CN113180109B - 罗伊氏乳杆菌在制备预防或治疗发育障碍类疾病产品中的应用 - Google Patents

罗伊氏乳杆菌在制备预防或治疗发育障碍类疾病产品中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种罗伊氏乳杆菌在制备预防或治疗发育障碍类疾病产品中的应用,该罗伊氏乳杆菌为保藏号为CGMCC No.21577,该罗伊氏乳杆菌能够改善普拉德‑威利综合征、自闭症等发育障碍类疾病患者的肠道菌群的组成,改善肠道菌群紊乱,预防肥胖或促进饮食引起的体重减轻,并且还能改善普拉德‑威利综合征、自闭症等发育障碍类疾病患者的大脑发育,改善患者的社交交往障碍、沟通障碍及提高精细运动能力。

Description

罗伊氏乳杆菌在制备预防或治疗发育障碍类疾病产品中的 应用
技术领域
本发明涉及微生物技术领域,特别是涉及一种罗伊氏乳杆菌在制备预防或治疗发育障碍类疾病产品中的应用。
背景技术
普拉德-威利综合征(Prader-Willi Syndrome,PWS)又称低肌张力-低智力-性腺发育低下-肥胖综合征,俗称小胖威利症,发病无种族和性别差异,发生率约为1/12000~1/15000,病因源于第15号染色体基因缺陷,患者拥有正常语言能力,但实际智商低于普通人。
不同的生长时期,普拉德-威利综合征会呈现出不同的表现。新生儿及婴儿时期表现为:肌张力差、喂食困难、体重不易增加,四肢活动力差、哭声弱。脸部特征有杏仁般黑眼珠、长直睫毛、薄而下垂嘴唇、前额窄。小手小脚,男婴阴茎短小、睾丸未下降、阴囊发育差。女婴外阴部发育不良。孩童时期表现为:脑发育迟缓有轻度或中度智障。约六岁前后,因脑部下视丘功能失调,对食物欲望大增,无法控制,造成体重急速增加。青少年时期表现为:肥胖,糖尿病、脊椎侧弯、肌肉协调不足。身材矮小,性腺发育不良,隐睾,女孩性征发育差,智能障碍及行为与情绪问题。
罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)是存在于肠道内的乳酸菌,作为益生菌使用,对肠黏膜具有很强的黏附能力,并且还具有优异的耐酸、耐胆盐和广谱抑菌特性,能广泛抑制革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酵母、真菌和病原虫等的生长。
发明内容
本发明经研究发现,从健康女性乳汁中分离的罗伊氏乳杆菌(保藏号为CGMCCNo.21577)能够改善发育障碍类疾病(例如普拉德-威利综合征)患者的肠道菌群的组成,改善肠道菌群紊乱,预防肥胖或促进饮食引起的体重减轻,并且还能改善发育障碍类疾病患者的大脑发育,改善患者的社交交往障碍、沟通障碍及提高精细运动能力,可以用于预防或治疗普拉德-威利综合征和自闭症等发育障碍类疾病。
因此,本发明提供一种罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri) 在制备预防或治疗发育障碍类疾病的产品中的应用,所述罗伊氏乳杆菌为保藏号为CGMCC No.21577,所述发育障碍类疾病为普拉德-威利综合征或自闭症。
在其中一个实施例中,所述产品包括所述罗伊氏乳杆菌和/或所述罗伊氏乳杆菌的发酵产物。
在其中一个实施例中,所述产品还包括其他益生菌。
在其中一个实施例中,所述其他益生菌选自乳酸杆菌、双歧杆菌、嗜热链球菌、乳球菌、丙酸杆菌、明串球菌、葡萄球菌、芽孢杆菌、片球菌、大肠杆菌、普雷沃氏杆菌、粪栖杆菌、布劳特氏菌、拟杆菌、厚壁菌和酵母菌中的至少一种。
在其中一个实施例中,所述乳酸杆菌选自植物乳杆菌、发酵乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、卷曲乳杆菌、保加利亚乳杆菌、德氏乳杆菌乳亚种、格氏乳杆菌、约氏乳杆菌、副干酪乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、唾液乳杆菌、清酒乳杆菌和瑞士乳杆菌中的至少一种;
在其中一个实施例中,所述双歧杆菌选自青春双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、两歧双歧杆菌、动物双歧杆菌、长双歧杆菌和乳双歧杆菌中的至少一种。
在其中一个实施例中,所述乳球菌选自乳酸乳球菌乳酸亚种、乳酸乳球菌乳脂亚种和乳酸乳球菌双乙酰亚种中的至少一种;
在其中一个实施例中,所述丙酸杆菌选自费氏丙酸杆菌谢氏亚种和产丙酸丙酸杆菌中的至少一种。
在其中一个实施例中,所述明串球菌为肠膜明串珠菌肠膜亚种。
在其中一个实施例中,所述片球菌选自乳酸片球菌和戊糖片球菌中的至少一种。
在其中一个实施例中,所述葡萄球菌选自小牛葡萄球菌、肉葡萄球菌和木糖葡萄球菌中的至少一种;
在其中一个实施例中,所述芽孢杆菌为凝结芽孢杆菌。
在其中一个实施例中,所述酵母菌选自马克斯克鲁维酵母、酿酒酵母、产朊假丝酵母、乳酸克鲁维酵母和卡氏酵母中的至少一种。
在其中一个实施例中,所述产品还包括益生元,所述益生元选自菊粉、菊苣根提取物、菊芋根提取物、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、水苏糖、低聚甘露糖、低聚阿拉伯糖、抗性糊精和抗性淀粉中的至少一种。
