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アルギン酸ペクチンマイクロゲルにカプセル化されたLactobacillus salivarius LI01は、ラットにおけるD-ガラクトサミン誘発性急性肝障害を改善する
Lactobacillus salivarius LI01 encapsulated in alginate-pectin microgels ameliorates D-galactosamine-induced acute liver injury in rats.
PMID: 32666187 DOI: 10.1007/s00253-020-10749-y.
抄録
急性肝不全は高い死亡率を伴う臨床的緊急事態である。腸内細菌叢が肝障害の進行に関与していることを示すエビデンスが蓄積されており、腸内細菌叢を変化させることに基づく予防療法は非常に興味深いものである。これまでの研究では、Lactobacillus salivarius LI01が肝障害を抑制することが示されているが、消化管内の過酷な環境下ではその効果は限定的であることが示されている。本研究では、LI01をアルギン酸ペクチン（AP）マイクロゲルにカプセル化するシステムを検討した。カプセル化は、長期保存および熱処理、ならびに模擬消化管液（SGFまたはSIF）および胆汁塩水溶液中でのプロバイオティクスの生存率を有意に向上させる。スプラague-Dawley（SD）ラットにおいて、プロバイオティクスによる前処理後にD-ガラクトサミン（D-GaIN）注射により急性肝障害が誘導された。肝臓と腸のバリア機能、サイトカイン、肝臓と腸の組織学、細菌転座、腸内マイクロバイオータを評価した。カプセル化されたLI01の投与は、カプセル化されていないプロバイオティクス前処理と比較して、より効果的に肝臓の抗炎症性サイトカインIL-10およびTLR-3のアップレギュレーション、腸管バリアバイオマーカーClaudin-1およびMUC2の発現の回復、および粘膜超構造の破壊の減衰を行った。AP-LI01マイクロゲルでの前処理は微生物群集を変化させ、病原性のあるRuminiclostridium、Dorea、Ruminococcaceae_UCG-004の豊富さを減少させ、短鎖脂肪酸を産生する有益なRuminococcaceae_UCG-014、Eubacterium、およびPrevotella_1の豊富さを増加させた。これらの結果から、LI01をAPカプセル化することで、炎症を抑え、腸管バリア機能を回復させることで、生存率を高め、肝障害を軽減することが示唆されました。これらの有益な効果は、腸内フローラの交替によるものと考えられる。これらの知見は、カプセル化技術と肝不全の予防に関する新たな洞察を提供します。このように、AP-LI01マイクロゲルは肝および腸の炎症を抑制し、腸管バリア機能を回復させることができる。- プロバイオティクスの投与後の有益な改善は、腸内微生物群集の交代に大きく関連している。
Acute liver failure is a clinical emergency associated with high mortality. Accumulating evidence indicates that gut microbiota participates in the progression of liver injury, and preventive therapies based on altering gut microbiota are of great interest. Previous studies demonstrated that Lactobacillus salivarius LI01 attenuates hepatic injury, though efficiency in curtailed in the harsh environment in the gastrointestinal tract. In this study, a system to encapsulate LI01 in alginate-pectin (AP) microgels was investigated. Encapsulation significantly enhances probiotic viability for long-term storage and heat treatment, and in simulated gastrointestinal fluids (SGF or SIF) and bile salt solutions. Acute liver injury was induced in Sprague-Dawley (SD) rats by D-galactosamine (D-GaIN) injection following pretreatment with probiotics. Liver and gut barrier function, cytokines, liver and gut histology, bacterial translocation, and gut microbiota were assessed. Administration of encapsulated LI01 more effectively upregulates hepatic anti-inflammatory cytokine IL-10 and TLR-3, restores expressions of gut barrier biomarkers Claudin-1 and MUC2 and attenuates destruction of mucosal ultrastructure compared with unencapsulated probiotics pretreatment. Pretreatment with AP-LI01 microgels altered the microbial community, decreasing the abundance of pathogenic taxa Ruminiclostridium, Dorea and Ruminococcaceae_UCG-004 and enriching beneficial taxa Ruminococcaceae_UCG-014, Eubacterium, and Prevotella_1 that produce short-chain fatty acids. These results suggest that AP encapsulation of LI01 boosts viability and attenuates liver injury by reducing inflammation and restoring intestinal barrier function. These beneficial effects are probably due to alternation of gut flora. These findings provide new insight into encapsulation technology and prevention of liver failure. KEY POINTS: • Alginate-pectin encapsulation enhances the viability of Lactobacillus salivarius LI01 under simulated commercial conditions and simulated gastrointestinal environment. • AP-LI01 microgel attenuates hepatic and intestinal inflammation and restores gut barrier function. • AP-LI01 microgel alters gut microbial community with increased SCFAs producers and decreased pathogenic microbes. • Beneficial improvements after administration of probiotics are highly associated with alternation of gut microbial community.