基于转录组分析植物乳杆菌A...5在亚油酸胁迫下的生理响应_窦慧.pdf

第 3 期第 53 卷基金项目：国家自然科学基金（32101922）；上海市教育委员会科研创新项目（2101070007800120）；上海市扬帆计划（20YF1433500）；上海食品微生物工程技术研究中心（19DZ2281100）。第一作者：窦慧（1997），女，硕士，研究方向：食品微生物。E-mail:。*通讯作者：刘欣欣，研究方向：食品微生物。E-mail:。基于转录组分析植物乳杆菌 AR195 在亚油酸胁迫下的生理响应窦慧，衡利冰，王光强，熊智强，夏永军，艾连中，刘欣欣*上海理工大学健康科学与工程学院，上海食品微生物工程技术研究中心，上海 200093摘要：植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）和共轭亚油酸（CLA，Conjugated linoleic acid）均具有良好的益生特性和保健功能。目前人们已经明确了植物乳杆菌 CLA 生物合成的途径，但仍然缺乏对底物亚油酸（Linoleic acid，LA）响应机制的研究。文章基于转录组学分析了 LA 对植物乳杆菌 AR195 生长和基因表达的影响，结果表明 LA 能够抑制 AR195 的生长，添加 LA 后 AR195 中157 个基因上调，67 个基因下调，差异表达基因在代谢、环境信息处理和细胞过程等 KEGG 通路中富集。LA 毒性主要来自于生长抑制和氧化还原失衡，而 AR195 可通过维持氧化还原平衡、生物转化 CLA、增强碳源摄取及代谢、全局转录调控等生理响应过程缓解 LA 毒性。文章首次提出植物乳杆菌 AR195 应对 LA 胁迫的分子机制，为植物乳杆菌对 LA 的应激响应及 CLA 合成的内在动因提供了新的见解。关键词：转录组分析；亚油酸（LA）；植物乳杆菌；氧化应激；共轭亚油酸（CLA）doi：10.3969/j.issn.1001-6678.2023.03.030第 53 卷第 3 期2023 年 6 月工业微生物Industrial MicrobiologyVol.53 No.3Jun.2023亚油酸（Linoleic acid，LA，顺,顺-9,12-十八碳二烯酸）是人和动物所需营养中必不可少的一种不饱和脂肪酸，通常以甘油酯的形式存在于动植物油脂中。LA 常作为细胞膜的结构成分出现，同时也是体内参与重要生理过程的前体物质之一。瘤胃微生物、丙酸杆菌和乳酸菌等都可以将亚油酸转化为共轭亚油酸（CLA，Conjugated linoleic acid），其中植物乳杆菌是一种来源安全的益生菌1-3，具有完整的亚油酸异构酶编码基因和良好的 CLA 合成能力。CLA因其具有清除自由基、增强人体抗氧化能力和免疫力、抗癌作用、代谢调节活性等潜在生理活性而成为近年的研究热点4-5，而 LA 也常常作为微生物合成CLA 所需的前体物质参与研究。目前有关 LA 的研究大多集中在 LA 向 CLA 生物转化的过程上。植物乳杆菌以 10-羟基-顺-12-十八烯酸、10-氧-顺-12-十八烯酸和 10-氧-反-11-十八烯酸为中间体将 LA 转化为 CLA，此过程由cla-hy、cla-dh、cla-er 和 cla-dc 编码的三组分亚油酸异构酶系统催化完成6。近期研究表明，植物乳杆菌菌株的 CLA 生物转化能力显著依赖于 cla-hy、cla-dh 和 cla-dc 的转录维持，当 cla-dh 和 cla-dc 的转录上调且在平台期保持较高的转录水平时，CLA的产生与 cla-hy 转录水平的增加呈正相关关系7-8。尽管研究者对 CLA 的生理作用和植物乳杆菌的CLA 合成机制已经有了较为深入且全面的研究，但是关于植物乳杆菌应对 LA胁迫的机制尚不明晰。过往的研究已表明 LA 会抑制菌株生长，一些研究也侧面报道了 LA 对细菌的生理作用及可能的作用机制。Koppov 等发现 LA 浓度会影响瘤胃细菌生长的迟滞期长度9。Fontes 等发现在加有 LA 的半脱脂牛奶中生长的双歧杆菌 NCIMB 702258，其细胞膜组成发生了改变10。