在其中一个实施例中,所述产品还包括4-氨基丁酸、色氨酸、番茄红素、β-胡萝卜素、维生素B6、维生素B12、辅酶Q10、牛磺酸、果胶、β-葡聚糖、岩藻糖、卡拉胶、瓜尔豆胶、柑橘纤维、苹果纤维、小球藻和膳食纤维中的至少一种。
在其中一个实施例中,所述罗伊氏乳杆菌为活菌和/或灭活菌体。
在其中一个实施例中,以重量份数计,所述产品包括0.5份~30份的所述罗伊氏乳杆菌的冻干菌粉、5份~20份的其他益生菌、20份~70份的益生元和0.1份~5份的抗氧化剂,所述冻干菌粉中,所述罗伊氏乳杆菌的含量为1.8×106CFU/g~6.5×1011CFU/g。
附图说明
图1是实施例1中罗伊氏乳杆菌LR99显微镜观察图;
图2是实施例3中服用益生菌或安慰剂前后肠道菌群在属水平的整体组成;
图3是实施例3中服用益生菌或安慰剂六周后肠道菌群在α多样性指数的对比图;
图4是实施例3中服用益生菌或安慰剂后肠道菌群在β多样性指数的对比图;
图5是实施例3中服用益生菌或安慰剂前后肠道菌群在代表性菌种干预前后变化的对比图。
本申请提供的罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri),菌株名为LR99,保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,地址为:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所,保藏编号为CGMCC No.21577,该菌株于2020年12月31日由保藏中心收到并登记入册,且经保藏中心于2020年12月31日检测为存活菌株。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将对本发明进行更全面的描述,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使本发明公开内容更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
本发明一实施方式提供了一种罗伊氏乳杆菌,该罗伊氏乳杆菌的编号为LR99,从健康女性乳汁中分离得到。已于2020年12月31日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC,地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所,邮编100101),分类命名为罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri),保藏号为CGMCCNo.21577。
经验证,上述罗伊氏乳杆菌能够改善普拉德-威利综合征患者的肠道菌群的组成,改善肠道菌群紊乱,预防肥胖或促进饮食引起的体重减轻,并且还能改善普拉德-威利综合征患者的大脑发育,改善患者的社交交往障碍、沟通障碍及提高精细运动能力,可以用于预防或治疗普拉德-威利综合征和自闭症等发育障碍类疾病。
本发明一实施方式还提供了一种上述罗伊氏乳杆菌的制备方法,该制备方法采用高密度发酵制备上述罗伊氏乳杆菌。具体地,该制备方法包括步骤S1~S3。
步骤S1:活化上述罗伊氏乳杆菌。
具体地,对罗伊氏乳杆菌菌行三次活化培养用于提高菌株活力,三次活化培养的温度为37℃,时间为16h~18h。
步骤S2:将活化后的上述罗伊氏乳杆菌接种到发酵罐中发酵培养。
将改良的MRS培养基进行灭菌处理后降温到37℃,以2.5%~3.5%(v/v)的接种量接种到发酵罐进行发酵,每小时检测发酵液的pH和OD值,待发酵到pH和OD值相对平缓则说明菌株到达对数末期即将进入稳定期,发酵完成。然后对发酵液降温、低温离心、收集菌体及磷酸盐缓冲液(PBS)洗涤,制备罗伊氏乳杆菌菌体。
步骤S3:将步骤S2制得的菌体冻干,制成冻干粉。
具体地,将步骤S2制得的菌体与冻干保护剂混合后乳化,然后真空冷冻干燥,制备冻干粉。可选地,冻干保护剂选自脱脂奶粉、海藻糖、低聚果糖、乳糖、葡萄糖、蔗糖、L-抗坏血酸钠、L-苹果酸及L-乳酸中的至少一种。当然,在其他实施例中,冻干保护剂不限于上述,还可以是其他能够在冻干过程中保持菌体活性的物质。可选地,菌体与冻干保护剂的体积之比为1:2~10。
可以理解的是,在一些实施例中,步骤S3可以省略。此时,制备的是罗伊氏乳杆菌的菌体。
上述罗伊氏乳杆菌的制备方法采用高密度发酵制备上述罗伊氏乳杆菌,产量高。
基于上述罗伊氏乳杆菌的上述功能,本发明一实施方式提供一种上述罗伊氏乳杆菌在制备预防或治疗普拉德-威利综合征的产品中的应用。
具体地,预防或治疗普拉德-威利综合征的产品(下文简称“产品”)包括上述罗伊氏乳杆菌和/或上述罗伊氏乳杆菌的发酵产物。可选地,上述罗伊氏乳杆菌的发酵产物是指上述罗伊氏乳杆菌的培养产物,包括位于菌体内的代谢产物和分泌到菌体外的代谢产物中的至少一种。在使用时,取上述罗伊氏乳杆菌培养之后的培养液或将该培养液的进行冻干处理而得到的冻干粉末。或者,取上述罗伊氏乳杆菌培养之后裂解的裂解液或将该裂解液的进行纯化、冻干处理而得到的冻干粉末。
