CN117511767A - 一株长双歧杆菌及其在改善孤独症谱系障碍中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一株长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)，其名称为LSLMRS3，保藏编号为CCTCC NO：M20231055。上述长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)LSLMRS3从临床FMT供体菌液中首次分离获得，其能改善ASD患者的探索行为和自发活动行为、改善ASD患者中焦虑抑郁样行为和社交行为活动，有助于孤独症谱系障碍的益生菌治疗研究及应用。

Description

一株长双歧杆菌及其在改善孤独症谱系障碍中的应用
技术领域
本发明涉及生物医药技术领域，尤其涉及一株长双歧杆菌(Bifidobacteriumlongum)及其在改善孤独症谱系障碍中的应用，上述菌株从临床粪菌移植(Fecalmicrobiota transplantation，FMT)供体菌液中分离获得。
背景技术
孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder，ASD)是一类以严重孤独、缺乏情感反应、语言发育障碍、刻板重复动作等反应为特征的发育障碍疾病。美国疾控中心2018年统计数据显示，孤独症发病率高达1/59。在中国孤独症逐渐呈高发趋势，发病率高达1％。研究发现肠道菌群失调与孤独症谱系障碍的发生发展具有相关性。
长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)是自然存在于人类胃肠道中的革兰氏阳性棒状细菌，是婴儿在通过母亲阴道时最早在肠道内定植的细菌之一。长双歧杆菌属于益生菌。长双歧杆菌包括婴儿双歧杆菌和猪双歧杆菌亚种。作为人体内健康的肠道菌群，长双歧杆菌能增强免疫力、降低传染病、减轻和治疗胃肠道感染、治疗焦虑和抑郁症和改善腹泻、便秘等。
现已有不少研究发现益生菌在改善情绪和调节宿主行为方面的有益作用，当益生菌治疗能显著改善肠易激综合征，炎症肠道疾病和肝性脑病患者的胃肠道症状、神经症状、焦虑抑郁情绪和认知能力，使患者生活质量明显提高。因此，基于益生菌可以保护肠黏膜屏障、抑制致病菌过度增长、增强免疫功能、缓解胃肠道症状，并通过肠-脑轴影响大脑和行为的功能等，益生菌治疗有望成为孤独症谱系障碍(ASD)的辅助治疗手段。
随着对肠道菌群-肠-脑轴研究的不断深入，人们已经发现肠道菌群可通过直接或间接的途径影响动物的大脑神经发育与动作行为，对机体健康产生重要的影响。益生菌可通过迷走神经、神经免疫系统、神经递质、微生物代谢产物等途径调节肠道菌群组成，从而缓解神经性疾病。目前，已知可用于防治神经性疾病的益生菌大部分属于乳酸菌，而作为人类肠道发育早期优势菌长双歧杆菌也被发现具有积极调控作用。作为一类独特的益生菌，长双歧杆菌显著区别于其他菌株的特性是其需要严格的厌氧环境并且在结肠定植等，这也赋予其特有的益生功能，但鲜少报道使用长双歧杆菌制品来改善ASD等神经发育障碍性疾病方面的研究，对于长双歧杆菌的生理活性及其生物学效应机理也仍需深入研究，以实现长双歧杆菌为促进人类的身体健康发挥更大作用。
发明内容
为了克服现有技术中的至少一个问题，本发明提供一株分离自临床FMT供体菌液的长双歧杆菌分离株，该菌株能改善ASD患者的探索行为和自发活动行为，且对ASD小鼠的焦虑抑郁样行为和社交行为活动具有改善作用，可将其用于改善孤独症谱系障碍的研究和应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一株长双歧杆菌LSLMRS3，其保藏编号为CCTCC NO：M20231055，其分类命名为Bifidobacterium longum，保藏日期为2023年06月19日，保藏单位为中国典型培养物保藏中心(简称CCTCC)，保藏单位地址为中国.武汉.武汉大学。
进一步地，所述长双歧杆菌LSLMRS3的16S rRNA的序列如SEQ ID No.1所示。
