《Food Bioscience》：Safety and uric acid-lowering performance of engineered food-grade
Lactococcus lactis: A novel candidate for hyperuricemia functional food development
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摘要高尿酸血症和痛风已演变为全球性的健康负担，迫切需要开发创新的长期饮食管理方法。在本研究中，通过引入来自 GRAS 菌株的尿酸氧化酶 (UOX) 基因，对食品级乳球菌进行基因工程改造，构建具有生物安全性和降尿酸性能的新型工程乳酸菌 (LAB)。结果表明，工程乳酸菌具有优异的
摘要 高尿酸血症和痛风已演变为全球性的健康负担，迫切需要开发创新的长期饮食管理方法。在本研究中，通过引入来自 GRAS 菌株的尿酸氧化酶 (UOX) 基因，对食品级乳球菌 进行基因工程改造，构建具有生物安全性和降尿酸性能的新型工程乳酸菌 (LAB)。结果表明，工程乳酸菌具有优异的尿酸 (UA) 降解能力。L. lactis NZ3900/pNZ8149-pucL 和 L. lactis NZ3900/pNZ8149-CuUOX 的 UOX 比活力分别为 (21.38 ± 0.17) U/mg 和 (28.06 ± 0.44) U/mg。高效液相色谱 (HPLC) 检测显示，它们在 3 小时内对 1 mmol/L 尿酸的降解率分别达到 82.16% ± 4.39% 和 35.48% ± 1.13%。体外 Transwell 模型进一步验证了其吸收和转运尿酸的能力。溶血活性和抗生素敏感性评估表明工程乳酸菌具有良好的生物安全性。这种新型降尿酸工程乳酸菌为开发用于预防和高尿酸血症和痛风的益生菌膳食制剂提供了有前途的候选者。
引言 随着生活水平的提高和饮食模式的改变，高尿酸血症对人类健康的威胁日益凸显。高尿酸血症是一种原发性代谢疾病，其特征是由于嘌呤代谢障碍导致血清尿酸水平超过正常范围 (Schlesinger & Androulakis, 2025)。临床上，当男性血清尿酸超过 420 μmol/L，女性在两个单独的非禁食日血清尿酸超过 360 μmol/L 时，诊断为高尿酸血症 (Im 等，2025)。人体嘌呤来源于内源性合成和外源性饮食摄入，分别占 70% 和 30%。值得注意的是，过量摄入高嘌呤食物是高尿酸血症的主要诱因 (Song 等，2025)。体内 ，嘌呤通过磷酸核糖焦磷酸合成酶、鸟嘌呤脱氨酶、腺苷酸脱氨酶和黄嘌呤氧化酶等关键代谢酶逐步转化为尿酸。通过 人类缺乏 UOX，因此尿酸是嘌呤代谢的最终终产物 (CHRISTEN 等，1970)。持续性高尿酸血症容易诱发尿酸盐结晶沉淀，沉积在关节、皮下组织及其他部位，最终发展为痛风 (McCormick 等，2024)。因此，高尿酸血症也被视为痛风的临床前期。
近几十年来，全球高尿酸血症和痛风的患病率持续上升，且呈现发病年轻化趋势 (Im 等，2025; Xie 等，2025)。临床药物（别嘌醇、非布司他、苯溴马隆、拉布立酶等）是快速控制急性症状和血清尿酸水平的唯一选择。然而，单药治疗有明显的局限性（如致敏性和肾毒性），这意味着它仅适用于重症的短期治疗 (McCarty 等，2025)。相比之下，开发新型降尿酸技术是一种更温和且可持续的健康调节方案，特别是通过日常摄入功能益生菌来维持血清尿酸稳态。体内 ，越来越多的证据表明，天然筛选的益生菌，主要是乳酸菌，在缓解高尿酸血症和辅助治疗方面具有潜力，主要通过同化嘌呤和尿酸来降低体内的血清尿酸水平 (Wu 等，2025)。然而，天然野生菌株的尿酸或嘌呤同化效率仍远未令人满意。随着分子生物技术的成熟，基因工程技术已被采用来解决这一瓶颈。当前前沿研究集中在构建表达嘌呤酶或 UOX 的工程微生物底盘，从而实现肠道尿酸的靶向去除。