在一些实施例中,上述产品包括上述罗伊氏乳杆菌和制成菌剂所需的辅料。上述产品的活性成分包括上述罗伊氏乳杆菌。在一个可选地具体示例中,上述产品包括上述罗伊氏乳杆菌和冻干保护剂。冻干保护剂如上文所述,此处不再赘述。
在一些实施例中,上述产品还包括其他益生菌。益生菌也作为上述组合物的活性成分。也即是,上述产品包括活性成分,该活性成分包括上述罗伊氏乳杆菌和其他益生菌。可选地,其他益生菌选自乳酸杆菌(Lactobacillus)、双歧杆菌(Bifidobacterium)、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)、、乳球菌(Lactococcus)、丙酸杆菌(Propionibacterium)、明串球菌(Leuconostoc)、葡萄球菌(Staphylococcus)、芽孢杆菌(Bacillus)、片球菌(Pediococcus)、大肠杆菌(Escherichia.coli)(例如Nissle1917)、普雷沃氏杆菌(Prevotella)、粪栖杆菌(Faecalibacterium)、布劳特氏菌(Blautia)、拟杆菌(Bacteroidetes)、厚壁菌(Firmicutes)和酵母菌中的至少一种。
在一个可选地具体示例中,乳酸杆菌选自植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)、发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、卷曲乳杆菌(Lactobacillus crispatus)、保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)、德氏乳杆菌乳亚种(Lactobacillus delbrueckii subsp. Lactis)、格氏乳杆菌(Lactobacillus gasseri)、约氏乳杆菌(Lactobacillus johnsonii)、副干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)、罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)、鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus唾液乳杆菌(Lactobacillus salivarius)、清酒乳杆菌(Lactobacillus sakei)和瑞士乳杆菌(Lactobacillus helveticus)中的至少一种。
在一个可选地具体示例中,双歧杆菌选自青春双歧杆菌(Bifidobacterium adolescentic)、短双歧杆菌(Bifidobacterium breve)、长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)、婴儿双歧杆菌(Bifidobacterium infantis)、两歧双歧杆菌(Bifidobacterium bifidum)、动物双歧杆菌(Bifidobaterium animalis)和乳双歧杆菌(Bifidobaterium lactis)中的至少一种。
在一个可选的具体示例中,乳球菌选自乳酸乳球菌乳酸亚种(Lactococcus Lactis subsp. Lactis)、乳酸乳球菌乳脂亚种(Lactococcus Lactis subsp. Cremoris)和乳酸乳球菌双乙酰亚种(Lactococcus Lactis subsp. Diacetylactis)中的至少一种。
在一个可选的具体示例中,丙酸杆菌选自费氏丙酸杆菌谢氏亚种(Propionibacterium freudenreichii subsp.Shermanii)和产丙酸丙酸杆菌(Propionibacterium acidipropionici)中的至少一种。明串球菌为肠膜明串珠菌肠膜亚种(Leuconostoc mesenteroides subsp. Mesenteroides)。片球菌选自乳酸片球菌(Pediococcus acidilactici)和戊糖片球菌(Pediococcus pentosaceus)中的至少一种。葡萄球菌选自小牛葡萄球菌(Staphylococcus vitulinus)、肉葡萄球菌(Staphylococcus xylosus)和木糖葡萄球菌(Staphylococcus carnosus)中的至少一种。芽孢杆菌为凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)。酵母菌选自马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、产朊假丝酵母(Cadida atilis)、乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)和卡氏酵母(Saccharomyces carlsbergensis)中的至少一种。可以理解的是,本实施方式中的其他益生菌不限于上述,还可以是除其他LR99外的益生菌。
