生物转化能力，为其后续生物学效应奠定了物质基础。

3.2 Effect of se-RMSRY on the growth status of aging mice
在整体生长状态方面，各组小鼠体重均随实验进程逐渐增加。衰老组终点体重和增重速率略低，而高剂量Se-RMSRY组终点体重、饮水量和摄食量较高，但组间差异无统计学意义。该结果提示，Se-RMSRY在本实验条件下对基础生长状态无明显不良影响。

3.3 Se-RMSRY alleviated anxiety and improved learning and memory in mice
行为学结果显示，衰老组小鼠在悬尾试验中的静止时间显著延长，提示焦虑或抑郁样状态加重；Se-RMSRY低、高剂量组静止时间均显著下降，并接近正常组水平。空间获得试验中，衰老组逃避潜伏期改善幅度较小，显示空间学习能力下降，而Se-RMSRY和亚硒酸钠干预均在不同程度上改善了这一变化。被动回避试验中，衰老组平台停留时间缩短、逃避潜伏期延长，提示记忆保持能力减弱；Se-RMSRY干预后相关指标明显改善。由此可见，Se-RMSRY能够减轻衰老相关负性情绪样行为，并改善学习记忆功能。

3.4 Se-RMSRY alleviated oxidative damage status in mice brain
海马组织学分析进一步为行为学改善提供了结构学依据。正常组海马CA1和CA3区神经元排列整齐致密，而衰老组神经元排列紊乱、细胞萎缩、核固缩明显，神经元数量显著下降。Se-RMSRY干预后，海马损伤明显减轻，尤其高剂量组CA1和CA3区神经元数量显著增加。该结果表明，Se-RMSRY能够缓解衰老所致海马神经元损伤，并可能与认知改善密切相关。

3.5 Se-RMSRY improved hepatic oxidative stress and reduced inflammatory response
在肝脏层面，衰老组表现出显著氧化应激和炎症激活：丙二醛（MDA）升高，谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性下降，硫氧还蛋白还原酶（TrxR）水平降低，ROS荧光强度增强。Se-RMSRY和亚硒酸钠均能降低MDA和ROS水平、提高GSH-Px活性，其中Se-RMSRY对TrxR提升尤为明显。Western blot结果显示，衰老组肝脏Nrf2、醌氧化还原酶1（NQO1）、血红素加氧酶-1（HO-1）以及谷氨酸-半胱氨酸连接酶催化亚基/调节亚基（GCLC/GCLM）表达下调，而干预后这些抗氧化相关蛋白得到恢复。与此同时，肝脏炎症因子白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）在衰老组显著升高，Se-RMSRY显著抑制其水平；肝组织切片可见衰老组局部炎症细胞浸润，而干预组未见明显浸润。血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（AST）也在Se-RMSRY干预后下降。以上结果说明，Se-RMSRY可通过增强抗氧化信号、抑制炎症反应来改善肝脏氧化损伤。

3.6 Se-RMSRY improved intestinal oxidative stress and reduced inflammatory response
在肠道层面，衰老组小肠MDA显著升高，GSH-Px活性下降，TrxR含量减少，空肠ROS水平升高，提示明显的局部氧化应激。Se-RMSRY显著降低MDA和ROS，提升GSH-Px和TrxR，并上调Nrf2、NQO1、HO-1的mRNA和蛋白表达。组织学上，衰老组空肠绒毛稀疏紊乱、部分脱落断裂、肠腔扩大，而Se-RMSRY可改善绒毛完整性并提高绒毛长度/隐窝深度比值。炎症方面，衰老组肠道IL-6和TNF-α升高，Se-RMSRY可显著抑制其表达。凋亡相关蛋白分析显示，衰老组Bcl-2表达下降、Bax呈上升趋势，而Se-RMSRY可升高Bcl-2并降低Bax，说明其能够通过Bcl-2/Bax通路抑制肠上皮细胞凋亡，维护肠屏障结构完整性。