进一步地，所述长双歧杆菌LSLMRS3的形态特征为：在哥伦比亚血平板培养呈较小、圆形、光滑、半透明白色菌落；经革兰染色后镜下呈紫色、典型双歧杆菌形态。
本发明的第二个方面是提供一种微生物菌剂，其包含本发明的第一个方面中任一所述的长双歧杆菌的菌体、芽胞、培养液中的至少一种。
进一步地，所述微生物菌剂为长双歧杆菌的冻干菌粉，所述冻干菌粉的制备包括步骤：将发酵所得菌液离心浓缩，与抗冻剂及赋形剂混合，预冻，冷冻干燥，磨细混匀。具体地，将发酵所得菌液4℃离心浓缩，与抗冻剂(甘露醇，10-100g/L)以及赋形剂(脱脂乳粉，50-200g/L)等混合后，-40℃预冻1-2小时，放入真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥15-25小时，磨细混匀。可理解的是，上述抗冻剂和赋形剂也可为本领域其他常规使用的试剂。
进一步地，所述冻干菌粉的活菌浓度为1×107～1×109CFU/g；具体地，可为：1×107～5×107CFU/g、5×107～1×108CFU/g、1×108～5×108CFU/g、5×108～1×109CFU/g等等；更优选地，选取1×108～1×109CFU/g的冻干菌粉用于制备菌悬液。
进一步地，所述微生物菌剂可用于制备长双歧杆菌的菌悬液，所述菌悬液的制备包括步骤：将长双歧杆菌的冻干菌粉悬浮于PBS溶液中制备PBS菌悬液，所述PBS菌悬液中的活菌浓度为1×108～1×1010CFU/mL(例如108-109CFU/mL、109-1010CFU/mL等)。
本发明的第三个方面是提供一种如本发明第一个方面中任一所述的长双歧杆菌、或如本发明第二个方面中任一所述的微生物菌剂在制备用于改善孤独症谱系障碍的产品中的应用。可理解的是，上述改善孤独症谱系障碍包括预防和/或治疗孤独症谱系障碍疾病。
进一步地，所述产品可用于患有孤独症的哺乳动物，所述哺乳动物选自啮齿目动物、偶蹄目动物、奇蹄目动物、兔形目动物、灵长目动物等。进一步地，所述啮齿目动物优选鼠；所述灵长目动物优选为猴、猿或人。
进一步地，所述应用为制备用于改善ASD患者的探索行为和自发活动行为的产品。
进一步地，所述应用为制备用于改善ASD患者的焦虑抑郁样行为和/或改善社交行为活动(包括改善社交新颖性缺陷)的产品。
进一步地，所述产品包括食品、保健品或药物。
进一步地，所述产品的剂型包括固体、液体、凝胶、半流质、气雾或粉剂。
进一步地，所述药物中还包括药学上可接受的载体或辅料。
“药学上可接受的”是指当药物适当地给予动物或人时，它们不会产生不利的、过敏的或其它不良反应。“药学上可接受的载体或辅料”应当与有效成分相容，即能与其共混而不会在通常情况下大幅度降低药物的效果，上述载体或辅料均为本领域常规使用的物质，根据实际需要以用于帮助配方的稳定性或有助于提高活性或生物有效性或在口服的情况下产生可接受的口感或气味。
进一步地，在一具体实施方式中，在上述应用中，给予ASD小鼠长双歧杆菌LSLMRS3菌株灌胃处理；每次108-109CFU(使用PBS悬浮菌液)，每两天灌胃一次，其中PBS悬浮菌液中活菌浓度为109-1010CFU/mL，每次灌胃量为0.1-0.2mL。
与现有技术相比，本发明采用上述技术方案具有以下有益效果：
现有技术中用于ASD治疗研究的益生菌疗法鲜有对各种菌种的研究，在ASD益生菌疗法研究中并不能充分代表其治疗方案的选择多样性；本发明首次从临床粪菌移植(Fecalmicrobiota transplantation，FMT)健康供体菌液中分离筛选出一株长双歧杆菌LSLMRS3，其在模拟肠道菌群治疗ASD的实验条件下更具代表性；对于长双歧杆菌的生理活性及其生物学效应机理仍需深入研究。
本发明在分离获得的长双歧杆菌LSLMRS3的基础上，首次提出长双歧杆菌菌株治疗ASD的潜在生物学效应，其能改善ASD患者的探索行为和自发活动行为、改善ASD小鼠的焦虑抑郁样行为和社交行为活动，这为长双歧杆菌在改善ASD的临床应用及作用机制上提供了研究方向。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明仅用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明一实施例中双歧杆菌不同菌种的16S rRNA基因进化树，其中：图中给出序列NCBI登录号、对应菌种及序列所来源的菌株；