虽然细菌生成 CLA 是应对127-第 3 期第 53 卷工业微生物LA 毒性的观点已被广泛认可，但关于 LA 对植物乳杆菌基因表达的影响信息仍非常有限，目前在植物乳杆菌中 LA 应激耐受的潜在机制也在很大程度上存在未知。本研究所在实验室在前期筛获一株高产 CLA的植物乳杆菌 AR195，因此以 AR195 为研究对象并利用转录组学分析揭示 AR195 在游离 LA 胁迫下的生理响应，提出了植物乳杆菌应对 LA 胁迫的可能机制：游离 LA 抑制 AR195 生长，并导致胞内氧化还原失衡；AR195 通过将 LA 转化为 CLA、合成抗氧化物质、修复氧化损伤蛋白、维持氧化还原平衡、增加碳源摄取、增加丙酮酸及半乳糖代谢、全局转录调控等途径来响应 LA 胁迫。本研究从转录水平层面分析了 LA 对植物乳杆菌 AR195 生长的影响，并首次提出植物乳杆菌 AR195 应对 LA 胁迫的分子机制。研究结果为植物乳杆菌 AR195 对 LA 的应激响应和 CLA 合成动机提供了新的见解，能够为理解植物乳杆菌应对 LA胁迫的反应机制提供数据支持。1材料与方法1.1菌株和培养条件植物乳杆菌 AR195 是本课题组获得并完成全基因组测序的 CLA 高产菌株，序列数据已提交到GenBank 数据库，登录号为 PRJNA706544。使用保菌管中的菌种在 MRS 固体平板上划线，于 37 C 厌氧环境中培养 1224 h；挑取单菌落接种于液体培养基中培养活化 12 h 左右，活化好的菌株用于下一步实验。菌种保藏时将菌液与 40%的甘油 11 混合在冰箱中-80 存放。1.2生长曲线测量将 AR195 接种在 MRS 固体平板上，37 环境中培养 12 h；挑取单菌落接种在 MRS 液体培养基中，37 环境中培养 12 h。将种子培养物以 1%（V/V）的浓度接种到含不同浓度 LA 的 MRS 培养基中，混合均匀，每个细胞悬液都加 200 L 到多孔板上，37 C 环境中培养 24 h。使用 Bioscreen C Pro 系统（Oy Growth Curves Ab Ltd，芬兰）在 600 nm 处每隔30 min 测量一次光密度（OD600），并绘制生长曲线。1.3RNA 提取采用 Trizol 法（天根生物技术）在对数期（8 h）对菌株进行 RNA 提取。RNA 浓度由 Nanodrop 2000分光光度计（赛默飞世尔科学公司）测定，RNA 完整性用琼脂糖凝胶电泳检测。使用 PrimeScript RT 试剂盒（TaKaRa，日本）将总 RNA（1 ng）逆转为 cDNA。1.4实时荧光定量 PCR在实时荧光定量 PCR（qRT-PCR）体系中加入50 g 的 cDNA，总体积为 20 L，采用 Hieff UniconPower qPCR SYBR green master mix（翌圣生物科技（上海）股份有限公司）进行定量 PCR。每个 PCR 都在 LightCycler 96 qRT-PCR 系统（Roche Diagnostics）中进行。PCR 过程如下：95 变性 5 s，60 退火30 s，循环 40 次，在每种条件下分别进行 3 次重复实验；16s rRNA 作为内参基因。使用 LightCycler 96分析系统对数据进行分析，并采用 2-CT法计算相对表达倍数。1.5RNA-seq 分析基因数据将 MRS 培养基中的植物乳杆菌 AR195 分别在不添加（0 mg/mL LA）和添加 LA（1 mg/mL LA）两种条件下培养。培养物一式三份，在对数期（8 h）取培养物于室温下离心（10 000 g，1 min），于液氮中速冻后置于-80 环境中保存，用于转录组分析。RNA 测序采用 Illumina Hiseq 4000 平台（美吉生物技术有限公司，中国上海）。转录组测序原始数据已提交到GenBank 数据库，登录号为 PRJNA907523。以Padjust 0.05、|log 2 FC|1 为阈值，AR195 与 LA共培养过程中共鉴定出 157 个差异表达基因（Differentially expressed gene，DEG）。