以往的研究验证了该技术路线的可行性 (Cai 等，2020; Gao 等，2025; Zhao 等，2022; Zou 等，2024)。然而，这些研究均采用大肠杆菌 作为底盘宿主，这带来了生物安全风险，并极大地限制了它们在食品工业中的应用。相比之下，乳酸菌被公认为安全 (GRAS)，是构建食品级降尿酸工程菌株的理想底盘 (Liao & Wang, 2022)。乳球菌 NZ3900 携带的乳链菌肽控制表达 (NICE) 系统代表了乳酸菌在商业应用中最成熟且最安全的可诱导基因表达系统，它与食品级基因修饰系统兼容 (Maischberger 等，2010)。在此基础上，本研究使用食品级L.lactis NZ3900 作为微生物底盘来表达来自 GRAS 菌株的 UOX，从而特异性地构建了一种具有高度生物安全性和强效降尿酸功效的新型工程乳酸菌。此外，还对其降尿酸能力和生物安全性进行了系统分析和评估 (图 S1)。这些降尿酸工程乳酸菌为高尿酸血症的饮食营养干预提供了高质量的菌株资源和技术支持，也为开发创新的降尿酸功能食品和益生菌制剂提供了支持。
章节摘要 材料、化学试剂和试剂 UOX 基因序列于 2025 年 3 月 20 日通过搜索 NCBI 数据库 (
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ ) 获得。考虑到基因来源的生物安全性和先前报告的基因功能，最终选择了来自
枯草芽孢杆菌 （登录号：WP_032726814.1）和
贾丁酵母 （登录号：P78609.1）的
UOX 基因。并将这些基因序列送往生工生物工程股份有限公司，根据
L. 的密码子偏好性进行序列优化和合成。
工程乳酸菌构建和 UOX 表达的分子特征 使用 SnapGene 为重组质粒 pNZ8149-pucL 和 pNZ8149-CuUOX 设计了引物，序列如下：pNZ8149-F: GATTTCGTTCGAAGGAACTAC; pucL -R: tttcagcatcttcacgagttac; CuUOX -R: attaatccattagggtgtggac。使用相应的引物对黄色单克隆菌落进行 PCR 扩增 (图 S2a 和 b)。扩增片段的预期大小分别为 1487 bp 和 912 bp。实际验证结果显示目标条带与
结论 在本研究中，以食品级L. lactis NZ3900 作为底盘宿主。异源表达来自 GRAS 菌株（枯草芽孢杆菌 和贾丁酵母 ）的UOX 基因，构建新型工程乳酸菌，并通过多种体外实验验证了其良好的生物安全性和强效的降尿酸能力。SDS-PAGE、UOX 活性测定和 HPLC 结果证实，来自枯草芽孢杆菌 （pucL ）和贾丁酵母 （CuUOX ）的 UOX 成功在
CRediT 作者贡献声明 Mei-ling Zhou: 方法学、资金获取、形式分析。Jia-Jun Liao: 撰写 – 原稿、方法学、数据整理、概念构思。Zsolt Zalán: 可视化、监督。Deng-Yi Lin: 可视化、形式分析。Huayi Suo: 撰写 – 审阅与编辑、资源、项目管理。
未引用参考文献 ISO, & IDF, 2010; Wang 等，2022; Yuan 等，2025。
伦理声明 作者未获得参与者或其法定代表人的知情同意。本研究不涉及人类研究参与者。本研究使用的 Caco-2 细胞系是从细胞库购买的商业化永生化细胞系。未收集与参与者相关的个人数据，因此不需要知情同意。
本研究在研究进行所在地的相关法律法规、监管框架和指南下执行。
经费来源 本研究由中国国家重点研发计划（项目编号：2024YFE0213900）资助。
致谢 本研究由中国国家重点研发计划 （项目编号：2024YFE0213900 ）资助。
Jia-Jun Liao|Mei-ling Zhou|Deng-Yi Lin|Zsolt Zalán|Hua-Yi Suo
