《Food Frontiers》：Study on the in Vivo Cholesterol-Lowering Effect of Galacto-Oligosaccharides Synergized with Lactiplantibacillus plantarum BF_15 via Modulation of Gut Microbiota
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先前研究结果显示，半乳寡糖（galacto-oligosaccharides，GOS）与植物乳植杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）BF_15在体外具有显著的协同降胆固醇作用，但其潜在机制尚不明确。因此，本研究创新性地开发了一种用
先前研究结果显示，半乳寡糖（galacto-oligosaccharides，GOS）与植物乳植杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）BF_15在体外具有显著的协同降胆固醇作用，但其潜在机制尚不明确。因此，本研究创新性地开发了一种用于治疗高胆固醇血症的合生元干预策略。动物实验表明，使用合生元可显著降低高胆固醇饮食小鼠的脂质水平（p < 0.05），并明显改善脂肪肝病变。16S rRNA测序分析显示，干预后肠道内具有胆汁盐水解酶（bile salt hydrolase，BSH）活性和短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）产生能力的菌群丰度增加。在分子水平上，益生菌通过促进丁酸的产生，进而调节FXR/FGF15/FGFR4信号通路。该调控作用上调了CYP7A1的表达，加速胆固醇向胆汁酸的转化，有效缓解血液中的高胆固醇水平。本研究揭示了益生菌与益生元通过肠–肝轴协同调节脂肪代谢的新机制，为高胆固醇血症的预防与干预提供了重要的理论依据和实验支持。
**论文解读：半乳寡糖与植物乳植杆菌BF_15协同降胆固醇的肠–肝轴机制研究**
高胆固醇血症已被确认为全球第三大死亡危险因素，也是心血管疾病死亡的主要原因。1980—2018年间覆盖200多个国家和地区的全球胆固醇水平研究显示，高收入国家总胆固醇（TC）和非高密度脂蛋白胆固醇（non-HDL-C）水平显著下降，而中低收入国家尤其东亚和东南亚地区则显著上升。尽管他汀类药物是常用的降胆固醇药物，但可引发肌肉疼痛或肝脏问题等副作用。研究表明，高胆固醇饮食会增加促炎菌丰度并减少短链脂肪酸（SCFAs）产生，导致胆汁酸代谢异常、肠道屏障损伤，进而加剧代谢紊乱和肠道菌群失衡。因此，靶向肠道菌群的干预策略成为防治高胆固醇血症的新方向。益生菌如植物乳植杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）已被证实具有降胆固醇效果，而益生元如半乳寡糖（GOS）作为有益菌的底物，可发酵产生SCFAs并促进益生菌增殖。已有报道显示益生菌与益生元联用（合生元）的降脂效果优于单一使用，但合生元协同降胆固醇的体内分子机制尚不清楚。本研究前期筛选出源自婴儿肠道的植物乳植杆菌BF_15（ID ZL202010193432.4，NCBI登录号CP089516-CP089517），体外实验显示其与GOS联用具有高胆固醇降解率。本研究旨在通过动物实验揭示GOS与BF_15协同降胆固醇的体内机制，为防治高胆固醇血症提供理论依据。
研究人员选用5周龄雄性C57BL/6J小鼠（购自河北亿维沃生物科技有限公司，实验动物使用许可证号SCXK 2020-002），适应性饲养1周后随机分为6组：正常饮食组（NC）、高胆固醇饮食组（HC）、HC+BF_15组（灌胃植物乳植杆菌BF_15菌悬液1×10? CFU/mL）、HC+GOS组（灌胃半乳寡糖800 mg/kg）、HC+BF_15+GOS组（灌胃合生元制剂，含1×10? CFU/mL BF_15和800 mg/kg GOS）、HC+X组（灌胃辛伐他汀10 mg/kg）。每天按每10 g体重0.1 mL灌胃，持续8周。实验期间自由摄食饮水，每周记录体重。实验结束前禁食过夜，无菌收集粪便样本；乙醚麻醉后颈椎脱臼处死，采集眶窦血液制备血清；部分肝组织用4%多聚甲醛固定进行组织病理学分析，其余及回肠组织液氮速冻后?80°C保存。主要技术方法包括：苏木精-伊红（H&E）染色观察肝脏病理变化；ELISA试剂盒检测血清、肝脏和粪便中TC、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）和高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平；16S rRNA V3-V4区高通量测序（Illumina NovaSeq平台）分析肠道菌群组成和多样性；气相色谱-质谱联用（GC-MS）检测粪便中乙酸、丙酸和丁酸含量；实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测肝脏中CYP7A1、FGFR4、HMGCR及回肠中FXR、FGF15的mRNA表达水平。动物实验方案经河北农业大学动物伦理委员会批准（批准号2024127），符合欧盟指令2010/63/EU。
