乳酸菌对全氟辛酸（PFOA）毒性的缓解作用及机制研究

论文摘要

全氟辛酸（Pentadecafluorooctanoic acid,PFOA）是一种新型有机化合物,由于良好的疏水疏油特性得到了广泛应用,可以经饮食、饮水和皮肤接触进入体内,PFOA具有肝脏毒性、生殖毒性、发育毒性、神经毒性和可能的致癌性等。目前缓解PFOA毒性主要通过摄入具有高抗氧化活性的天然提取物,但需大量摄入才能对人体产生有效保护作用,而大量的摄入可能对机体产生其他危害。以往研究证实乳酸菌能够通过吸附作用和抗氧化作用有效缓解PFOA造成的小鼠肝脏损伤和免疫损伤,又对人体安全无害,但抗氧化能力和吸附能力在毒性缓解过程中哪个是主要作用尚不得知。此外,肠道作为PFOA进入体内首先接触的器官并在肠肝循环中不断暴露,PFOA针对机体肠道及其微环境的影响的研究尚且缺乏,本课题首先探索了PFOA对机体肠道及其微环境的影响,随后通过选择对PFOA具有不同吸附作用的乳酸菌,并结合乳酸菌不同的抗氧化能力,探索乳酸菌对PFOA造成的机体损伤及对肠道微环境的影响的缓解效果及可能作用机制。研究PFOA染毒对小鼠造成的肝脏损伤、免疫损伤,并对小鼠粪便中短链脂肪酸的含量和菌群变化进行分析以研究PFOA暴露对小鼠肠道的影响,我们建立了PFOA的亚急性和亚慢性染毒模型。两种模型PFOA暴露均造成肝脏氧化应激水平升高,肝细胞肥大和部分细胞坏死,亚急性低剂量组和亚慢性染毒模型小鼠IL-4、TNF-α和IFN-β含量降低。亚急性PFOA高剂量染毒导致小鼠粪便丙酸和正丁酸的含量显著性下降（P<0.05）,亚慢性染毒小鼠粪便中异丁酸、正丁酸和正戊酸含量显著性下降（P<0.05）。肠道菌群分析表明,亚急性染毒组相比于空白对照组,肠道菌群多样性没有显著性变化,但高剂量组中葡萄球菌属（Staphylococcus）、乳酸菌属（Lactobacillus）及芽胞杆菌属（Bacillus）的相对丰度显著性增加（P<0.01）,脱硫弧菌属（Desulfovibrio）的相对丰度显著性降低（P<0.05）。亚慢性染毒组相对于空白对照组,中、高染毒剂量组的拟杆菌属（Bacteroides）的相对丰度显著性降低（P<0.01）,颤螺菌属（Oscillospira）的相对丰度显著性升高（P<0.05）。对这些差异菌株进一步分析认为,PFOA暴露会导致肠道菌群紊乱,亚急性暴露可能在进一步诱导微生物感染的发生,亚慢性暴露显示PFOA可能会导致胆汁代谢异常。随后从乳酸菌体外吸附PFOA的能力和抗氧化能力两个方面筛选对PFOA毒性具有缓解潜力的乳酸菌,以商业菌株Lactobacillus rhamnosus GG（LGG）作为对照菌株,最终筛选出抗氧化能力强吸附能力强、强弱、弱强、弱弱4组合的乳酸菌进行动物实验,以验证乳酸菌对PFOA毒性的缓解效果及主要作用机制。使小鼠在乳酸菌干预后暴露于PFOA,测定血清中炎症因子、生化指标和肝脏中氧化应激指标及组织病理切片分析,发现乳酸菌在体外对PFOA的吸附作用与缓解体内各指标的变化之间具有更显著的相关性,在体外吸附效果更强的菌株在缓解PFOA给机体造成的损伤方面相对来说具有更好的作用,在体外能够较高水平吸附PFOA但抗氧化能力较弱的L.brevis CQ-BS-1-3能够有效缓解PFOA的肝脏毒性和免疫毒性。从乳酸菌缓解PFOA造成的机体损伤综合来看,乳酸菌的抗氧化能力可以一定程度上缓解因PFOA造成的肝脏损伤。PFOA暴露后引起的小鼠肠道中乙酸和丁酸含量下降,相关性分析显示乳酸菌的吸附能力和抗氧化能力与小鼠粪便短链脂肪酸的含量的升高没有显著相关性,无较好吸附能力和抗氧化能力的L.fermenti 6-3升高了小鼠粪便中乙酸和丁酸的含量,并且对PFOA暴露造成小鼠肝脏损伤具有缓解作用（P<0.01）,我们推测乳酸菌提高肠道中短链脂肪酸的含量可能是乳酸菌缓解PFOA毒性的另一途径。此外,宏基因组分析结果表明,PFOA未引起肠道菌群组成的显著改变,但引起了一些菌群相对丰度的变化。其中,普雷沃氏菌科（Paraprevotellaceae）和S24-7菌科、乳酸杆菌属（Lactobacillus）和Allobaculum的相对丰度较空白对照组出现一定程度的升高,优杆菌科（Eubacteriaceae）和梭菌科（Clostridiaceae）、劳特氏科菌属（Blautia）、Adlercreutzia、霍尔德曼氏菌属（Holdemania）、粪芽孢菌属（Coprobacillus）和拟杆菌属（Bacteroides）的相对丰度较空白对照组下降。结合诸多差异菌株与肝病之间的联系的表现,推测PFOA暴露可能通过诱导肠道菌群紊乱进一步加重肝损伤,而乳酸菌干预可以通过调节肠道损伤缓解PFOA毒性作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略词表
• 1 绪论
•   1.1 全氟辛酸概述
•     1.1.1 PFOA暴露途径和暴露水平
•     1.1.2 PFOA在体内的吸收、分布和排泄
•     1.1.3 PFOA的毒性和危害
•     1.1.4 PFOA暴露与人体临床疾病研究
•   1.2 目前缓解PFOA毒性研究进展
•   1.3 乳酸菌的生理调节作用及其缓解有害物质毒性的作用
•     1.3.1 乳酸菌的生理功能及对肠道菌群的调节作用