图2是本发明一实施例中长双歧杆菌LSLMRS3改善ASD小鼠的探索行为和自发活动行为的结果示意图，其中：(A)小鼠在中央区域滞留时间，(B)小鼠在中央区域运动距离，(C)小鼠代表性运动轨迹图；均值±均值标准差；
图3是本发明一实施例中长双歧杆菌LSLMRS3改善ASD小鼠活动能力的结果示意图；其中：柱状图中给出中位值和四分位数；右图为小鼠代表性运动轨迹；
图4是本发明一实施例中长双歧杆菌LSLMRS3灌胃ASD小鼠的三箱社交实验的结果示意图；其中，A)LSLMRS3改善小鼠的社交行为；(B)LSLMRS3改善社交新颖性缺陷；(C)小鼠的代表性运动轨迹。均值±均值标准差。ns，无统计学差异。
上述长双歧杆菌LSLMRS3已进行保藏，其保藏编号为CCTCC NO：M20231055，其分类命名为Bifidobacterium longum，保藏日期为2023年06月19日，保藏单位为中国典型培养物保藏中心(简称CCTCC)，保藏单位地址为中国.武汉.武汉大学。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。下述实施例中未注明出处的实验材料，均为市售原料。下述实施例中的各步骤中采用的设备均为常规设备。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为质量百分比。除非另有定义或说明，本发明中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1-长双歧杆菌LSLMRS3的分离、筛选与鉴定
本实施例为长双歧杆菌LSLMRS3(Bifidobacterium longum)的筛选及鉴定过程，其具体包括步骤：
(1)菌株LSLMRS3的分离
菌株LSLMRS3分离自临床FMT供体菌液，分离培养基为MRS(de Man,Rogosa,Sharpe)琼脂平板(含蛋白胨10g/L、牛肉膏10g/L、酵母提取物5g/L、柠檬酸二铵2g/L、乙酸钠5g/L、葡萄糖20g/L、吐温80 1mL、硫酸镁0.5g/L、硫酸锰0.25g/L、琼脂15g/L，pH为6.2～6.6)。具体为，将FMT供体菌液按1：10梯度稀释3-4次，取100μL稀释液涂布于MRS琼脂平板，37℃厌氧培养；挑选单菌落，在MRS琼脂平板划线纯化；再次挑选单菌落在MRS琼脂平板或哥伦比亚血平板(科玛嘉)扩培。
(2)菌株LSLMRS3的形态特征观察
菌株LSLMRS3在在哥伦比亚血平板培养呈较小、圆形、光滑、半透明白色菌落；经革兰染色后镜下呈紫色、典型双歧杆菌形态。
(3)菌株LSLMRS3的分子特征鉴定
收集菌体进行16S rRNA基因扩增测序，鉴定菌种。该菌株16S rRNA基因经通用引物27F(AGAGTTTGATCCTGGCTCAG)和1492R(GGTTACCTTGTTACGACTT)扩增。采用商业化试剂盒，如Premix Taq(Ex Taq Version 2.0plus dye)试剂盒，按说明书给定反应体系，DNA模板总量为每反应10ng，反应条件为；98℃10秒、55℃20秒、72℃90秒，以此30个循环；扩增产物通过琼脂糖凝胶电泳检测。产物测序后所得序列如下，其与Bifidobacterium longum菌株KCTC 3128的16S rRNA基因序列(NCBI登录号NR_117506.1)有99.57％一致性，证实其属于长双歧杆菌菌种，即上述菌株鉴定结果为长双歧杆菌。
上述测得的该菌株的16S rRNA基因序列如下：
此外，将该序列与双歧杆菌属不同菌种16S rRNA基因参照序列(下载自NCBI数据库)经MUSCLE软件多序列比对后，采用最大似然法构建进化树(bootstrap值设为1000)，如图1所示，该分离株与长双歧杆菌参照菌株聚在同一分支，进一步表明该菌株为长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)，对上述菌株进行保藏，其保藏编号为CCTCC NO：M20231055。
实施例2-长双歧杆菌LSLMRS3的培养及其菌悬液的制备
