膳食小球藻和微藻 EPA/DHA 促进健康大鼠骨骼肌纤维适应并调节肠道菌群

《Food Bioscience》:Dietary Chlorella and microalgal EPA/DHA promote skeletal muscle fiber adaptations alongside gut microbiota modulation in healthy rats

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月21日 来源:Food Bioscience 6.2

编辑推荐:

   摘要:微藻小球藻(Chlorella vulgaris)和藻类长链ω-3 多不饱和脂肪酸(PUFAs)显示出互补的生物活性作用,包括调节肠道微生物群组成以及抗氧化和抗炎特性。本研究评估了膳食补充C. vulgaris 生物质与藻源ω-3 PUFAs(二十碳五烯酸(EPA)和二

  

摘要:

微藻小球藻(Chlorella vulgaris)和藻类长链ω-3 多不饱和脂肪酸(PUFAs)显示出互补的生物活性作用,包括调节肠道微生物群组成以及抗氧化和抗炎特性。本研究评估了膳食补充C. vulgaris 生物质与藻源ω-3 PUFAs(二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA))联合对健康大鼠骨骼肌代谢谱和微结构及肠道微生物群的影响。四十只 7 周龄雄性 Sprague–Dawley 大鼠被分配至基于 AIN-93M 的饮食,要么无补充(对照组),要么含有 10%(w/w)C. vulgaris 加 EPA/DHA(1:2;16.6 g/kg)持续 10 周。在第 4 周和第 10 周收集样本。通过组织化学方法评估腓肠肌和肠道形态,通过 qRT-PCR 量化选定细菌分类群,并使用气相色谱法测量粪便和盲肠内容物中的微生物衍生的短链脂肪酸(SCFAs)。改良饮食与腓肠肌红色和白色区域中氧化型和糖酵解型肌纤维横截面积增加有关,揭示了骨骼肌的结构重塑。这些变化伴随着微生物组成的改变,其特征是厚壁菌门(Firmicutes)减少,γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、乳杆菌目(Lactobacillales)和普雷沃菌属(Prevotella)增加。粪便中丙酸、丁酸和戊酸的浓度升高,而盲肠中丁酸减少。肌肉形态、肠道微生物群数量和 SCFA 谱的协调调节支持了微藻衍生营养素与肠-肌轴活性之间的联系,突出了它们作为与肌肉健康和代谢调节相关的功能性膳食成分潜力。

引言

微藻是光合微生物,是营养素和生物活性化合物的宝贵来源。它们特别富含高质量蛋白质,还含有膳食纤维、多不饱和脂肪酸(PUFAs)和其他生物活性化合物。这些化合物与各种健康益处相关,包括抗氧化、免疫调节和降脂活性。它们还可能有助于减轻几种疾病的风险因素,如 2 型糖尿病、肥胖和心血管疾病(Barkia et al., 2019)。它们快速的生物质生产和低环境足迹使微藻成为开发功能性食品、营养保健品和靶向递送系统的有吸引力的可再生基质。
Chlorella vulgaris 是一种可食用的单细胞绿色微藻,生活在淡水和海水中。其组成因培养条件而异(Richmond & Hu, 2013);但通常包括其蛋白质中的所有必需氨基酸以及碳水化合物如 α- 和 β-葡聚糖和纤维,ω-3 PUFAs 如 α-亚麻酸,以及 ω-6 PUFAs 如亚油酸(Bito et al., 2020)。除了高营养密度外,C. vulgaris 已成为藻源功能性生物材料、生物活性化合物和循环生物经济内环保生物基应用的可持续、碳中和来源(Hoque et al., 2025)。几项研究表明,基于C. vulgaris 为结肠发酵生态系统提供的特定底物,C. vulgaris 具有调节肠道微生物群组成的潜力。小球藻生物质具有由复杂结构多糖组成的难降解外细胞壁,包括 β-葡聚糖、鼠李糖、半乳糖和纤维素样聚合物(Canelli et al., 2021)。这些不可消化的碳水化合物抵抗上胃肠道酶解,作为功能性益生元纤维到达盲肠和结肠(Deniz et al., 2025)。在那里,它们作为糖解发酵菌(如Prevotella)的主要碳和能源,驱动产生短链脂肪酸(SCFAs)的代谢途径,导致肠腔内 SCFAs 产量增加(Ba?ares et al., 2025; Velankanni et al., 2023)。直链 SCFAs 如乙酸、丙酸、丁酸和戊酸是肠道微生物发酵膳食纤维的关键终产物,而支链 SCFAs 如异丁酸、2-甲基丁酸和异戊酸源自支链氨基酸的分解代谢。SCFAs 在维持肠道健康中起着重要作用。具体而言,一些研究表明,施用这种可食用微藻可增加丙酸盐和丁酸盐的产生,这与体重减轻和抑制病原体感染有关(Jin et al., 2020; Wan et al., 2020; Yuan et al., 2023; Zhou et al., 2023)。此外,据报道源自Chlorella 的多糖可降低厚壁菌门/拟杆菌门比值并增加拟杆菌属(Bacteroides)和双歧杆菌属(Bifidobacterium)的相对丰度(Wan et al., 2023)。关于C. vulgaris 的现有数据也表明,它可改善肌肉质量、力量和功能,突出了其在促进肌肉再生和缓解少肌症方面的潜在作用(Zainul Azlan et al., 2019b, 2019a, 2020)。
二十碳五烯酸(EPA, 20:5 n-3)和二十二碳六烯酸(DHA, 22:6 n-3)是长链ω-3 PUFAs,在人类生理学中起关键作用,但在小球藻中缺失(Thielecke & Blannin, 2020)。EPA 和 DHA 的摄入与广泛的有益影响相关,因为它们可能通过调节抗氧化信号通路以及调节炎症过程而作为抗氧化剂(Djuricic & Calder, 2021)。然而,EPA/DHA 对肠道微生物群的影响仍然知之甚少,可能与厚壁菌门/拟杆菌门比值的调节有关,如先前体外描述(Rehman et al., 2024)。EPA/DHA 对肌肉组织的作用了解较好。摄入 EPA/DHA 可减少动物模型中的肌肉质量损失,这似乎与较高数量的活化卫星细胞和蛋白质合成相关信号通路的上调密切相关(De Carvalho et al., 2017; Gingras et al., 2007; Ochi & Tsuchiya, 2018)。尽管研究之间存在公认的变异性,但证据表明 EPA/DHA 可能有助于认知支持、神经保护、损伤后恢复和主观肌肉酸痛减少(Fontani et al., 2005; Tomczyk et al., 2023)。
本研究探索了C. vulgaris 和 EPA/DHA 作为功能性食品成分的潜在互补作用。本研究旨在评估这种组合对健康大鼠肠道和肌肉生物学的短期和中期功能影响。

