通过钝顶螺旋藻实现嗜酸乳杆菌LA5与五味子素B的DAF-16依赖性共递送，以调节糖脂代谢并延长寿命

《Food Bioscience》：DAF-16-Dependent Co-Delivery of Lactobacillus acidophilus LA5 and Schisandrin B via Spirulina Platensis for Glycolipid Metabolic Regulation and Lifespan Extension

　　摘要：单独使用抗氧化剂在延缓衰老和调节糖脂代谢方面的效果较为有限。本研究通过静电吸附方法，将含有五味子甲素的螺旋藻与壳聚糖以及嗜酸乳杆菌LA5结合，开发出一种具有巨大应用潜力的功能性制剂。该制剂展现出优异的降血糖、降血脂、抗糖基化作用以及广谱抗氧化性能。在秀丽隐杆线虫中，该制剂能够激活DAF-16转录因子，进而上调抗氧化基因sod-3和热休克通路基因hsp-16.2的表达，从而起到抗衰老作用并缓解阿尔茨海默病症状。此外，该制剂还能通过下调脂肪酸去饱和基因以及上调脂肪酸β-氧化基因来调节糖脂代谢。16S rDNA分析表明，该制剂有助于恢复线虫的微生物群平衡，这一变化与甘油三酯/葡萄糖水平的变化以及生理压力的减轻相关。本研究提出的“依赖DAF-16的调控策略”对抗衰老及调节糖脂代谢具有重要意义。

引言：衰老与糖脂代谢紊乱密切相关，而氧化应激则是导致这些问题的重要因素（Luo等人，2023；Palikaras等人，2023）。氧化应激会破坏细胞蛋白质，使其发生氧化变形并形成有毒聚集体（Jena等人，2018）。同时，它还会削弱负责维持蛋白质质量的分子伴侣系统和降解系统，进而打破蛋白质稳态（Draceni & Pechmann，2019）。这种失衡会导致线粒体功能异常，进而产生更多活性氧，形成恶性循环，加速细胞衰老。尤其是在代谢活跃且脆弱的脑组织中，这一循环会加剧β-淀粉样蛋白和α-突触核蛋白等关键蛋白质的异常聚集，最终引发神经元死亡，导致阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病。在糖脂代谢方面，过量的活性氧会直接干扰胰岛素信号传导，导致胰岛素抵抗。随之而来的血糖和游离脂肪酸水平上升会进一步加重线粒体功能异常，并促进异常脂肪堆积，进而产生更多活性氧，加剧氧化应激（Woodman等人，2005）。虽然抗氧化是延缓衰老和调节糖脂代谢的重要手段，但其效果往往有限，而联合使用多种策略则能取得更好的效果。目前，许多天然成分和微生物因其直接的或间接的抗衰老作用以及对糖脂代谢的调控作用而被广泛研究（Vaiserman等人，2017）。例如，嗜酸乳杆菌和双歧杆菌除了具有抗氧化作用外，还能降低低密度脂蛋白胆固醇、总胆固醇以及高敏感C反应蛋白水平（Li等人，2024）。有研究表明，补充嗜酸乳杆菌LA5可以影响与细胞功能和衰老相关的代谢途径，如同型半胱氨酸和NAD（辅酶I）的代谢，从而预防或缓解与年龄相关的代谢功能障碍（Brasili等人，2013）。某些益生菌还能通过生成抗氧化代谢物，调节肠道微生物群的结构和组成，进而通过“肠道微生物群-X”轴（X指肝脏、大脑等器官）发挥代谢调控作用（Yang等人，2024）。此外，五味子甲素这类源自五味子的天然产物具有药用和食用价值，同时还具备抗氧化、抗炎、保护神经元以及降低血脂等多种功效（Guo等人，2024）。五味子甲素可以通过激活AMPK/mTOR通路介导的自噬作用以及促进脂肪酸β-氧化来抑制肝脂肪变性（Yan等人，2022）。不过，益生菌的存活率很容易受到胃酸、胆盐和胃蛋白酶的影响（Ren等人，2025）。由于五味子甲素具有二苯并环辛二烯木脂素结构，因此水溶性较差，其生物利用度也相应较低。

秀丽隐杆线虫具有寿命短、身体透明、基因组序列与人类有超过50%的同源性以及高度保守的信号通路等特点，因此成为研究衰老、寿命、代谢与肥胖、神经退行性疾病以及微生物与宿主相互作用的理想模型（Shen等人，2018）。胰岛素/IGF-1信号通路可通过增强细胞抗逆能力、维持蛋白质稳态以及促进自噬作用来改善细胞健康，从而延长寿命。该通路始于胰岛素样配体与DAF-2受体的结合，随后活化的PI3K/Akt激酶会激活下游的FOXO转录因子DAF-16。DAF-16又会进一步激活sod-3等下游靶基因，从而提高线虫的抗氧化能力并延长其寿命（Li等人，2025）。值得注意的是，DAF-16不仅会受到胰岛素/IGF-1信号通路中DAF-2的抑制，还会整合来自JNK-1和AMPK等通路的信号，以便对环境营养状况、压力以及繁殖状态做出全面响应（Sun等人，2017）。有研究指出，在TJ356线虫中，针对daf-16的RNA干扰操作可以消除姜黄素诱导的下游基因hsp-16.2的表达；此外，daf-16也是姜黄素调节脂肪酸代谢所必需的（Li等人，2025）。在秀丽隐杆线虫的肌肉细胞中，Aβ沉积会导致肌肉瘫痪，而激活DAF-16可以缓解这一现象；同时，对daf-16进行RNA干扰则会完全消除桑葚提取物对瘫痪和Aβ积累的防护作用（Wang等人，2022）。这些研究结果表明，DAF-16是调控脂质代谢、蛋白质稳态、神经炎症以及衰老过程的关键上游信号节点。