本实施例为实施例1筛选获得的长双歧杆菌LSLMRS3的一较佳培养方法及其菌剂和菌悬液的制备方法，其具体步骤包括：
在哥伦比亚血平板或者MRS固体平板划线培养复苏长双歧杆菌LSLMRS3(37℃、厌氧)，挑取单菌落在上述固体培养基涂布培养(37℃、厌氧)，刮取菌体接种于MRS液体培养基或其他适宜的液体培养基37℃厌氧培养，将发酵所得菌液4℃离心浓缩，与抗冻剂如甘露醇(10-100g/L)以及赋形剂如脱脂乳粉(0-200g/L)等混合后，-40℃预冻1-2小时，放入真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥15-25小时，磨细混匀。所得干菌粉的活菌浓度为1×107～1×109CFU/g；具体地，可为：1×107～5×107CFU/g、5×107～1×108CFU/g、1×108～5×108CFU/g、5×108～1×109CFU/g等等。取1×108～1×109CFU/g的冻干菌粉悬浮于PBS溶液中制备活菌浓度为1×108～1×1010CFU/mL菌悬液。
实施例3-长双歧杆菌LSLMRS3在改善孤独症谱系障碍中的应用
本实施例验证了长双歧杆菌LSLMRS3在治疗孤独症谱系障碍(autism spectrumdisorder，ASD)方面的应用，其步骤包括：
(1)丙戊酸诱导法构建ASD小鼠模型；
SPF(specific pathogen free)级C57BL/6雄性幼鼠在出生后第7天腹腔注射丙戊酸(valproic acid，VPA)200mg/kg构建VPA小鼠孤独症模型。窝鼠第14天接受四联抗生素饮水处理，包括甲硝唑200mg/L、氨苄西林/氨苄青霉素200mg/L、盐酸万古霉素100mg/L、硫酸新霉素200mg/L。窝鼠于第21天断奶，继续接受抗生素饮水处理；于第28天恢复饮用正常水，获得ASD小鼠模型。
(2)长双歧杆菌LSLMRS3灌胃处理；
仔鼠第30天，将ASD小鼠随机分为实验组和PBS对照组。实验组给予长双歧杆菌LSLMRS3菌株灌胃处理；每次108-109CFU(使用实施例2制备的109-1010CFU/mL的PBS菌悬液0.1mL)，每两天灌胃一次。PBS对照组给与等体积PBS灌胃处理。灌胃处理4周。
(3)长双歧杆菌LSLMRS3灌胃改善ASD小鼠的社交行为、焦虑行为、自发活动行为和探索行为；
灌胃处理结束后，采用旷场实验、高架十字实验和三厢社交实验检测各组小鼠的探索行为、自发活动行为和/或社交行为活动，各实验均按标准步骤进行。
3-1)旷场实验：采用小鼠旷场实验设备，并用摄像系统来监测动物在旷场中的活动情况，通过VisuTrack视频记录分析软件进行动物轨迹追踪和数据采集分析。具体操作如下：
1)将小鼠从饲养笼里取出，背向实验者放置到旷场的中央区域，实验者迅速离开；
2)迅速开启软件的视频采集或摄像系统的视频录制，记录动物在旷场中10min的活动情况；
3)实验监测时间结束后将小鼠取出并且放回饲养笼内，用75％酒精或实验用消毒水清理整个旷场箱体，等待晾干后更换小鼠继续重复以上实验。
4)数据分析。
测定各组小鼠中央区域滞留时间和中央区域运动距离(图2)，相关指标可反映实验动物探索行为和自发活动行为，进而评价在新异环境中自主行为、探究行为与紧张度。发现长双歧杆菌LSLMRS3灌胃可显著提高VPA处理小鼠在中央区域滞留时间(图2的A部分)和中央区域运动距离(图2的B部分)(较PBS组均p<0.05，t检验)，代表性运动轨迹图见图2的C部分。说明长双歧杆菌LSLMRS3可显著改善ASD小鼠的探索行为和自发活动行为。
3-2)高架十字实验：采用高架十字设备，并用摄像系统来监测动物在高架十字设备中的活动情况，通过VisuTrack视频记录分析软件进行动物的轨迹追踪和数据采集分析。具体操作如下：
1)将小鼠从饲养笼里取出，放置在高架十字迷宫的中心区域，头部朝向封闭臂，实验者迅速离开；
2)迅速开启软件的视频采集或摄像系统的视频录制，记录动物在高架十字设备中5分钟的自由探索活动情况；
3)实验监测时间结束后将小鼠取出并且放回饲养笼内，用75％酒精或实验用消毒水清洁迷宫以消除气味和污渍，等待晾干后更换小鼠继续重复以上实验。
4)数据分析。