在一些是实施例中,上述产品还包括益生元。通过益生元促进上述罗伊氏乳杆菌的定植及繁殖,同时也促进肠道中的其他益生菌的生长。可选地,益生元选自菊粉、洋蓟提取物、菊苣根提取物、菊芋根提取物、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽、低聚木糖、水苏糖、低聚甘露糖、低聚阿拉伯糖、抗性糊精和抗性淀粉中的至少一种。当然,在其他实施例中,上述组合物中的益生元不限于上述,还可以是其他可以促进益生菌生长和繁殖的物质。
在一些实施例中,上述产品还包括营养物质,所述营养物质选自4-氨基丁酸(GABA)、色氨酸、番茄红素、β-胡萝卜素、维生素B6、维生素B12、辅酶Q10、牛磺酸、果胶、β-葡聚糖、岩藻糖、卡拉胶、瓜尔豆胶、柑橘纤维、苹果纤维、小球藻、苜蓿粉、青汁粉和膳食纤维中的至少一种。
在一些实施例中,上述产品还包括抗氧化剂。具体地,抗氧化剂选自生育酚、类胡萝卜素、抗坏血酸/维生素C、抗坏血酸棕榈酸酯、多酚、谷胱甘肽和超氧化物歧化酶中的至少一种。
在一些实施例中,在上述产品中,上述罗伊氏乳杆菌的质量百分含量为1%~30%。进一步地,上述罗伊氏乳杆菌的质量百分含量为1%~20%。可选地,在上述产品中,上述罗伊氏乳杆菌的活菌含量为1.2×106CFU/g~1.6×1012CFU/g。进一步地,上述罗伊氏乳杆菌的活菌含量为3.0×1010 CFU/g~2.0×1011CFU/g。
在一些实施例中,上述产品中的罗伊氏乳杆菌为活菌。在另一些实施例中,上述产品中的罗伊氏乳杆菌为罗伊氏乳杆菌的灭活菌体。在另一些实施例中,上述产品中的罗伊氏乳杆菌为罗伊氏乳杆菌活菌和罗伊氏乳杆菌的灭活菌体的混合物。
上述产品的剂型没有特别限制,例如可以是粉剂、锭剂、片剂或胶囊剂等。
在一些实施例中,以重量份数计,上述产品包括罗伊氏乳杆菌冻干粉10份~30份、低聚果糖15份~25份、山梨糖醇或麦芽糖醇40份~65份、和硬脂酸镁5份~10份,其中,在上述产品中,罗伊氏乳杆菌的含量为1.2×106 CFU/g~1.5×1010CFU/g。
在一些实施例中,以重量份数计,上述产品包括0.5份~30份的罗伊氏乳杆菌LR99冻干菌粉、1份~20份的其他益生菌、20份~80份的益生元、2份~10份的营养物质和0.1份~10份的抗氧化剂。其他益生菌、益生元、营养物质和抗氧化剂如上述,此处不再赘述。可以理解的是,营养物质可以省略,使用时另行添加即可。进一步地,上述组合物包括1份~10份的罗伊氏乳杆菌LR99冻干菌粉、1份~10份的其他益生菌、30份~80份的益生元、2份~5份的营养物质和0.5份~10份的的抗氧化剂。可选地,在上述产品中,罗伊氏乳杆菌的含量为1.8×106CFU/g~6.5×1011CFU/g,其它益生菌的单菌的含量为1×106CFU/g~6×109CFU/g。进一步地,罗伊氏乳杆菌的含量为2.5×107CFU/g~1×1011CFU/g。
上述产品包括上述罗伊氏乳杆菌和/或上述罗伊氏乳杆菌的发酵产物,能改善肠道菌群紊乱,预防肥胖或促进饮食引起的体重减轻,并且还能改善普拉德-威利综合征患者的大脑发育,改善患者的社交交往障碍、沟通障碍及提高精细运动能力,可以用于预防或治疗普拉德-威利综合征和自闭症等发育障碍类疾病。
在一些实施例中,上述产品为药品,制备该药品的原料包括上述罗伊氏乳杆菌和/或上述罗伊氏乳杆菌的发酵产物、和药学上可接受的辅料。
此外,基于上述罗伊氏乳杆菌的上述功能,本发明一实施方式还提供了一种上述罗伊氏乳杆菌在制备预防或治疗肠道菌群紊乱的产品中的应用。具体地,预防或治疗肠道菌群紊乱的产品的具体组成参照预防或治疗普拉德-威利综合征的产品,此处不再赘述。
此外,基于上述罗伊氏乳杆菌的上述功能,本发明一实施方式还提供了一种上述罗伊氏乳杆菌在制备预防或治疗自闭症的产品中的应用。具体地,预防或治疗自闭症发育障碍的产品的具体组成参照预防或治疗普拉德-威利综合征的产品,此处不再赘述。
另外,基于上述罗伊氏乳杆菌或上述组合物的功能,本发明一实施方式还提供了一种用于预防或治疗普拉德-威利综合征、肠道紊乱和/或自闭症的方法,该方法包括服用上述产品,其中,以产品中的益生菌的数量计,剂量为3.0×106CFU/kg体重/天~1.2×1011CFU/kg体重/天。进一步地,以产品中的微生物的数量计,剂量为1.0×106CFU/kg体重/天~6.0×1010CFU/kg体重/天。
具体实施例
以下结合具体实施例进行详细说明。以下实施例如未特殊说明,则不包括除不可避免的杂质外的其他组分。实施例中采用试剂和仪器如非特别说明,均为本领域常规选择。实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规条件,例如文献、书本中所述的条件或者生产厂家推荐的方法实现。
实施例1
