植物乳植杆菌 YZ2 浸浴降低草鱼（Cyprinus carpio）氯霉素残留

《The Journal of Nutrition》：Lactiplantibacillus plantarum YZ2 immersion reduces chloramphenicol residues in common carp ( Cyprinus carpio)

　　

摘要

背景

抗生素的毒性和其残留相关风险对食品安全构成严重威胁。

目的

本研究旨在探究益生菌浸浴减少鲤鱼中抗生素残留的机制。

方法

在鲤鱼(Cyprinus carpio)中建立了氯霉素(CAP)富集模型，随后从6株候选乳杆菌中筛选具有降CAP作用的菌株。将270尾鲤鱼(50.01±1.12 g)与筛选菌株浸浴14天。采用高效液相色谱法(HPLC)监测组织和水中CAP残留。通过酶联免疫吸附测定(ELISA)和逆转录定量实时PCR(RT-qPCR)分析肝脏I/II相酶、ATP结合盒(ABC)转运蛋白、抗氧化酶和细胞因子。进一步使用NRF2激活剂萝卜硫素和抑制剂VVD-130037验证核因子红系2相关因子2(NRF2)信号通路在CAP消除和肉质改善中的作用。数据采用单因素方差分析(ANOVA)或Student's t检验确定统计学显著性。

结果

自然恢复无法在14天内清除CAP残留。相比之下，植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)YZ2浸浴显著加速了CAP消除，在第7天时分别使肝脏和肌肉残留减少42%和38%(P<0.05)。在机制上，YZ2激活了肝脏NRF2信号通路，协同上调I/II相酶(如细胞色素P450(CYP)3A样酶、UDP-葡萄糖醛酸转移酶[UGT]家族)和ABC转运蛋白(如abcb3、abcb4)，增强全身排泄。药理学激活NRF2模拟了YZ2的效果，降低残留(P<0.01)并缓解氧化应激(总抗氧化能力[T-AOC]增加35%，P<0.05)，而NRF2抑制则消除了这些保护作用。此外，YZ2通过上调肌源性调节因子(myf5、myod1、myog)和胶原蛋白基因(col1a1a、col1a2)(P<0.05)增强肉质，使肌纤维密度增加22%。

结论

这些发现表明，L. plantarum YZ2通过NRF2介导的肝脏生物转化和组织特异性清除促进抗生素降解并改善肌肉质量。

引言

水产养殖在满足全球对优质蛋白质的需求中发挥着不可替代的作用，其中鲤鱼(Cyprinus carpio)因其巨大的全球产量和消费量而成为基石物种[1]。作为优质蛋白质的重要来源，肉类在人类营养中发挥着不可或缺的作用。与传统畜牧来源的红肉相比，白肉尤其是鱼类具有更优越的营养价值，具有高蛋白含量、低脂肪水平、营养更均衡、口感优良以及富含长链多不饱和脂肪酸等特点[2]。为维持高产，人们采用了集约化养殖方式，包括高碳水/高脂饲料、原料替代和低蛋白配方，以缓解资源短缺[3], [4], [5], [6], [7]。然而，这些做法可能损害生长性能、扰乱代谢和免疫功能、削弱疾病抵抗力，并最终危及水产品的质量和安全[8], [9], [10], [11]。因此，抗生素已成为现代水产养殖实践的关键组成部分。抗生素的毒性、残留及其在食物链中的积累对食品安全和人类健康构成威胁[12]。因此，开发减少水产动物中抗生素残留的策略对于确保更安全的水产养殖产品至关重要。

抗生素是抗菌物质，可由微生物自然合成为次级代谢产物，或经人工合成生产。这些化合物会干扰其他活细胞的生长和生理功能。除对常见细菌的标准杀菌作用外，广谱抗生素还对多种非典型病原体(如支原体、螺旋体、立克次体)表现出强效的抑制或清除活性[13]。氯霉素(CAP)是氯霉素类的一种广谱抑菌性抗生素。其作用机制是与50S核糖体亚基结合，从而阻断肽链延伸和蛋白质合成。CAP对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均有效，如对伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi)、大肠杆菌(Escherichia coli)，以及立克次体和衣原体有效[14]。然而，CAP在食品动物(家畜、家禽、水产养殖)中的使用会通过食物链对人类健康构成风险。CAP存在显著的毒性和残留问题，可能导致再生障碍性贫血和粒细胞减少症等不可逆的不良反应[15], [16]。因此，其在家畜中的使用已在中国、欧盟及其他地区被禁止[15]。大量研究表明，抗生素是水生生态系统中最关键的新兴污染物之一，对环境的抗菌药物耐药性和生态毒性有显著贡献[17]。