文中提及的所有差异表达基因均符合 P 0.05 的条件，因此显著性值不需再赘述。RNA-seq 数据在 Majorbio 云平台上（）进行分析，用于基因注释的数据库是 KEGG 数据库（KEGG：Kyoto Encyclopedia ofGenes and Genomes）。经测序质量控制本研究共获得 20.7 Gb 质控数据，所有样品质控数据均达到 2.97 Gb 以上，Q30 碱基百分比在 95.27%以上。由于参考基因组的核糖体RNA 污染率小于 0.15%，所以样品各项检测参数均达到质量要求。质控数据及 qPCR 验证结果表明转录组测序结果可信度较高，可进行后续深度分析。2结果128-第 3 期第 53 卷2.1LA 对植物乳杆菌生长的影响为考察 LA 对植物乳杆菌 AR195 生长的影响，本研究测试了不同浓度 LA 对 AR195 生长曲线的影响。如图 1-A 所示，MRS 培养基中加入 0.3 mg/mL的 LA，对 AR195 的生长无明显抑制作用；当 LA 浓度达到 1.5 mg/mL 时，生物量下降约 50%；当 LA 处于最高浓度（2.7 mg/mL）时，AR195 几乎不生长。绘制在培养 6 h 和 20 h 两个时间点下不同 LA 浓度与OD600的对应关系，能够发现 LA 浓度与生物量呈现出较强的负相关关系（图 1-B），LA 会抑制植物乳杆菌 AR195 的生长，且浓度越高，抑制效果越强。2.2转录组分析本实验基于 RNA-seq 测定了含/不含 LA 两种条件下的 AR195 基因表达情况，结果如图 2 所示。转录组测序表明两组有 3 175 个共同表达的mRNA，MRS 组与 MRS-LA 组各有 21 个特有表达基因（见图 2-A）。MRS-LA 组与 MRS 组相比有 157个基因上调，67 个基因下调（见图 2-B），LA 胁迫使基因表达在代谢、遗传信息处理、环境信息处理、细胞过程等通路中显著富集，在核苷酸代谢（14 个下调基因，5 个上调基因）、碳水化合物代谢（10 个上调基因）、氨基酸代谢（5 个上调基因，4 个下调基因）、信号转导（10 个上调基因）等二级通路中显著富集（见图 2-C），其中下调基因主要为与嘌呤代谢相关的基因。在 KEGG 通路中，代谢通路变化最大，包含54 个差异表达基因，占差异表达基因总数的 24%，除核苷酸代谢、氨基酸代谢、碳水化合物代谢等基因外，还包括脂代谢和能量代谢上调的基因cla-dc、ItaS、ar2242 和 cysEK、ar0240、ar0242 等。总之，LA 扰乱了植物乳杆菌菌株的整体基因表达，改变了AR195 的整体代谢情况。2.3LA 诱导植物乳杆菌 AR195 发生氧化还原反应活性氧具有破坏和作为信号转导生物分子的双重作用，环境胁迫（如温度、pH 和渗透压等超过植物忍耐极限）会促使细胞内产生活性氧（ROS），内源性ROS 的产生也是激活应激反应的细胞内通信系统的必要组成部分。调控蛋白 OhrR 可以感知 ROS 并调控氧化应激反应，其基因表达量上调 4.6 倍，说明LA 胁迫导致 AR195 活性氧水平升高。此外，多个与氧化还原相关的基因表达水平均呈现上调趋势，包括用于修复氧化损伤蛋白的硫氧还蛋白编码基因trxA；参与半胱氨酸、硫代半胱氨酸、脯氨酸合成的基因 metC、cysE、cysF、pip；硫转移酶编码基因 thiI。活性氧感知蛋白和氧化损伤修复蛋白对应的编码基因受到 LA 胁迫后表达水平上调，说明游离 LA 引发AR195 氧化还原失衡。metC、cysE、cysF、pip 等基因涉及半胱氨酸代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、精氨酸和脯氨酸代谢，而这些氨基酸代谢水平的上调直接导致半胱氨酸和硫代半胱氨酸的合成增加。半胱氨酸是抗氧化剂，同时也是抗氧化剂谷胱甘肽（GSH）的主要组成部分，在稳定氧化还原中发挥着至关重要的作用。