上述实验结果见图3，发现长双歧杆菌LSLMRS3灌胃后，ASD小鼠进入开放臂(openarm entry，OE)和封闭臂(closed arm entry，CE)的总次数(OE+CE)，即其活动能力得到显著改善(较PBS组p＝0.03，Mann Whitney检验)。以上结果表明长双歧杆菌LSLMRS3对ASD的焦虑抑郁样表现有改善作用。
3-3)三箱社交实验：采用三箱社交设备，并用摄像系统来监测动物在三箱社交设备中的活动情况，通过VisuTrack视频记录分析软件来进行动物的轨迹追踪和数据采集分析。具体操作如下：
1)适应阶段：将实验动物放入中间隔室，让其自由活动5分钟，使其熟悉环境。
2)社交倾向测试：将陌生动物放入一个外侧隔室的圆柱笼中，另一个外侧隔室放一个空笼子。然后，打开中间隔室与两个外侧隔室之间的通道，让实验动物自由探索。记录实验动物在陌生动物所在隔室和空笼子所在隔室的停留时间，持续10分钟。
3)社交记忆测试：将另一个陌生动物放入之前空笼子所在的隔室，进行社交记忆测试。同样记录实验动物在两个外侧隔室的停留时间，持续10分钟。
4)数据分析。
三箱社交实验第一阶段检测中，PBS对照组小鼠对空笼与陌生小鼠的接触时间相近，不存在偏好性(p>0.05，t检验)，而灌胃长双歧杆菌LSLMRS3的小鼠则表现出对陌生鼠具有更长时间的探索交流(p<0.01，t检验)(图4的A部分)。在第二阶段的测试中，PBS对照组小鼠对经过第一阶段相处后的陌生鼠表现出较大的偏好，而对新进入的陌生鼠偏好性较低，灌胃长双歧杆菌LSLMRS3的小鼠则对新进入的陌生鼠的偏好性高于第一阶段相处后的陌生鼠(均p<0.05，t检验)(图4的B部分)。这表明长双歧杆菌LSLMRS3显著改善了小鼠的社交行为和社交新颖性缺陷。
由上述实施例可知，本发明提供了一株从临床FMT供体菌液中分离获得的长双歧杆菌LSLMRS3，并证实其能促进ASD小鼠的探索行为和自发活动行为、改善ASD小鼠中焦虑抑郁样表现、改善ASD小鼠的改善了小鼠的社交行为和社交新颖性缺陷，有助于孤独症谱系障碍疾病的益生菌治疗研究及应用。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一株长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)，其特征在于，所述长双歧杆菌的名称为LSLMRS3，其保藏编号为CCTCC NO：M20231055。
2.一种微生物菌剂，其特征在于，所述微生物菌剂包含如权利要求1所述的长双歧杆菌的菌体、芽胞、培养液中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种微生物菌剂，其特征在于，所述微生物菌剂为长双歧杆菌的冻干菌粉，所述冻干菌粉的制备包括步骤：将发酵所得菌液离心浓缩，与抗冻剂及赋形剂混合，预冻，冷冻干燥，磨细混匀。
4.根据权利要求3所述的一种微生物菌剂，其特征在于，所述冻干菌粉的活菌浓度为1×107～1×109CFU/g。
5.一种如权利要求1所述的长双歧杆菌、或如权利要求2～4中任一项所述的微生物菌剂在制备用于改善孤独症谱系障碍的产品中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述应用为制备用于改善ASD患者的探索行为和自发活动行为的产品。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述应用为制备用于改善ASD患者的焦虑抑郁样行为和/或改善社交行为活动的产品。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的应用，其特征在于，所述产品包括食品、保健品或药物。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述产品的剂型包括固体、液体、凝胶、半流质、气雾或粉剂。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述药物中还包括药学上可接受的载体或辅料。
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