从健康女性的乳汁中采用厌氧培养法分离一株菌株,经16S rRNA全长测序鉴定和质谱鉴定,该菌株是新菌株,,属于罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri),命名为罗伊氏乳杆菌LR99(或称“LR99”)。该菌株已于2020年12月31日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC,地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所,邮编100101),分类命名为罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri),保藏号为CGMCC No.21577。
罗伊氏乳杆菌LR99的分类学特征:
(1)显微镜下观察罗伊氏乳杆菌LR99,结果如图1所示。
(2)理化试验结果如表1和2所示。
表1
Figure 241909DEST_PATH_IMAGE001
由表1可知,罗伊氏乳杆菌LR99为革兰氏阳性菌,不形成芽孢,无运动性,接触酶阴性,氧化酶阴性,厌氧,适宜培养温度为37℃。
表2
Figure 690208DEST_PATH_IMAGE002
表2中“+”表示能够代谢,“-”表示无法代谢。
由表2可知,罗伊氏乳杆菌LR99能够代谢核糖、木糖、麦芽糖、乳糖、棉子糖、菊粉、淀粉、甘露糖、蜜二糖、半乳糖、蔗糖、L-阿拉伯糖和水杨苷,但不能代谢海藻糖、松三糖、果糖、纤维二糖、葡萄糖酸钠、甘露醇和山梨醇。
罗伊氏乳杆菌LR99的人工胃液和肠液耐受性:
测试罗伊氏乳杆菌LR99的人工胃液和肠液耐受性,同时以目前实验室保存的,从市售益生菌产品中分离的耐酸性能极好、可以通过胃肠道存活的罗伊氏乳杆菌DSM17938作为对比。
罗伊氏乳杆菌DSM17938和罗伊氏乳杆菌LR99在人工胃酸(pH=3)和人工肠液(pH=8)中的存活率检测结果如表3所示。
表3
Figure 768148DEST_PATH_IMAGE003
由表3可知,罗伊氏乳杆菌DSM17938在人工胃液中处理1h时活菌存活率71.2%,处理1.5h活菌存活率33.1%,而罗伊氏乳杆菌LR99处理1h时活菌存活率93.1%,处理1.5h活菌存活率69.7%,这表明罗伊氏乳杆菌LR99具有相对较好的耐胃酸能力,可以大部分顺利通过胃到达肠道发挥作用。
由表3可知,罗伊氏乳杆菌DSM17938在人工肠液(pH=8)中处理1小时活菌存活率25.8%,处理2小时后的存活率为18.5%;而罗伊氏乳杆菌LR99在人工肠液中处理1小时活菌存活率48.8%,处理2h后的存活率为37.8%。
上述结果表明,经过人工胃液和肠液消化后罗伊氏乳杆菌LR99仍能较好的存活,罗伊氏乳杆菌LR99相对商业化菌株具有较好耐消化液能力,可以在肠道内顺利存活并定殖。
罗伊氏乳杆菌LR99毒力实验及安全性检测:
(1)将罗伊氏乳杆菌LR99接种于MRS液体培养基中,37℃厌氧培养48小时,计数培养液中罗伊氏乳杆菌LR99活菌数为3.2×109CFU/mL,然后将培养液原液经口以20.0mL/kg体重的比例连续给小鼠(健康雄性BALB/C小鼠,6~8周龄,体重16~18g,维持室温(25±2℃),相对湿度(55±2)%,12h/12h光照,自由进食和饮水)灌胃3天,之后再观察7天。同时将MRS液体培养基以20.0mL/kg体重的量灌胃小鼠作为对照组。
结果显示,与对照组相比,罗伊氏乳杆菌LR99的培养物原液,未观察到两组受试小鼠有毒性反应或死亡,小鼠体重增长也无统计学差异(p>0.05)。
(2)采用SN/T 1944-2007《动物及其制品中细菌耐药性的测定》方法,评估罗伊氏乳杆菌LR99的抗生素敏感性能。
结果显示,罗伊氏乳杆菌LR99对氨苄西林(Ampicillin)、青霉素G(PenicillinG)、红霉素(Erythromycin)、氯霉素(Chloramphenicol)、克林霉素(Clindamycin)、万古霉素(Vancomycin)和四环素(Tetracycline)等敏感。符合欧洲食品安全委员会(EuropeanFoodSafety Authority)对食用细菌耐药性评价规范中的要求;并且罗伊氏乳杆菌LR99不含外源抗生素耐药基因,食用安全。
实施例2
本实施例用于说明罗伊氏乳杆菌LR99高密度发酵及冻干菌粉的制备过程。
(1)将罗伊氏乳杆菌LR99在采用改良MRS培养基中进行厌氧培养,获得发酵用菌种。
(2)对罗伊氏乳杆菌LR99进行三次活化培养用于提高菌株活力,三次活化培养的温度为37℃,时间为16h,菌株活化完成后,对罗伊氏乳杆菌LR99株菌进行生长曲线检测,结果如表4所示。
表4
Figure 694515DEST_PATH_IMAGE004
由罗伊氏乳杆菌LR99的生长曲线检测结果可知,罗伊氏乳杆菌LR99到达生长对数末期的时间点,即发酵收获点。对罗伊氏乳杆菌LR99种子进行培养达到对数末期时进行收获。收获的种子冷藏在4℃冰箱。
(3)发酵罐上罐:将改良的MRS培养基进行灭菌处理后迅速降温到37℃,以3%接种量接种到发酵罐进行发酵,每小时检测发酵液的pH和OD值,待发酵到pH和OD值相对平缓则说明菌株到达对数末期即将进入稳定期,此时发酵完成,立即进行降温,发酵液进行低温离心、收集菌体,磷酸盐缓冲液(PBS)洗涤后,加冻干保护剂(脱脂奶粉)后进行乳化,完成后进行真空冷冻干燥,得到菌粉,将制备的冻干菌粉放置于-20℃以下保存。其中,经检测,发酵液中的活菌数为2.75×109CFU/mL,乳化液中的活菌数为4.7×1010 CFU/mL,冻干粉中的活菌数为1.55×1011 CFU/g。