总而言之，LA 胁迫导致 AR195 氧化还原窦慧等：基于转录组分析植物乳杆菌 AR195 在亚油酸胁迫下的生理响应图 1添加 LA 对植物乳杆菌 AR195 生长的抑制作用注：A：不同浓度 LA 对植物乳杆菌 AR195 生长的影响。图中曲线从上到下 LA 添加量依次为 0、0.3、0.6、1.2、0.9、1.5、1.8、2.1、2.4、2.7mg/mL。B：图中蓝色线和红色线分别为不同浓度 LA 在 6 h 和 20 h 时对应的 OD600值。1.751.501.251.000.750.500.250.00AB0mg/mL0.3mg/mL0.6mg/mL1.2mg/mL0.9mg/mL1.5mg/mL1.8mg/mL2.1mg/mL2.4mg/mL2.7mg/mL024681012141618202224时间/h0.30.91.52.12.7R2=0.916 2Y=-0.290 7X+1.015LA 浓度/（mg mL-1）2.01.51.00.50.0Y=-0.505 0X+1.706R2=0.971 920 h6 h129-第 3 期第 53 卷工业微生物-5-4-3-2-1012345失衡，使得与氧化还原相关的基因表达显著增加。胞内氧化还原失衡，即活性氧物质水平偏高，可能会导致 DNA 损伤。为探究 LA 胁迫是否会损伤DNA，本研究分析了与 DNA 合成及修复相关的基因转录水平的变化。LA 胁迫后 DNA 保护蛋白编码基因 dps 表达下调 2.1 倍；与嘧啶 DNA 合成有关基因bpuG（编码花青素葡萄糖醛酸转移酶）表达下调 2.3倍；嘌呤代谢通路的基因均表达下调，下调倍数大于4.5。与 DNA 合成和修复有关的基因表达水平均下调，由此可以推测 LA 胁迫并未引起 AR195 的 DNA损伤。值得注意的是，编码核糖核苷二磷酸还原酶基因 nrdA 和 nrdB 的表达上调了 2.3 倍以上，该酶可以将核糖核苷酸还原为脱氧核糖核苷酸（ADP 还原为 dADP，GDP 还原为 dGDP）。3,5-cyclic-AMP磷酸二酯酶编码基因 cpdP 的表达上调 2.16 倍，催化 AMP 生成 cAMP，GMP 生成 cGMP。2.4LA 胁迫对 AR195 碳水化合物代谢的影响参与碳水化合物摄取的基因广泛上调：磷酸转移酶系统（PTS）编码基因普遍上调；bglFa 表达上调2.3 倍，负责-葡萄糖苷的摄取和磷酸化；多个 ABC（磷酸盐 ATP 结合盒）转运蛋白编码基因表达上调。PTS 通过磷酸级联反应将各种糖及其衍生物磷酸化然后运送到细胞内。双组分系统 citB 家族将柠檬酸转运至细胞中用于柠檬酸发酵，citE、citF 为 citB 家族的一部分基因，皆上调了 2 倍以上。这些结果表明LA 胁迫后 AR195 增加了了碳水化合物的摄取。LA 胁迫后 AR195 中丙酮酸代谢增强，丙酮酸氧化酶 PoxL 的 3 个等位基因表达上调 25 倍；乙酰乙酸脱羧酶将乙酰辅酶 A 转化为丙酮/乙酰乙酸，其编码基因 adc（cla-dc）表达上调 7.6 倍。此外，3 个参与半乳糖代谢的基因在 LA 胁迫下也表达上调：醛糖 1-差向异构酶（aldose 1-epimerase）编码基因图 2LA 对植物乳杆菌 AR195 转录水平的影响注：A：添加/不添加 LA 的植物乳杆菌 AR195 差异表达基因的 Venn 图。B：差异表达基因散点图，粉色表示基因受到 LA 胁迫后表达上调，蓝色表示基因受到 LA 胁迫后表达下调。C：KEGG 代谢途径富集分析。up-regulateddown-regulatedunchange20010050403020100Log2FC（LA/Control）BACHuman DiseasesOrganismal SystemsCellular PracessesEnvironmental Information ProcessingGenetic Information ProcessingMetabolism21317521MRSMRS-LAlnfectious disease:viralInfectious disease:bacterialDrug resistance:antineoplasticDrug