研究表明，益生菌可通过其独特结构吸附环境污染物，并调节宿主免疫功能[17]。它们有助于恢复紧密连接完整性、维持肠道屏障稳定性，并缓解氧化应激和炎症，从而降低污染物毒性[18], [19]。益生菌还显示出对抗抗生素诱导的氧化应激和炎症的疗效，同时改善肉质[20], [21]，这可能是通过增强免疫力和抗氧化能力实现的。此外，益生菌可能直接减少抗生素残留。然而，关于益生菌在减少鱼类抗生素残留方面的应用研究仍然有限，凸显了一个亟待关注的重要研究空白。

鲤鱼(Cyprinus carpio)是全球淡水养殖的基石物种，全球总产量约为430万吨[1]，其中中国年产量超过300万吨，是优质水产蛋白质的重要且广泛消费来源[22]。因此，本研究旨在探讨一种食品来源益生菌在减少鲤鱼抗生素残留中的应用，并阐明其潜在机制。具体而言，核心目标不仅是评估CAP降解效率，还在于破译益生菌如何调节核因子红系2相关因子2(NRF2)信号通路，从而显著促进抗生素消除与肉质改善的同步实现。预期发现将为益生菌在水产产品中减轻抗生素残留的潜力提供见解，从而缓解抗生素耐药性压力并提升消费者安全。最终，本研究为利用营养干预支持可持续水产养殖提供了坚实的机制基础，旨在平衡抗生素负担的减少与产品品质的提升。

节段摘要

实验前基础与实验设计

所有6株乳杆菌(分别标记为布氏乳杆菌Lactobacillus buchneri YZ、植物乳杆菌Lactiplantibacillus plantarum YZ1、植物乳杆菌Lactiplantibacillus plantarum YZ2、嗜酸乳杆菌Lactobacillus acidophilus YZ、嗜酸乳球菌Pediococcus acidilactici YZ和鼠李糖乳杆菌Lacticaseibacillus rhamnosus YZ)均保存在国家畜牧水产微生物保藏中心(北京)。菌株保存在20%(v/v)甘油中，储存温度为-80°C。实验前，冻干菌粉的初始活性为1×10¹¹ CFU/g。对于

建立鲤鱼CAP挑战模型并评估益生菌效力

图1A-B显示，在投喂含CAP饲料5天后，鲤鱼肝脏中CAP的积累量高于肌肉，且随时间推移逐渐降低。该模型成功建立了14天CAP富集模型，用于研究抗生素减少和代谢过程。图1C显示了6株乳杆菌从粉末状态进行体外培养的结果。在6株乳杆菌中，只有鼠李糖乳杆菌L. rhamnosus YZ和植物乳杆菌L. plantarum YZ2表现出显著的

讨论

氯霉素(CAP)是一种强效广谱抗生素；然而，由于其在食物链中的生物富集，可能引发再生障碍性贫血等严重健康风险[27], [28]。在本研究中，鲤鱼在14天内无法自然清除CAP残留，反映了水生动物在慢性暴露下本底代谢能力的局限性。尽管传统研究主要关注益生菌的物理吸附作用[17], [29]，但我们的发现表明，与植物乳杆菌(Lactiplantibacillus)的浸浴

结论

针对全球对水产产品中抗生素残留日益增长的担忧，本研究证明，L. plantarum YZ2浸浴可显著降低鲤鱼中CAP残留，同时支持肝脏功能并改善肉质。其潜在机制涉及NRF2信号通路的激活，该通路通过上调关键I相和II相代谢酶以及ABC转运蛋白来协调全面的解毒反应，

动物福利与道德声明

本实验经中国农业科学院饲料研究所(注册号: 2018-AF-FRI-CAAS-001，由中国动物保护协会主办)批准实施。

作者贡献声明

Z. Y.: 方法学、样品检测、正式分析、数据可视化及撰写初稿。Q.-W.D.: 研究设计、数据整理、撰写审阅与编辑。Q. H.: 样品检测。Y.-Y.Y.: 概念构思。C.R.: 概念构思。Y.-L.Y.: 概念构思。Z. Z.: 研究设计、数据整理、撰写审阅与编辑、指导。Z.-G.Z.: 研究设计、验证、资源、项目管理、资助获取。所有作者均已阅读并批准最终稿件。

资助

本研究由国家自然科学基金(32330110, 32503163)、国家重点研发计划(2023YFD2400600)、农业科技创新工程项目(ASTIP)——中国农业科学院(CAAS-ZDRW202305)以及北京市智慧生态养殖系统重点实验室资助。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

Zhe Yu|Qian-wen Ding|Qiang Hao|Yuan-yuan Yao|Chao Ran|Ya-lin Yang|Zhen Zhang|Zhi-gang Zhou