**3.1 GOS与植物乳植杆菌BF_15联合干预对小鼠体重和肝脏的影响**：高胆固醇饮食导致HC组小鼠体重较NC组显著增加3.53 g（p < 0.05）。HC+BF_15+GOS组体重较HC组显著降低1.23 g（p < 0.05），效果优于单独干预组（HC+BF_15组降低0.97 g，HC+GOS组降低0.47 g），接近阳性药物组（HC+X组降低1.4 g）。H&E染色显示，HC组肝细胞体积增大、排列紊乱并含大量脂滴，呈明显脂肪变性；而各干预组尤其合生元组肝细胞排列整齐，脂质沉积显著减少，表明合生元干预能有效减轻高胆固醇饮食诱导的肝脏脂肪变性。
**3.2 GOS与植物乳植杆菌BF_15联合干预对小鼠脂质水平的影响**：与NC组相比，HC组血清TC（3.16→5.33 mmol/L）、TG（0.7→1.6 mmol/L）和LDL-C（1.39→2.22 mmol/L）显著升高，HDL-C（1.69→1.56 mmol/L）显著降低（p < 0.05）。GOS单独干预对TC和LDL-C无显著影响，但其余干预组均显著降低TC、LDL-C和TG并升高HDL-C。肝脏和粪便脂质分析显示，HC组肝脏TC和TG显著升高，粪便TC和TG含量也升高；各干预组除GOS组外肝脏TC均显著降低，所有干预组粪便TC和TG均升高。其中合生元组改善效果最为突出：血清TC降至4.53 mmol/L，TG降至1.09 mmol/L，LDL-C降至1.54 mmol/L，HDL-C升至2.46 mmol/L，肝脏TC降至0.68 mmol/gprot，粪便TC升至1.93 mmol/gprot，粪便TG升至0.48 mmol/gprot（均p < 0.05），表明GOS与BF_15协同能有效调节高胆固醇血症小鼠的脂质代谢。
**3.3 GOS与植物乳植杆菌BF_15联合干预对高胆固醇血症小鼠肠道菌群组成和SCFA含量的影响**：α多样性分析显示高胆固醇饮食降低菌群丰富度，合生元干预升高丰富度且效果优于单独干预组。β多样性分析表明合生元干预使菌群结构恢复至接近正常组，而辛伐他汀干预未显示显著变化。门水平上，HC组Firmicutes丰度显著降低、Bacteroidetes丰度升高，各干预组均有效逆转该趋势，其中合生元组Firmicutes显著升高、Bacteroidetes显著降低、Actinobacteria丰度升高，效果优于单干预组。属水平上，HC组Lactobacillus和Lachnospiraceae_NK4A136_group丰度显著降低，norank_f_Muribaculaceae和Akkermansia丰度升高；合生元组Bifidobacterium、Faecalibacterium和Erysipelotrichaceae丰度显著升高，效果甚至超过单干预组。SCFA检测显示，BF_15或GOS单独干预均显著增加乙酸和丙酸水平；合生元组丁酸水平显著高于单干预组（9.17→25.24 μmol/g，p < 0.05），而辛伐他汀未升高SCFA水平。
**3.4 GOS与植物乳植杆菌BF_15对肝脏和回肠胆固醇转运机制的协同作用及关联分析**：RT-qPCR结果显示，高胆固醇摄入激活回肠FXR，促进FGF15分泌，FGF15经门静脉到达肝脏后与FGFR4特异性结合，抑制CYP7A1表达并激活HMGCR。合生元干预通过调节肠道菌群、增加丁酸水平，抑制回肠FXR表达，进而抑制FGF15活性并促进CYP7A1表达，加速胆固醇向胆汁酸转化；同时有效抑制肝脏HMGCR活性，减少胆固醇合成。热图相关性分析显示，Erysipelotrichaceae、Faecalibacterium和Bifidobacterium与乙酸、丙酸、丁酸浓度及肝脏CYP7A1表达呈正相关，与回肠FXR、FGF15及肝脏FGFR4、HMGCR表达呈负相关；Lactobacillus和Clostridia_UCG_014与丁酸水平正相关。这些结果揭示了合生元通过多靶点协同缓解高胆固醇血症的分子机制。
**讨论**：本研究基于前期体外筛选结果，选择与GOS协同效果最佳的BF_15菌株进行体内验证，并创新性地加入辛伐他汀阳性药物对照组。已有研究虽证实合生元降脂效果优于单用，但缺乏药物对照，无法客观评估其相对于临床降脂药物的治疗优势。本研究证实GOS+BF_15合生元安全性高、无药物相关副作用，更适合作为长期膳食干预策略。研究表明，与药物组不同，合生元显著促进具有BSH活性的微生物（如Bifidobacterium）增殖并增加SCFA产生菌（如Faecalibaculum和Erysipelotrichaceae）丰度。Faecalibaculum可定居结肠并产生丁酸，丁酸通过上调肠道紧密连接蛋白表达、增强屏障功能并降低肝脏胆固醇。RT-qPCR结果与前期BF_15全基因组测序发现的功能性BSH编码基因相一致，表明BF_15携带的BSH基因可能影响胆汁酸代谢和FXR通路。丁酸作为关键代谢物介导FXR通路调控，进一步阐明GOS与BF_15协同调节肠道菌群结构、增加丁酸产生并调控FXR通路的机制。
**结论**：本研究揭示了GOS与植物乳植杆菌BF_15合生元组合通过多重途径调控胆固醇代谢的分子机制，主要涉及胆汁酸重吸收途径、脂质合成途径和丁酸代谢。与单一菌株或益生元干预相比，合生元通过微生物–肠–肝轴实现多途径交叉调控。与传统药物（如他汀类）不同，合生元通过抑制胆汁酸重吸收、加速胆固醇转化和增强肠道屏障功能发挥安全性作用，有望成为FXR拮抗剂的潜在替代方案。该发现为高胆固醇血症的治疗提供了新见解，在确保安全性的同时有效发挥作用，为缓解高胆固醇血症提供了新视角。该论文发表于《Food Frontiers》。