resistance:antimicrobialCardiovascular diseaselmmune systemDigestive systemcellular community-prokaryotesCell growth and deathSignaling molecules and interactionSignal transductionMembrane transportFolding,sorting and degradationNucleotide metabolismMetabolism of terpenoids and polyketidesMetabolism of other amino acidsMetabolism of cofactors and vitaminsLipid metabolismEnergy metabolismCarbohydrate metabolismAmino acid metabolismNumber of unigenes05101520KEGG Pathway130-第 3 期第 53 卷窦慧等：基于转录组分析植物乳杆菌 AR195 在亚油酸胁迫下的生理响应图 3LA 胁迫对植物杆菌 AR195 的碳水化合物代谢的影响注：上调或下调的差异表达基因所编码的蛋白质分别用红色和绿色表示；实线和虚线箭头分别表示直接和间接反应；灰色表示该蛋白质的转录表达不受影响；黑色粗体表示化合物。缩写的化合物和它们的全名如下：Glu-6-P，葡萄糖-6-P；Fru-6-P，1,6-双磷酸果糖；GAP，甘油醛 3-P；PEP，磷酸烯醇丙酮酸；-D-1-P-Glu，-D-1-P-葡萄糖；-D-Gal，-D-半乳糖；UDP-Gal，UDP（Uridine5-diphosphate）-半乳糖；UDP-Galf，UDP-半乳糖；AICAR，5-磷酰-5-氨基-4-咪唑甲酰胺；FAICAR，5-甲酰胺-1-（5-磷酰）咪唑-4-甲酰胺；IMP，5-肌苷单磷酸；AMP，腺嘌呤核苷酸；ADP，5-腺苷单磷酸；SAICAR，5-磷酰-4-(N-琥珀酰胺)-5-氨基咪唑；CAIR，5-磷酰-4-羧基-5-氨基咪唑；FGAM，5-磷酰-N-甲酰甘氨酰胺；FGAR，N-甲酰甘氨酰胺核糖核苷酸；GAR，甘氨酰胺核糖核苷酸；PRPP，5-磷酰二磷酸盐。galM 表达上调 2 倍；半乳糖激酶编码基因 galK 表达上调 2.4 倍；UDP-吡喃半乳糖变位酶编码基因 glf表达上调 3.2 倍。同时，磷酸戊糖途径中 L-核酮糖差向异构酶编码基因 AraD 上调 2.5 倍，AraD 将 5-P-核糖转化为 5-P-木酮糖，使碳源流向糖酵解途径。coaA 编码一型泛酸激酶，该酶参与合成乙酰辅酶 A（CoA），表达上调 2 倍。这些结果表明，AR195通过加强丙酮酸、半乳糖代谢和增加流向糖酵解途径的碳源的再分配策略来维持能量供给，以中和 LA导致的生长抑制作用（见图 3）。2.5亚油酸生物转化为共轭亚油酸在植物乳杆菌中，亚油酸异构酶系催化 LA 生物转化形成 CLA11，亚油酸异构酶系包括 CLA 油酸水合酶（CLA-HY）、CLA 短链脱氢酶（CLA-DH）和CLA 乙酰乙酸脱羧酶（CLA-DC），分别由 cla-hy、cla-dh 和 cla-dc 编码，LA 的加入分别使 cla-hy、cla-dh 和 cla-dc 的表达水平上调 2、7.6 和 23.3 倍。图 4 为 qPCR 测得的亚油酸异构酶系编码基因相对表达量，与 RNA-seq 结果一致，这些基因在 LA 环境中被诱导表达，使得表达量增加。AR195 通过催化 LA 生物转化减少 LA 含量，从而减轻 LA 引发的毒害作用。131-第 3 期第 53 卷工业微生物3210WtWt-LAcla-dhcla-dccla-ercla-hy图 4亚油酸异构酶基因相对表达倍数注：纵坐标为基因相对表达倍数，横坐标为亚油酸异构酶系编码基因。