3.7 Se-RMSRY regulated gut microbiota balance in mice
鉴于高剂量Se-RMSRY效果更优，研究人员进一步聚焦其对肠道菌群的调节。α多样性分析显示，高剂量Se-RMSRY未显著降低菌群丰富度，而亚硒酸钠组则出现显著下降。β多样性主坐标分析（PCoA）表明，高剂量Se-RMSRY组的菌群结构明显偏离衰老组，更接近正常组。门水平上，衰老组拟杆菌门（Bacteroidetes）升高、厚壁菌门（Firmicutes）下降，高剂量Se-RMSRY逆转了这一趋势。属水平上，Se-RMSRY和亚硒酸钠均显著提高乳杆菌属相对丰度。LEfSe分析和随机森林模型进一步指出，Lactobacillus sp.是Se-RMSRY组的重要标志菌，其中Lactobacillus vaginalis、Lactobacillus hamsteri和Lactobacillus pontis贡献较高。这些结果表明，Se-RMSRY具有明确的微生态重塑作用。

此外，基于PICRUSt²和KEGG数据库的功能预测显示，衰老组氨基酸代谢相关通路更活跃，而Se-RMSRY组显著抑制该类通路并增强碳水化合物代谢，同时上调谷胱甘肽代谢、胆汁酸生物合成及短链脂肪酸代谢相关通路。这提示Se-RMSRY不仅改变菌群组成，也重塑了菌群功能输出，可能是其调控肠-肝-脑轴的重要机制基础。

3.8 Correlation analysis
相关性分析进一步揭示了菌群变化与宿主表型之间的联系。乳杆菌属与肝脏MDA、肠道TNF-α呈显著负相关，与肝脏和空肠GSH-Px活性以及行为学中的平台停留时间呈显著正相关，提示其与抗氧化能力提升和认知改善密切相关。Prevotella sp.则与肝脏IL-6、TNF-α、ALT、AST及部分肠道炎症指标呈正相关，并与行为学记忆表现呈负相关，显示其可能与不良炎症和认知结局相关。该部分结果从统计关联层面支持了“菌群重塑—氧化应激缓解—器官功能改善”的作用链条。

讨论部分指出，本研究从硒形态、生化指标、组织病理、分子信号和微生物组多个层面证实了Se-RMSRY的抗衰老效应。其优势首先来自硒的有机化，尤其是SeMet、SeCys和SeMeCys等硒代氨基酸可更高效地被机体利用；其次，黏红酵母本身还可提供类胡萝卜素、细胞壁多糖等具有抗氧化和免疫调节潜力的生物活性组分。机制上，Se-RMSRY激活Nrf2/ARE抗氧化防御网络，增强HO-1、NQO1及谷胱甘肽合成相关蛋白表达，从而提升肝脏和肠道的清除ROS能力；同时通过提高Bcl-2、降低Bax抑制细胞凋亡，维持肠屏障结构。更重要的是，Se-RMSRY可富集乳杆菌属并重塑肠道代谢功能，使菌群从偏向氨基酸代谢转向碳水化合物代谢，并伴随谷胱甘肽代谢、胆汁酸代谢及短链脂肪酸代谢增强。研究据此认为，肠道菌群和其代谢产物可能通过肠-肝轴改善肝脏炎症与氧化损伤，并通过肠-脑轴影响神经炎症、情绪和认知，从而实现多器官协同保护。

研究结论可译为：本研究表明，含有SeMet、SeCys₂和SeMeCys的Se-RMSRY较无机亚硒酸钠表现出更优越的抗衰老效能，其机制在于协调多器官保护作用。Se-RMSRY通过富集有益乳杆菌属〔L. vaginalis、L. hamsteri和L. pontis〕恢复肠道稳态，并促使微生物代谢从氨基酸利用转向碳水化合物利用。通过激活Nrf2/NQO1/HO-1通路和谷胱甘肽代谢，机体整体抗氧化能力得到增强，从而减轻肠道和肝脏组织中的氧化应激。此外，Se-RMSRY还减轻了海马神经元丢失并缓解焦虑样行为，这一作用可能由肠-脑轴串扰介导；同时通过调节Bcl2/Bax信号抑制细胞凋亡。上述发现确立了Se-RMSRY作为一种多功能膳食干预因子的潜力，并为其应用于针对年龄相关氧化应激、肠道菌群失衡和神经退行性改变的功能食品提供了机制依据。