本文系Food Science and Human Wellness原创编译，欢迎分享，转载请授权。

Introduction

高尿酸血症是一种代谢综合征，除了引起痛风外，高尿酸血症还与高血压、急慢性肾病、肥胖、脂肪肝和糖尿病等代谢性疾病相关联。高尿酸血症的发生与饮食和遗传因素相关，现代饮食习惯导致在世界范围内，高尿酸血症的患病率有所增加。以往的研究证实，尿酸钠（MSU）晶体可导致炎症或氧化应激，最新研究发现无症状高尿酸血症也可诱导氧化应激、促炎反应和自噬。

嘌呤主要通过肝脏中的黄嘌呤氧化酶代谢为尿酸，作为尿酸代谢的主要场所，高尿酸血症对肝脏的损害需要引起更多的关注。NOD-、LRR-和pyrin domain-containing 3（NLRP3）炎性小体的激活导致caspase-1介导的白介素-1β（IL-1β）家族细胞因子的蛋白水解激活，这是许多炎症性疾病的靶点，而高水平的血尿酸正是引起该类反应的危险因素。

益生菌是公认的健康促进剂，其在宿主体内具有调节代谢平衡、增强肠道屏障、改善菌群结构和降低炎症反应等作用。危险相关分子模式（DAMPs）和病原体相关分子模式（PAMPs）是NLRP3炎症小体组装的两个触发因子。有报道发现乳酸杆菌在抑制PAMP相关的NLRP3级联反应中发挥了重要作用。NLRP3相关疾病的传统临床治疗以抑制IL-1β为靶点，但由于IL-1β的普遍性，该非靶标治疗的针对性较差。

尿酸对肝细胞的不良影响被严重低估，鼠李糖乳杆菌Fmb14可能在高尿酸血症中保护肝脏。先前的研究已经证实了鼠李糖乳杆菌Fmb14在改善高尿酸血症方面的优越性。但鼠李糖乳杆菌Fmb14在高尿酸血症中是否具有保护肝脏的作用尚不明确。南京农业大学食品科技学院赵洪源、陆兆新教授等探究了鼠李糖乳杆菌Fmb14在改善肝功能衰竭中的潜在作用，并确定了其作用机理。

Results and Discussion

鼠李糖乳杆菌Fmb14可降低尿酸诱导的HepG2细胞死亡率

采用形态学观察方法发现鼠李糖乳杆菌Fmb14对尿酸诱导的HepG2细胞死亡具有缓解作用（图1A），其中尿酸导致HepG2异常细胞数从52.8增加到183.0，然后加入鼠李糖乳杆菌Fmb14包内液（CFE）后，HepG2细胞的异常显著得到改善（图1A）。通过FITC/PI荧光强度测定，进一步证实了 CFE -H对尿酸诱导的HepG2细胞死亡的缓解作用，细胞异常率从24.1%降至14.9%（图1B和C）。

鼠李糖乳杆菌Fmb14缓解尿酸诱导的HepG2细胞活性氧（ROS）并恢复线粒体膜电位（MMP）

HepG2细胞死亡的紊乱通常与氧化应激和炎症有关。500 µmol/L的尿酸刺激会导致HepG2细胞内ROS水平由17.9%上升至22.9%（图2A），而鼠李糖乳杆菌Fmb14的CFE-H处理后则细胞内ROS显著降低至14.5%（P＜0.05）（图2A）。ROS的增加伴随着MMP的异常，使用JC-1探针测定MMP的变化发现MMP的变化趋势与ROS相同（图2B）。

鼠李糖乳杆菌Fmb14在尿酸诱导的HepG2细胞中降低NLRP3相关通路的基因表达

采用qRT-PCR检测不同类型炎症通路生物标志物IL-1β、IL-6、IL-18、NF-κB、Nrf-2、Tlr-4，细胞凋亡生物标志物Bcl、Bad、caspase-1、caspase-3、Nlrp3，氧化应激生物标志物SOD、CAT、iNOS、GSH-px，免疫系统生物标志物CXCL-1、CXCL-2、CCL-20、CCL-2的基因表达水平。尿酸刺激导致了氧化应激和炎症相关基因表达的激活，其中一些可以通过鼠李糖乳杆菌Fmb14的CFE-H处理恢复（图3A）。CFE-H对尿酸刺激造成的HepG2细胞Nlrp3（1.45～0.94）、IL-1β（1.44～1.11）、IL-18（1.47～1.20）表达水平的异常具有缓解作用，结果表明尿酸导致细胞焦亡，而鼠李糖乳杆菌Fmb14可缓解肝脏细胞焦亡的发生。同时，鼠李糖乳杆菌Fmb144的CFE-H处理可以在细胞水平上降低由于尿酸刺激造成的分泌型IL-1β和IL-18的增加。而通过细胞免疫化学法测定发现鼠李糖乳杆菌Fmb14的CFE-H处理可降低尿酸诱导的NLRP3和caspase-1的表达（图3D和E）。