实施例3
本实施例用于说明罗伊氏乳杆菌LR99能改善普拉德-威利综合征患者的肠道菌群的组成,减轻体重,减缓肥胖,同时还能改善大脑发育,改善患者的生长发育状况,改善自闭症症状。具体地如下:
受试者和招募:公开招募71名年龄在0.5至22岁的普拉德-威利综合征患者随机分配为益生菌组或安慰剂组,进行为期12周的随机、双盲、安慰剂对照试验。
入选标准:经遗传学证实患有PWS;四周内没有服用过任何形式的益生菌;服用稳定药物至少四周;在试验期间没有计划的药物和心理干预措施;愿意及时提供粪便样本;愿意参与研究和访谈过程,并且没有其他遗传疾病、怀孕或哺乳情况。根据IRB要求,研究方案获得了受试者父母或法定监护人的知情同意书,是根据赫尔辛基宣言进行的。
方法:随机法和盲法测试,采用随机双盲安慰剂对照设计,由不属于团队的统计学家对受试者进行随机分配隐藏,使每个身份不明的受试者生成随机抽样数。由北京华元生物技术研究院提供了外观相同的编码益生菌(罗伊氏乳杆菌LR99)和安慰剂,以确保分配隐藏,保持盲点。这些患者被分配每日接受罗伊氏乳杆菌LR99(6×1010CFU)或安慰剂条包,治疗第6周和12周时比较两组的BMI、ASQ-3、和GARS-3。
材料:益生菌组为条包形式粉状的罗伊氏乳杆菌LR99。每袋罗伊氏乳杆菌LR99包含3×1010集落形成单位(CFU);安慰剂为同样包装的麦芽糊精,颜色、味道和风味与罗伊氏乳杆菌LR99条包相似。受试者每天两次用水口服一袋罗伊氏乳杆菌或安慰剂,持续12周。麦芽糊精作为补充剂,具有最小的副作用,作为安慰剂麦芽糊精的不良反应也最小。
一、初级测量
1.由父母使用标准秤测量体重和身高,并由研究人员收集,使用WHO提供的年龄增长作为参考,将体重、身高和BMI转换为z评分。
2.心理测试:
(1)儿童发育筛查量表第三版(ASQ-3)。ASQ-3是最广泛使用的针对儿童青少年的发育筛查工具之一,具有五个维度:交流,总动力,精细动力,解决问题和个人社交。根据五个维度计算受试者总分数以评估试验效果。
(2)基于葛氏自闭症评定量表(第三版)(GARS-3)由56个项目组成,描述了自闭症患者的特征行为。这些项目分为六个子量表:限制性重复行为(RRB),社交互动(SD),社交沟通(SC),情绪反应(ER),认知风格(CS)。以及适应不良的语言(MS)。计算总分和分量表。所采用的4分制(0-3)的限制性和重复性行为(RRB)。根据以上行为计算受试者总分数以评估试验效果。
二、二级测量
1、粪便微生物组
(1)样品处理和收集
用含有1mL保存溶液的DNA/RNA屏蔽粪便收集管(Zymo, Cat#R1101)收集粪便样品,并通过冰袋将其运送至实验室,然后在-80℃下冷冻。根据制造商的说明,使用TIANmap粪便DNA试剂盒提取DNA(TIANGEN,目录号DP328),并使用Nanodrop分光光度计对DNA样品进行仔细定量。测量A260/A280的比例以确认高纯度DNA的产量。将DNA样品在-20℃冷冻直至使用。
(2)16S rRNA基因扩增子测序
通过两轮PCR,使用以下引物构建16S rRNA V3-V4文库:
V3-V4通用引物341F(CCTACGGGNBGCASCAG,SEQ ID No.1)和 805R(GACTACNVGGGTATCTAATCC,SEQ ID No.2)
通过(95℃ 2min,然后在95℃ 30s,55℃ 30s,和72℃ 30s反应过程进行25个循环,然后在72℃最终延伸5min。用1×KAPA AMPure(KAPA,目录号KK8002)纯化PCR产物。然后,使产物经历第二个PCR反应步骤(95℃ 2min,然后在95℃ 30s,55℃ 30s和72℃ 30s进行八个循环,最后在72℃下放置延伸5min)。1× KAPA AMPure纯化PCR产物,并使用Bioanalyzer DNA试剂盒通过实时PCR进行定量分析。
数据分析
所有原始数据均在Microsoft Excel 2007和R中记录和处理。数据显示遵循CONSORT建议,用于报告双盲随机临床安慰剂对照试验的结果。使用α=0.05作为显着性水平进行统计学程序。应用Wilcoxon秩和检验来探索基线上体重、身高的z得分,儿童发育筛查量表ASQ-3、葛氏自闭症评定量表(GARS-3)的总分和子得分,每个项目在0~6周和0~12周的变化。线性混合模型也用于分析重复测量。
使用错误发现率(FDR)来调整多个比较结果。使用与主要结果相似的方法分析了次要结果。另外,进行线性回归以检查临床指标和微生物组组成之间的相关性。
微生物组数据处理和分析:
质控使用QIIME2(v2019.10)过滤测序读数。使用Deblur对默认参数进行去噪,并通过扩增子序列变体(ASVs)获得样品的丰度表。使用QIIME2计算Alpha多样性。Bray-Curtis距离用于表征微生物组β多样性。使用基于sklearn的分类器分类法分配ASV,该分类器在与Greengenes v13.8相似度为99%的序列上进行训练。通过Kruskal–Wallis测试确认安慰剂组和益生菌组的微生物门、属和α多样性的相对丰度之间存在显着差异。基于Benjamini-Hochberg(BH)调整的错误发现率(FDR)用于多重比较。