2.6LA 胁迫后转录调控蛋白编码基因的变化细胞通过基因表达的协调变化监测并适应不断变化的环境，调控蛋白可以感知环境信息并直接调控目标基因表达，植物乳杆菌之所以能够适应多种复杂的生态环境就是因为基因组中调控蛋白的比例很高（8.5%）12-13。采用 p2TF 数据库（http:/www.p2tf.org/）对植物乳杆菌基因进行转录调控因子分析，共得到 262 个调控蛋白编码基因，其中有 21 个基因上调，占调控因子的 8%，占上调差异表达基因的13.4%。由 KEGG 注释分析发现，调控因子在用于环境信息处理的信号传导通路上（12 个差异表达基因）集中最多，位于细胞过程的细菌群落原核生物通路中的次之，最后是位于用于遗传信息处理的折叠/分拣与降解通路中。信号转导通路的 12 个基因中有 10 个响应调控因子，它们均为双组分系统，包括 LytTR 家族、NarL 家族和 OmpR 家族。双组分系统（TCS）是细菌中主要的信号传感和转导途径，能够使细胞灵活地响应溶质、pH、温度和营养物等环境变化。其中属于 LytTR 家族的双组分系统agrA、agrC 和群体感应有关，AgrA 具有氧化感应协调能力并参与生物膜形成、调控几种毒力因子和应激反应因子，其编码基因上调 2.1 倍。值得注意的是，差异表达的调控因子多在氧化应激方面具有调控作用，如 treR14、argR、还有双组分系统 agrA15、agrC 等。不只是大量调控基因转录水平发生改变，信号分子 cGMP、cAMP（cpdP）也在 LA 胁迫过程中增加，二者作为核苷酸第二信使控制着细胞适应环境所需的关键过程，包括碳代谢调节、生物膜调节、III 型分泌和毒力基因表达等。综上，经历 LA 胁迫后植物乳杆菌 AR195 广泛调动感知蛋白和调控蛋白来监测 LA 胁迫并调控适应性反应的发生，并且这些蛋白多具有调控氧化应激的功能。3 讨论本研究表明 LA 会抑制植物乳杆菌菌株生长并导致氧化应激，与已有文献结论一致，LA 胁迫后的植物乳杆菌转录组结果表明，氧化还原失衡是 LA对植物乳杆菌的作用之一16-17。RNA-seq 结果显示，氧化应激感知调控蛋白 OhrR、氧化损伤修复蛋白TrxA、硫转移酶 ThiI 编码基因均表达上调，包括甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、精氨酸、脯氨酸在内的 5 种氨基酸代谢通路的基因表达量也显著上调。这 5 种氨基酸代谢通路的产物都是半胱氨酸和硫代半胱氨酸，而且均参与 GSH 代谢，GSH 可以补偿被 ROS 破坏的蛋白质，对于维持细胞内氧化还原平衡具有至关重要的作用。有研究表明9-10，上调硫氧还蛋白还原酶（催化 GSSG 生成 GSH）转录水平和在添加半胱氨酸的情况下培养短双歧杆菌 DSM20213，都可降低 LA 胁迫对菌株生长的负面影响。换而言之就是，LA 抑制受试菌株生长的部分原因是 GSH 和半胱氨酸的缺失。总之，LA 在 AR195 中引起了氧化还原失衡，菌株对氧化还原平衡的及时修复和维持可以提高菌株对 LA 的耐受能力。FKd A 等的研究指出亚油酸异构酶活性越高，对 LA 的耐受性就越强18，这与本研究中 CLA 高产菌株 AR195 在 LA 存在时亚油酸异构酶系基因大幅上调的结果不谋而合。许多细菌的解毒策略都是将不饱和游离脂肪酸氢化为更饱和、毒性更小的最终产物19。LA 中两个未结合的柔性双键对瘤胃杆菌的毒性比 CLA 的刚性分子更大，且 LA 的毒性源于脂肪酸分子中双键的存在和双键之间的距离20。张亚刚等21基于能量理论分析了 CLA 发挥活性的机制：CLA 异构体的双键顺式结构和反式结构相互转化或 CLA 进一步衍生过程中所吸收的能量刚好能够满足自由基和 ROS 损伤的相关能量的要求，也就是说生物转化 CLA 的过程消耗了自由基和 ROS。LA 胁迫导致 AR195 中 ROS 水平过高，过量的 ROS132-第 3 期第 53 卷窦慧等：基于转录组分析植物乳杆菌 AR195 在亚油酸胁迫下的生理响应图 5AR195 应对 LA 胁迫的整体响应机制示意图注：上调或下调蛋白分别用红色和绿色字体表示；实线箭头和虚线箭头分别表示直接反应和间接反应；黑色蛋白质表示未受影响；紫色六边形代表 LA。