鼠李糖乳杆菌Fmb14可降低嘌呤饮食诱导的高尿酸血症小鼠肝焦亡

建立高嘌呤饮食诱导的高尿酸血症模型，对高尿酸血症小鼠肝脏进行HE染色和TUNEL细胞凋亡检测，结果如图4所示。通过显微镜观察发现模型组小鼠肝小叶出现更多鼻窦充血和点状坏死，鼠李糖乳杆菌Fmb14治疗显著减轻肝损伤（图4A）。而TUNEL检测发现鼠李糖乳杆菌Fmb14灌胃显著降低了肝细胞死亡率（图4B），证实了鼠李糖乳杆菌Fmb14对高尿酸血症引起的小鼠肝损伤的保护作用。在基因表达水平上，高尿酸血症主要导致了焦亡相关标志物mRNA表达的上升，其中NLRP3、caspase1和IL-1β的表达上升超过对照组的15倍，而鼠李糖乳杆菌Fmb14的干预可显著降低这种变化（图4C）。除焦亡作用外，鼠李糖乳杆菌Fmb14还可调控Acox、connexin43、Mpv17、p53和Fas的mRNA表达水平，表明鼠李糖乳杆菌Fmb14可减弱线粒体膜功能障碍，抑制肝脏病理过程（图4D和E）。

鼠李糖乳杆菌Fmb14处理通过抑制NLRP3缓解高尿酸血症小鼠肝脏焦亡

高尿酸血症小鼠肝脏中NLRP3相关蛋白，包括NLRP3、caspase-1、GSDMD、ASC、IL-1β和IL-18的表达水平显著升高，鼠李糖乳杆菌Fmb14处理下调这些蛋白表达至对照组水平（图5A）。具体来说，GSDMD、IL-1β、caspase-1在高尿酸血症诱导的焦亡中发挥最关键的作用，因为这三种蛋白在模型组的表达水平分别是对照组的6.24倍、3.58倍和3.14倍。鼠李糖乳杆菌Fmb14干预12周后，高尿酸血症小鼠肝脏NLRP3全级联蛋白表达水平下降，NLRP3、caspase-1、ASC、IL-1β、pro-IL-1β和IL-18分别从1.61-、3.14-、1.57-、3.58-、1.90-和3.23倍下降到0.86-、1.01-、0.77-、1.34-、0.72-和1.69倍（图5D）。

嘌呤诱导的高尿酸血症与肝脏线粒体膜损伤之间的因果关系也在体内得到了证实。模型组肝脏中MPV17的表达增加到对照组的2.83倍，经 鼠李糖乳杆菌 Fmb14处理后恢复到对照组的0.80倍（图6A和C）。模型组肝脏中connexin43的表达减少到对照组的0.73倍，导致肝脏空泡化（图6B），而鼠李糖乳杆菌Fmb14处理缓解了该趋势。高尿酸血症组小鼠肝脏中细胞凋亡抑制蛋白Bcl2（0.19倍于对照组）的表达降低，鼠李糖乳杆菌Fmb14干预后（0.56倍于对照组）表达恢复（图6E）。此外，模型组细胞凋亡效应因子Bax（1.52倍于对照组）和caspase-3表达均升高，鼠李糖乳杆菌Fmb14干预后仅Bax（1.18倍于对照组）表达改善（图6F）。高尿酸血症导致小鼠肝脏的正常凋亡被抑制，Bcl2/Bax由1.31（对照组）降至0.16（模型组），鼠李糖乳杆菌Fmb14干预后，Bcl2/Bax升至0.48（图6G）。

Conclusion

本研究表明鼠李糖乳杆菌Fmb14可改善高尿酸导致的HepG2细胞和小鼠肝脏的焦亡。具体来说，鼠李糖乳杆菌Fmb14通过减少ROS、恢复MMP和抑制NLRP3炎性体来减少HepG2细胞的焦凋亡。在动物水平，发现鼠李糖乳杆菌Fmb14对嘌呤诱导的高尿酸血症小鼠的肝脏焦亡具有改善作用，具体表现为鼠李糖乳杆菌Fmb14可降低肝细胞总死亡率，在蛋白水平上降低MPV17和GSDMD，增强connexin43的表达。此外，鼠李糖乳杆菌Fmb14还可调节细胞凋亡紊乱，减轻肝癌的发生过程。因此，鼠李糖乳杆菌Fmb14可通过抑制NLRP3炎性小体组装以恢复肝脏线粒体膜电位，对高尿酸血症介导的肝脏焦亡具有预防作用。