由于益生菌难以耐受胃肠道环境，且大多数活性天然产物的水溶性较差，因此亟需为它们提供一种共递送系统。螺旋藻富含藻蓝蛋白、类胡萝卜素、维生素和矿物质，已被多个国家认定为食品或膳食补充剂（Maddiboyina等人，2023）。在肠道微生物的作用下，螺旋藻会分解产生短链脂肪酸、肽类和氨基酸（包括藻蓝蛋白肽和γ-氨基丁酸），以及多种自由多酚，这些物质既能够调节脂质代谢，又具有抗衰老作用（Liu等人，2025；Masoumifeshani等人，2025；Ye等人，2025）。此外，这些代谢产物还可以作为益生菌的养分来源（Cai等人，2022）。螺旋藻的螺旋结构使其具有较高的比表面积和大量的表面吸附位点，因此能够有效吸附益生菌和各种天然成分（Huang等人，2024；Xu等人，2024；Ye等人，2025）。正是基于这一特性，人们首先将五味子甲素负载到螺旋藻上，得到了SP@Sch B复合物。再将该复合物与带正电荷的壳聚糖以及带负电荷的嗜酸乳杆菌LA5通过静电作用和氢键作用结合，就形成了能够同时递送五味子甲素和嗜酸乳杆菌LA5的螺旋藻复合物。鉴于五味子甲素、螺旋藻和嗜酸乳杆菌LA5的食用安全性及生物活性，这种由它们组成的复合物有望成为一种极具潜力的功能性制剂。该制剂在体外实验中表现出优异的降血糖、降血脂、抗糖基化作用以及广谱抗氧化性能，同时还能显著提高嗜酸乳杆菌LA5对胃液和肠液的耐受性。通过激活秀丽隐杆线虫胰岛素/IGF-1信号通路中的核心转录因子DAF-16，该制剂能够有效调节糖脂代谢和蛋白质稳态，同时还能在一定程度上调整阿尔茨海默病模型线虫以及高血糖处理后的线虫的微生物群结构和稳态。这种依赖DAF-16的调控策略对于对抗衰老和调节糖脂代谢具有重要意义。

FF的制备：将螺旋藻接种到Zarrouk培养基中，在25°C、2000勒克斯光照条件下培养至对数生长期。通过离心收集沉淀物，再用去离子水洗涤三次。经过冷冻干燥后，制备出螺旋藻的水溶液。将五味子甲素溶解在无水乙醇中，然后将两种溶液以1:1的体积比混合，在25°C、150转/分钟的条件下搅拌6小时。之后再次以300转/分钟的速度离心收集沉淀物，最后进行冷冻干燥。

FFSP@Sch B的形成与结构表征：首先通过多个吸附位点将五味子甲素负载到螺旋藻上，然后再依次吸附壳聚糖和嗜酸乳杆菌LA5，从而得到目标复合物（见图1A）。傅里叶变换红外光谱分析显示，螺旋藻中的关键成分叶绿素a的-C=O峰从1732厘米^-1 shifted到1668厘米^-1，而C-O-C伸缩振动峰则分别从1052厘米^-1和1106厘米^-1 shifted到1036厘米^-1和1090厘米^-1，这些变化都证实了SP@Sch B复合物的形成（见图1B）。螺旋藻、SP@Sch B复合物、嗜酸乳杆菌LA5以及最终复合物的Zeta电位分别为-33.8±0.8毫伏。

结论：本研究构建了一种基于螺旋藻的益生菌递送系统，该系统主要通过依赖DAF-16的调控机制以及调节秀丽隐杆线虫的微生物群稳态，来实现抗衰老、缓解阿尔茨海默病症状以及调节糖脂代谢的功能。不过，该递送系统对微生物群的调节与其通过DAF-16转录因子对糖脂代谢和阿尔茨海默病症状的积极影响之间的因果关系目前尚不清楚。

CRediT作者贡献说明：范江：资源提供；舒国伟：资源提供；王佳琪：实验研究；高嘉怡：实验研究；华晨宇：可视化分析、实验研究；郭宁：可视化分析、实验研究；李一杰：初稿撰写、可视化分析、实验研究；徐静文：修订编辑、资源提供、方法设计；李国良：项目监督、资源提供、概念设计；孙金远：资源提供。

未引用参考文献：Xu等人，2024；Ye等人，2025。

利益冲突声明：作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

数据可用性：数据可应要求提供。

利益冲突声明：? 作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢：本研究得到了陕西省重大传染病治疗工程研究中心、国家自然科学基金（编号22308207）、北京科技职业学院食品风味与健康跨创新开放项目（FFHCI-2025012）、西安科协青年人才基金（编号959202413044）以及陕西科技大学自然科学研究基金的支持。

徐静文|李一杰|郭宁|华晨宇|高嘉怡|王佳琪|舒国伟|范江|孙金远|李国良