会损伤细胞膜、蛋白质、脂质等多种细胞成分，过氧化产生的自由基中间产物和羰基化合物同样会进攻各类生物大分子导致细胞进一步受损，而 CLA 生物转化过程恰好消耗了这些能量。总的来说，生物转化 CLA 的原因有二：其一是消耗 LA，转化为毒性较小的 CLA；其二是阻止自由基和 ROS 的积累，缓解氧化应激压力。本文提出了植物乳杆菌细胞应对 LA 胁迫的分子机制（见图 5），包括维持氧化还原平衡、增加碳源摄取及代谢、生物转化 CLA、全局代谢调控等生理响应过程。首先，AR195 从三个方面来改善 LA 引发的氧化还原失衡：1）感知并调控氧化还原反应，OhrR 感知高水平 ROS 并且自身基因转录水平上调，表达的 OhrR 蛋白又反过来调控后续氧化还原反应的发生；2）胞内对氧化损伤的修复（trxA）；3）抗氧化物质的合成（氨基酸代谢，硫转移酶 thiI）。其次，植物乳杆菌通过增加碳源摄取（bglFa，PTS 系统）和加强半乳糖代谢（galM、galK，glf）、丙酮酸代谢（poxL、adc）等策略，为细胞保证充足的能量供应。再次，亚油酸异构酶系（cla-hy、cla-dh、cla-dc）也被诱导表达，CLA 与 LA 相比毒性更小并且生成 CLA 的过程阻止了自由基和 ROS 的积累，缓解了氧化应激压力。值得注意的是，植物乳杆菌 AR195 利用大量调控蛋白和信号分子来监测环境变化并调控一系列适应性反应的发生。本研究从转录水平的角度分析了 LA 对植物乳杆菌 AR195 生长的影响，首次提出了植物乳杆菌 AR195 应对 LA 胁迫的分子机制，为植物乳杆菌对 LA 的应激响应及 CLA 合成的内在动因提供了新的见解。参考文献1 GARCIA-GONZALEZ N,BATTISTA N,PRETE R,et al.Health-Promoting role of Lactiplantibacillus plantarumisolated from fermented foods J.Microorganisms,2021,9(2).2 MA N,WEI G,ZHANG H,et al.Cis-9,Trans-11 CLAalleviates lipopolysaccharide-Induced depression of fatty133-第 3 期第 53 卷工业微生物acid synthesis by inhibiting oxidative stress and autophagyin bovine mammary epithelial cells J.Antioxidants(Basel,Switzerland),2021,11(1).3 KAMIERCZAK-SIEDLECKA K,DACA A,FOLWARSKIM,et al.The role of Lactobacillus plantarum 299v insupporting treatment of selected diseases J.Central-European Journal of Immunology,2020,45(4):488-93.4 ASBAGHI O,SHIMI G,NASERI K,et al.The effects ofconjugated linoleic acid supplementation on blood pressureand endothelial function in adults:A systematic reviewand dose-response meta-analysis J.European Journal 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healthcare functions.Atpresent,the pathway of CLA biosynthesis in Lactobacillus plantarum has been clarified,but there is still