模擬失重條件下水蘇糖對大鼠腸道雙歧桿菌的影響

沈起兵，劉麗燕，劉同方，曾萍，陳少強，于燕波*

1. 深圳市綠航星際太空科技研究院（深圳 518117）；2. 李錦記（新會）食品有限公司（江門 529156）

在人和動物的腸道中棲息著數量巨大的微生物，統稱為腸道菌群，其跟宿主的生理、代謝和免疫，甚至情緒和認知能力都有關聯[1]，腸道菌群一旦失調會對宿主的健康產生影響。國內外航天微生態學的研究結果表明，航天特因環境會導致航天員腸道菌群失調[2-5]。雙歧桿菌是一種重要的腸道有益微生物，在維持腸道微生態平衡和腸道功能中發揮重要作用。研究發現，水蘇糖能被腸道內的雙歧桿菌利用，促進有益菌雙歧桿菌的增殖[6]。水蘇糖作為一種天然植物功能成分，具有食用安全性高、功能性強、性價比好等優點[7]，是極具開發潛力的航天功能食品原料，能作為載人飛行尤其是中長期飛行任務的有效防護措施，在一定程度上緩解航天特因環境對航天員腸道菌群的不利影響。采用尾吊模擬失重環境，通過在大鼠飼料中添加水蘇糖，觀察食用水蘇糖對大鼠腸道雙歧桿菌的影響，為從膳食營養途徑維護失重條件下腸道微生態的平衡提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 試驗動物與分組

SD大鼠：SPF級，24只，雄性，體重120±10 g，斯貝福（北京）生物技術有限公司，動物生產許可證號SCXK（京）2019-0010。試驗大鼠按體重隨機分為4組，分別為地面對照組（FC組，飼喂基礎飼料）、地面處理組（FTK組，飼喂添加水蘇糖的飼料）、尾吊對照組（SC組，飼喂基礎飼料）、尾吊處理組（STK組，飼喂添加水蘇糖的飼料），SC組和STK組大鼠尾部懸吊，后肢離地無負擔，軀體縱軸與水平呈25°～30°夾角，大鼠前肢接觸籠底，可以自由活動和飲食。

所有大鼠均飼養在SPF級動物房。飼養條件：單養，1只/籠，飼養溫度21～25 ℃，濕度45%～55%，采用12 h/12 h晝夜間斷照明，飼養室條件始終保持穩定，以保證試驗結果的可靠性。試驗期間大鼠全天自由進食飲水，飼料根據分組情況而定，添加水蘇糖的飼料為定制大鼠全價營養飼料，水蘇糖添加量0.56 g/100 g，所用原料為承德京天食品科技有限公司提供的P80型水蘇糖，所喂飼料均是SPF級飼料，飲用水為純凈水。

1.2 樣本采集

分別在試驗開始后的第7，第14，第21和第28天（D7，D14，D21和D28）采用逼迫法取大鼠新鮮糞便樣品，移至事先稱重的無菌試管中，盛裝糞便樣品后的試管再次稱重，差減求得樣本質量，加入1 mL生理鹽水稀釋，用渦旋振蕩器振蕩混勻，制成混懸液，用生理鹽水以10倍的稀釋比稀釋成系列梯度稀釋樣品。

1.3 培養基制備

選用通用雙歧桿菌選擇性培養基TPY，嚴格按檢驗手冊要求制備[8]。

1.4 接種與厭氧培養

取0.01 mL上述制備的系列梯度稀釋樣品，接種到TPY培養基上，置于厭氧環境中培養，在37 ℃下厭氧培養48 h后，觀察記錄菌落數。

1.5 計算與數據統計方法

菌落計數數據統計結果以對數值表示，按式（1）計算。

所有數據以平均數±標準差（x±s）表示，應用SPSS軟件進行統計分析，采用組間兩兩比較的單因素方差分析方法，檢驗水平α=0.05。

1.6 一般臨床觀察與體重

每天觀察并記錄大鼠的一般狀態1次，每周稱量體重1次。

2 結果與分析

2.1 一般臨床觀察與體重

試驗期間，無動物死亡，各組大鼠生活習性無明顯改變，除SC組外各組大鼠一般臨床觀察未見異常，SC組大鼠在試驗中、后期出現一定程度的病理表現，如毛色發黃不光潔、脫毛等。

試驗期間大鼠體重變化見表1。各組大鼠體重均有所增長，與非尾吊組（FC組、FTK組）相比，尾吊組（SC組、STK組）大鼠體重增長有降低的趨勢，說明尾吊在一定程度上影響大鼠體重，但各組間體重差異無統計學意義（P＞0.05）。

表1 試驗期間大鼠體重變化情況（單位：g，x±s，n=6，♂）

2.2 糞便樣品中雙歧桿菌檢測結果

試驗期間，各組大鼠糞便樣本雙歧桿菌檢測結果見表2。與FC組比較，SC組雙歧桿菌數量在試驗過程中各時間點差異均具有顯著性或極顯著性（P＜0.05或P＜0.01），說明模擬失重條件可導致大鼠腸道內雙歧桿菌明顯減少；與FC組比較，FTK組雙歧桿菌數量在D7，D14和D21這3個時間點顯著性增加（P＜0.05），說明在非模擬失重條件下，水蘇糖能促進大鼠腸道內雙歧桿菌的增殖；與SC組比較，STK組雙歧桿菌在試驗過程中各時間點均顯著性增加（P＜0.05），說明在模擬失重條件下，水蘇糖也能促進大鼠腸道內雙歧桿菌的增殖。

表2 大鼠糞便雙歧桿菌檢測結果 [x±s，x=log（CFU/g），n=6，♂]

3 討論與結論

在航天特因環境下，多種內外部因素都會對腸道菌群的穩態特別是對腸道菌群結構與代謝活動產生持續而又復雜的影響[9]。保持腸道微生態平衡對于航天員的健康非常重要，通過觀察水蘇糖對模擬失重條件下雙歧桿菌的影響，對于開展航天特因環境下的腸道微生態防護具有明確的指導意義。

水蘇糖是天然存在的一種四糖，由α-葡萄糖、β-果糖和2個α-半乳糖以α-1, 6糖苷鍵連接組成，與其他功能性低聚糖一樣，水蘇糖是腸道內有益菌的增殖因子，有效攝入量較低[10]，其中最明顯的增殖對象是雙歧桿菌，能促進形成有益菌在腸道內的優勢菌群地位，其發酵終產物為短鏈脂肪酸，也具有重要生理活性作用。

試驗觀察到，在模擬失重條件下，大鼠腸道內雙歧桿菌的生長受到抑制，數量顯著降低，這與文獻報道一致[4,11]。雙歧桿菌的減少不僅會影響腸道整體的功能，還會增加發生腸道內源性或外源性感染的風險[12]，因此必須采取有針對性的防護措施。食用水蘇糖能夠明顯促進腸道有益菌雙歧桿菌的增殖，無論在模擬失重條件下還是非模擬失重條件下，均有促進腸道微生態平衡的作用，能在一定程度上減輕模擬失重導致的大鼠腸道微生態失調。