PICSRUSt2用于根据ASV的丰富表来推断微生物的功能含量,然后生成《京都基因与基因组百科全书》(KEGG)直系同源物(KO),酶分类号和途径丰度表。使用基于排列的非参数测试对益生菌和安慰剂组之间的比率进行差异分析,并用Calour绘制最显著的差异特征。来自16s rRNA Illumina扩增子测序的所有原始数据已保存在美国国家生物技术信息中心(NCBI)序列读取档案(SRA,PRJNA643297)中。
结果
1.PWS受试者的人口统计学特征
表5概述了参与者的人口统计学特征没有观察到组间差异(P>0.05)。71人中,有15人脱落,实际人数为56人。
表5
Figure 40046DEST_PATH_IMAGE005
没有观察到严重的不良事件,所有观察到的不良事件和辍学的主要原因的结果在益生菌组和安慰剂组之间没有显着差异(P>0.05)。
2.益生菌对体重、心理测量的影响
在整个治疗过程中,人体测量数据被收集和分析。益生菌组从6周到12的体重与干预前相比,随时间下降差异达到显著,而安慰剂组则没有显著差异(表6)。
表6
Figure 393667DEST_PATH_IMAGE006
心理测量(包括GARS-3和ASQ-3)得分,经线性混合效应模型分析观察到,益生菌组比安慰剂组有改善趋势。与安慰剂组相比,益生菌组的症状整体改善更明显(表7,P<0.05)。
表7
Figure 457438DEST_PATH_IMAGE007
2.益生菌组微生物组成和功能的变化
测序后,总共获得了3198401个原始读序,每个样本平均获得了49206.169个读序(范围为29501~71027个)。在干预过程中,两组中PWS个体的肠道微生物组组成差异丰富。特定细菌类群的总体相对丰度级别如图2(图2中“12W”指12周,“6W”指6周,“baseline”指0周,“PLA”指安慰剂组,“LR99”指益生菌组)所示。6周后,与安慰剂组相比,益生菌组中的α多样性略有增加,差异不显著(图3,“Placebo”表示安慰剂组,“Probiotics”代表益生菌组,其他附图中同理)。
通过排列多元方差分析(PERMANOVA)分析的β多样性PCoA结果显示,益生菌组和安慰剂组能明显分离(F值=1.9018,R2=0.022667,P =0.025,图4)。
为了表征整个干预过程中可能具有临床意义的细菌的丰度变化,介绍了几个选定细菌属和科的倍数变化,如图5所示。益生菌组在第6周和第12周时,相对于基线,大肠志贺氏菌(Escherichia-Shigella),卟啉单胞菌(Porphyromonas),扭链胃球菌(Ruminococcus- torques group)和拟杆菌(Bacteroides)的相对丰度比基线降低。在益生菌组中,有益菌属,如双歧杆菌(Bifidobacterium)、乳杆菌(Lactobacillus)和粪栖杆菌(Faecalibacterium),另枝菌(Alistipes)和罗氏菌(Roseburia)在12周时相比基线增加。
表8显示的预测的KEGG途径和预测的KO的分析结果进一步比较了益生菌和安慰剂组的基因表达。
表8
Figure 187497DEST_PATH_IMAGE008
功能基因预测分析表明,在12周的治疗期后,益生菌组中的几个基因的丰度发生了明显变化。各种类型的N.聚糖、类胡萝卜素、类固醇、类黄酮、和姜醇的生物合成明显增加,钙信号通路明显增加,而脂多糖生物、泛醌和其他萜类醌的生物合成降低,矿物质吸收和脂多糖生物合成蛋白减少。
4.肠道菌群丰度与临床指标之间的相关性
临床指标与细菌属的丰度相关。益生菌组中发现了两种相关性,而安慰剂组中没有发现相关性。益生菌组的BMI指数与双歧杆菌科存在负相关(p<0.05),ER、RRB评分与Alistipes之间存在负向相关(p<0.05)。益生菌组的BMI指数与Faecalibacterium存在负相关(p<0.05)(表9)。
表9
Figure 387534DEST_PATH_IMAGE009
在益生菌组,BMI在第6周(p= 0.0329)和12周(p= 0.0028)的均显著降低。在发育障碍方面,主要症状,例如社交沟通(p= 0.007)、社交互动(P=0.037)、精细运动功能(P=0.027)等显著改善。此外,与安慰剂组相比,益生菌组的ASQ-3总得分(p=0.032)也显著改善。
除了在肥胖和自闭症症状上的改善,益生菌治疗还改变了患者的微生物组的组成,有利于减肥和肠道健康的菌群得以加强,肠道菌群编码的基因中与钙信号,抗炎反应,抗氧化剂产生和碳水化合物代谢有关的基因的丰度得以加强。
此外,为了探讨干预方案与预后的关系,研究评估了接受活性益生菌和安慰剂的受试者的ROC曲线,并根据BMI,儿童发育筛查量表和自闭症评定量表GARS-3指数得出了AUC得分可以达到0.9(95%CI = 0.7-1)。同样,使用肠道微生物基因组的特定功能基因分类进行预测,其AUC为0.801(95%= 0.713-0.899)。说明益生菌干预后,肠道菌群的改变可以很好地预测预后。