第一作者

赵洪源，男，现为南京农业大学食品科技学院2019级在读博士研究生，主要的研究方向是益生菌缓解代谢疾病的机制和肠道菌群对人体健康的影响等。目前以第一作者在 Pharmacological Research， Food & Function ， Food Science and Human Wellness ， Annals of microbiology上发表论文5篇，并申请发明专利1项。

通信作者

陆兆新，男，南京农业大学教授（钟山学者首席教授）、博士生导师。1995年3月获日本近畿大学博士学位；1997年9月南京农业大学食品科技学院教授，历任食品科学系主任、副院长、院长、食品与工程学部主任，现任南京农业大学食品生物技术研究所所长。主要从事食品微生物、食品生物技术和酶在农产品加工中的应用基础研究。主持国家自然科学基金、国家科技部“十五”重大科技项目、“863”高技术重点项目和 科技部“农业支撑项目”等研究项目三十余项。研究成果分别获1998年度教育部科技进步二等奖和1999年度农业部科技进步二等奖和2006年度中国高校科技进步二等奖；获发明国家专利70余项，主编教材、专著4部。在国内外主要刊物上发表论文400多篇，其中SCI论文250余篇，H指数47（google scholar），引用8000余次。主持国家精品课程“食品微生物学”，主持教改项目获江苏省高等教育优秀教学成果一等奖和二等奖。

2000年获国务院“政府特殊津贴”，2000年江苏省“333人才工程”第二层次培养对象，2007年江苏省“333人才工程中青年科技领军人才”，2008年获得“江苏省有突出贡献的中青年专家”。中国微生物学会理事、江苏省食品科技学会副理事长。曾任省政府参事、江苏省政协委员、常委，“九三”学社江苏省省委委员、常委和省直工委主任委员。

Lacticaseibacillus rhamnosus Fmb14 ameliorates hyperuricemia-induced hepatocyte pyroptosis via NLRP3 inflammasome cascade inhibition

Hongyuan Zhaoa, Xiaoyu Chena, Li Zhangb, Fanqiang Menga, Libang Zhoua, Zhaoxin Lua,*, Yingjian Luc,*

a College of Food Science & Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China

b Institute of Vegetable, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China

c College of Food Science & Engineering, Nanjing University of Finance and Economics, Nanjing 210023, China

*Corresponding author.

Abstract

Hyperuricemia is a high-risk factor for the development of gout and renal fibrosis, but the adverse effects of hyperuricemia on the liver have been seriously neglected. This research investigated the ameliorating effect of Lacticaseibacillus rhamnosus Fmb14 on hyperuricemia induced liver dysfunction both in vitro and in vivo. Cell free extracts of high dose L. rhamnosus Fmb14 treatment reduced the death rate of HepG2 cell lines from 24.1% to 14.9% by inhibiting NLRP3 recruitment, which was mainly activated by reactive oxygen species release and mitochondrial membrane potential disorder. In purine dietary induced hyperuricemia (PDIH) mice model, liver oedema and pyroptosis were ameliorated after L. rhamnosus Fmb14 administration through downregulating the expression levels of NLRP3, caspase-1 and gasdermin-D from 1.61 to 0.86, 3.15 to 1.01 and 5.63 to 2.02, respectively. L. rhamnosus Fmb14 administration restored mitochondrial inner membrane protein (MPV17) and connexin 43 from 2.83 and 0.73 to 0.80 and 0.98 respectively in PDIH mice, indicating that dysbiosis of mitochondrial membrane potential was restored in liver. Intriguingly, PDIH pyroptosis stimulates the process of apoptosis, which leads to severe leakage of hepatocytes, and both of pyroptosis and apoptosis were decreased after L. rhamnosus Fmb14 treatment. Therefore, L. rhamnosus Fmb14 is a promising biological resource to maintain homeostasis of the liver in hyperuricemia and the prevention of subsequent complications.

Reference:

ZHAO H Y, CHEN X Y, ZHANG L, et al. Lacticaseibacillus rhamnosus Fmb14 ameliorates hyperuricemia-induced hepatocyte pyroptosis via NLRP3 inflammasome cascade inhibition[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(4): 2174-2186. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250181.

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片来源：图虫创意