部分片段

动物、饮食和实验设计

共 40 只雄性 Sprague Dawley 大鼠(7 周龄)购自 Envigo(西班牙巴塞罗那)。在整个研究期间,动物每笼饲养 2 只,温度 22 ± 2°C,相对湿度 60%,光暗周期 12:12。本研究按照欧盟关于实验动物护理和管理的指南(directive 2010/63/EU)进行,并获得了区域加泰罗尼亚当局(许可证号 10090)的批准,以及西班牙 CSIC 的批准

饲料摄入量、体重、排泄和空腹血糖

营养干预前后,STD 和μAlgae 组之间的体重和空腹葡萄糖水平相似(表 4)。在整个实验过程中,各组在饲料摄入量以及尿液和粪便排泄方面未观察到差异(表 4)。干预 3 周后,在代谢笼中停留 24 小时期间,STD 组动物消耗的饮水量多于喂食Chlorella + EPA/DHA 饮食的动物(P = 0.014)。

血液学参数

血细胞计数,包括红细胞

讨论

本研究调查了Chlorella vulgaris 与 EPA/DHA 结合对维持在标准饮食下的 Sprague–Dawley 大鼠肠道微生物群组成和活性、肠道结构、血液参数以及对骨骼肌组织的影响。主要目标是评估这些成分维持随时间生理稳态的潜力。评估和解释健康、正常营养的

结论

C. vulgaris 和 EPA/DHA 的短期至中期膳食联合给药驱动了肠道微生物群的定向分类群重构,其特征是厚壁菌门密度减少和关键 SCFA 产生分类群(包括Prevotella 和特定 Proteobacteria)的富集。这种微生物转变与腔内丁酸盐、丙酸盐和戊酸的强效上调有关,表明与观察到的骨骼肌肥大之间存在合理的机制联系。而不是导致

CRediT 作者贡献声明

Ginés Viscor: 验证,形式分析,概念化。Joan Ramon Torrella: 监督,方法学。Sara Ramos-Romero: 写作 – 审查与编辑,资金获取,形式分析,概念化。Josep Lluís Torres: 写作 – 审查与编辑,验证,形式分析,概念化。Yessica Adelita Higuera: 数据管理。Garoa Santocildes: 写作 – 原稿,监督,数据管理。Susana Amézqueta: 验证,监督,方法学。Francisco Javier

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

资助

本研究由 西班牙科学与创新部(PID2020-116172RB-I00)和 MICIN/AEI/FEDER,欧盟 资助(INSA-UB, Maria de Maeztu 卓越单元,赠款 CEX2021-001234-M)。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系,这些可能会影响本论文中报告的工作。

致谢:

感谢 Verónica Gonzalez 的技术支持。
卡雷尼亚·洛伦佐 | 加罗阿·桑托西德斯 | 耶西卡·A. 伊瓜拉 | 弗朗西斯科·哈维尔·阿拉孔-洛佩斯 | 苏珊娜·阿梅斯克塔 | 乔安·拉蒙·托雷利亚 | 赫内斯·维斯科尔 | 何塞普·卢伊斯·托雷斯 | 萨拉·拉莫斯-罗梅罗
西班牙巴塞罗那,巴塞罗那大学生物学院细胞生物学、生理学和免疫学系,08028
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号