综上,研究发现,56名PWS患者在为期12周的随机、双盲和安慰剂对照实验中,罗伊氏乳杆菌LR99受试者的体重明显降低,部分沟通障碍及运动协调性有明显改善。本研究为罗伊氏乳杆菌LR99作为PWS患者的早期干预提供了新的证据。并且,本研究发现治疗后的益生菌组和安慰剂组之间的肠道微生物组β多样性存在明显差异,坚持控制饮食时,基线β多样性与长期体重减轻直接相关。因此,补充罗伊氏乳杆菌LR99具有改善肠道菌群构成、预防肥胖或促进饮食引起的体重减轻的作用。并且,补充罗伊氏乳杆菌LR99还可以改善儿童和青少年的生长发育状况,特别是社交沟通,社交互动和精细运动功能,改善最为明显。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
序列表
<110> 北京华元生物技术研究院
<120> 罗伊氏乳杆菌在制备预防或治疗发育障碍类疾病产品中的应用
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 17
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
cctacgggnb gcascag 17
<210> 2
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
gactacnvgg gtatctaatc c 21

Claims (8)

1.一种罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)在制备预防或治疗发育障碍类疾病的药品中的应用,其特征在于,所述罗伊氏乳杆菌为保藏号为CGMCC No.21577,所述发育障碍类疾病为普拉德-威利综合征或自闭症。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述药品还包括其他益生菌。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,所述其他益生菌选自乳酸杆菌、双歧杆菌、嗜热链球菌、乳球菌、丙酸杆菌、明串球菌、葡萄球菌、芽孢杆菌、片球菌、大肠杆菌和酵母菌中的至少一种,所述丙酸杆菌为费氏丙酸杆菌谢氏亚种;所述明串球菌为肠膜明串珠菌肠膜亚种;所述片球菌选自乳酸片球菌和戊糖片球菌中的至少一种;所述葡萄球菌选自小牛葡萄球菌、肉葡萄球菌和木糖葡萄球菌中的一种;所述芽孢杆菌为凝结芽孢杆菌,所述大肠杆菌为Nissle1917。
4.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,所述乳酸杆菌选自植物乳杆菌、发酵乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、卷曲乳杆菌、保加利亚乳杆菌、德氏乳杆菌乳亚种、格氏乳杆菌、约氏乳杆菌、副干酪乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、唾液乳杆菌、清酒乳杆菌和瑞士乳杆菌中的至少一种;
及/或,所述双歧杆菌选自青春双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、两歧双歧杆菌、动物双歧杆菌、长双歧杆菌和乳双歧杆菌中的至少一种;
及/或,所述乳球菌选自乳酸乳球菌乳酸亚种、乳酸乳球菌乳脂亚种和乳酸乳球菌双乙酰亚种中的至少一种;
及/或,所述酵母菌选自马克斯克鲁维酵母、酿酒酵母、产朊假丝酵母、乳酸克鲁维酵母和卡氏酵母中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述药品还包括益生元,所述益生元选自菊粉、菊苣根提取物、菊芋根提取物、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、水苏糖、低聚甘露糖、低聚阿拉伯糖、抗性糊精和抗性淀粉中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述药品还包括4-氨基丁酸、色氨酸、番茄红素、β-胡萝卜素、维生素B6、维生素B12、辅酶Q10、牛磺酸、果胶、β-葡聚糖、岩藻糖、卡拉胶、瓜尔豆胶、柑橘纤维、苹果纤维、小球藻和膳食纤维中的至少一种。
7.根据权利要求1~6任一项所述的应用,其特征在于,所述保藏号为CGMCC No.21577的罗伊氏乳杆菌为活菌。
8.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,以重量份数计,所述药品包括0.5份~30份的所述罗伊氏乳杆菌的冻干菌粉、5份~20份的其他益生菌、20份~70份的益生元和0.1份~5份的抗氧化剂,所述冻干菌粉中,所述罗伊氏乳杆菌的含量为1.8×106CFU/g~6.5×1011CFU/g。
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