•     1.3.2 乳酸菌对化学物质造成的机体氧化损伤的修复作用
•     1.3.3 乳酸菌对环境有害物质的吸附作用
•     1.3.4 乳酸菌对缓解PFOA毒性的作用
•   1.4 论文立题背景及意义
•   1.5 本课题的主要研究内容
• 2 材料与方法
•   2.1 实验材料与设备
•     2.1.1 菌株来源
•     2.1.2 实验动物
•     2.1.3 实验试剂
•     2.1.4 主要仪器与设备
•   2.2 不同PFOA染毒模型对C57BL/6J小鼠损伤的构建
•     2.2.1 动物分组与处理
•     2.2.2 血清中谷丙转氨酶（ALT）、谷草转氨酶（AST）、碱性磷酸酶（ALP）、γ谷氨酰转移酶（γ-GT）含量的测定
•     2.2.3 肝脏中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、还原型谷胱甘肽酶（GSH）和丙二醛（MDA）含量的测定
•     2.2.4 肝脏组织病理观察
•     2.2.5 血清中肿瘤坏死因子α（TNF-α）,干扰素β（IFN-β）,白介素4（IL-4）的测定
•     2.2.6 结肠组织病理观察
•     2.2.7 粪便中短链脂肪酸（Short-chains fatty acids,SCFAs）含量的测定
•     2.2.8 粪便中菌群多样性分析
•   2.3 体外筛选具有缓解PFOA毒性作用的乳酸菌
•     2.3.1 菌株培养
•     2.3.2 乳酸菌对 PFOA 的吸附实验
•     2.3.3 乳酸菌抗氧化能力的测定
•   2.4 乳酸菌缓解PFOA毒性的体内机制解析
•     2.4.1 实验用乳酸菌的培养和灌胃菌液的制备
•     2.4.2 乳酸菌干预实验动物分组与处理
•     2.4.3 血清中ALT、AST、ALP、γ-GT含量的测定
•     2.4.4 肝脏组织的氧化应激水平
•     2.4.5 肝脏组织病理观察
•     2.4.6 血清中TNF-α,IFN-β,IL-4 的测定
•     2.4.7 粪便中SCFAs的测定
•     2.4.8 粪便中菌群多样性分析
•   2.5 数据分析
• 3 结果与讨论
•   3.1 不同PFOA染毒模型对C57BL/6J小鼠的损伤
•     3.1.1 不同PFOA染毒模型对C57BL/6J小鼠体重的影响
•     3.1.2 不同PFOA染毒模型对C57BL/6J小鼠脏器系数的影响
•     3.1.3 不同PFOA染毒模型对C57BL/6J小鼠血清中AST、ALT、ALP和 γ-GT含量的影响
•     3.1.4 不同PFOA染毒模型对C57BL/6J小鼠SOD、CAT、GSH和 MDA含量的影响
•     3.1.5 不同PFOA染毒模型对C57BL/6J小鼠肝脏组织形态的影响
•     3.1.6 不同PFOA染毒模型对C57BL/6J小鼠血清中炎症因子含量的影响
•     3.1.7 不同PFOA染毒模型下小鼠结肠组织切片观察
•     3.1.8 不同PFOA染毒模型C57BL/6J小鼠粪便中SCFAs含量的变化
•     3.1.9 不同PFOA染毒模型C57BL/6J小鼠肠道菌群变化
•   3.2 乳酸菌对PFOA吸附能力分析
•     3.2.1 PFOA峰面积-浓度标准曲线
•     3.2.2 乳酸菌菌株对PFOA的吸附能力
•   3.3 乳酸菌的抗氧化能力
•     3.3.1 乳酸菌清除DPPH自由基能力
•     3.3.2 乳酸菌羟自由基清除能力
•     3.3.3 乳酸菌还原能力的测定
•     3.3.4 3种化学方法在测定乳酸菌菌悬液抗氧化活性之间的相关性
•   3.4 乳酸菌对模拟胃肠道环境的耐受能力
•   3.5 乳酸菌对PFOA毒性的缓解作用
•     3.5.1 乳酸菌的选择
•     3.5.2 乳酸菌对PFOA暴露小鼠脏器系数的影响
•     3.5.3 乳酸菌对PFOA暴露小鼠血清中AST、ALT、ALP和 γ-GT含量的影响
•     3.5.4 乳酸菌对PFOA暴露小鼠SOD、CAT、GSH和 MDA含量的影响
•     3.5.5 乳酸菌对PFOA暴露小鼠肝脏组织形态的影响
•     3.5.6 乳酸菌对PFOA暴露小鼠血清中炎症因子含量的影响
•     3.5.7 粪便中SCFAs含量的变化
•     3.5.8 小鼠肠道菌群变化
•     3.5.9 乳酸菌缓解PFOA毒性的作用效果及机制探究
• 主要结论与展望
•   主要结论
•   展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 梁席

导师: 王刚

关键词: 乳酸菌,染毒模型,吸附作用,抗氧化作用

来源: 江南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,轻工业手工业

单位: 江南大学

基金: 国家自然科学基金面上项目(31671839),国家自然科学基金会

分类号: TS201.3

总页数: 67

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