在现代健康饮食的浪潮中，发酵蔬菜，尤其是以卷心菜为代表的酸菜（sauerkraut），成为了营养学家和微生态研究者关注的明星食物。一方面，这类食物富含天然益生菌及其代谢产物，被认为具有改善肠道微环境、增强免疫反应和调节代谢健康等多重功效。另一方面，相比口感和风味层面的研究，其背后支持肠道健康的具体机制却尚未完全阐明。

肠道屏障是维护人体健康的第一道防线，而其完整性受多种因素影响，尤其是慢性炎症状态下的细胞因子攻击。当前研究越来越重视天然食物中的活性代谢物能否对肠道上皮屏障起到保护作用。

近期发表于Applied and Environmental Microbiology的一项研究尝试系统解答这一问题。研究团队分析了发酵卷心菜中的代谢产物是否能抵抗炎症细胞因子对Caco-2极化肠上皮模型的破坏，并结合代谢组技术对这些产物的来源和变化趋势进行了研究。他们发现，无论是实验室自发发酵（无添加菌株）、添加特定益生菌株发酵，还是商用发酵产品，其代谢产物组合均表现出相似的保护肠道屏障的潜力。该研究题为“The fermented cabbage metabolome and its protection against cytokine-induced intestinal barrier disruption of Caco-2 monolayers”。

图1：标题

一、研究目的及背景

为了更好地了解发酵卷心菜对肠道功能的潜在影响，作者评估了生卷心菜、市售和实验室规模发酵卷心菜（酸菜）的无细胞制剂。作者用大约10克的份量制备了（发酵）卷心菜匀浆，并在极化的Caco-2细胞模型中测试了其对抗促炎细胞因子（IFN-γ和TNF-α）诱导损伤的能力。一些实验室发酵产品还加入了植物乳酸杆菌NCIMB8826R（LP8826R），该物质已被证明能增加健康个体紧密连接蛋白ZO-1的定位，诱导肠上皮修复，并在动物模型中发挥抗炎和抗肥胖作用。

为了初步了解生卷心菜和发酵卷心菜之间的差异，作者利用气相色谱-飞行时间质谱法 (GC-TOF/MS) 和反相液相色谱-高分辨串联质谱法 (RP-LC-HRMS/MS)，通过（非）靶向代谢组学对代谢物进行定量分析。基于这些结果，作者研究了乳酸、D-PLA 和 ILA 在极化 Caco-2 细胞模型中的屏障保护能力。

二、研究方法

1. 实验室规模的发酵（LSF）

将从当地杂货店购买的卷心菜用擦丝器擦碎，与 2% 罐装盐混合，分装到配有 330 微米过滤器的 28 盎司无菌 WhirlPak 袋中，并用 2% 罐装盐的盐水溶液覆盖，直至所有碎片都浸没。在尽可能挤出空气后，将 WhirlPak 袋容器关闭，方法是至少滚动拉环三次。将装有卷心菜和盐混合物的六个 WhirlPak 袋容器在 22°C 下培养。3天后，将 1.75 至 2 mL PBS 中的 LP8826R 添加到一半的容器中，以达到 5 × 10 ⁷ CFU/g。第 3 天接种 LP8826R 是为了模拟水果和蔬菜发酵中同型发酵乳酸菌从异型发酵乳酸菌到同型发酵乳酸菌的演替。

2. 制备（发酵）卷心菜匀浆用于细菌计数并应用于 Caco-2 单层

取约10 g卷心菜（发酵卷心菜或生卷心菜）和1 mL盐水，置于无菌WhirlPak袋中，用330 µm滤膜和橡胶锤进行均质处理。随后，将均质液用PBS梯度稀释，接种于含有25 µg/mL纳他霉素的MRS琼脂上进行细菌总数计数。

为了确定适用于 Caco-2 单层细胞的卷心菜匀浆浓度，在 Caco-2 Transwell 模型中，对一组样品[特别是发酵 7 天后的 LSF（3 个样品）和市售酸菜（1 个样品）]在添加 DMEM中以 1%、10% 或 50%的浓度进行了测试。

制备 2.91%的 NaCl 溶液以匹配市售发酵卷心菜匀浆的盐度，在 DMEM 中稀释至 10%，并用于检查盐对 Caco-2 细胞单层细胞的影响。将制备好的匀浆和盐溶液储存在−80°C直至使用。

3. 肠上皮单层细胞因子刺激

Caco-2细胞在Transwell插入物中培养，形成极性单层，经过21天培养，TER值超过250 Ohm·cm²后，应用发酵甘蓝均匀物或代谢产物。接着，IFN-γ和TNF-α分别添加到下室，并在不同时间点测量TER变化，以评估细胞屏障功能对细胞因子的响应。

三、研究结果

1. LP8826R 控制并改变卷心菜发酵

研究评估了在小规模LSF中乳酸菌数量、pH 和盐度的变化。结果显示，卷心菜在发酵初期乳酸菌数量迅速增长，在第2天达到峰值后略有下降，并维持在相对稳定水平。第3天添加特定菌株LP8826R后，乳酸菌总数进一步提升，该菌株在后续发酵中占据主导地位。同时，pH值下降更快，在第6天后显著低于未加菌株组。虽然不同组别之间盐度无明显差异，但加入LP8826R组的菌数和酸度调控效果更优。商业泡菜的菌量和酸度与LSF样品接近，但盐度更高。

图2：实验室规模发酵液(LSF) 中的细菌数量和盐水 pH 值。

2. 卷心菜发酵物可防止细胞因子诱导的肠道屏障破坏

之后研究人员评估了不同浓度发酵卷心菜均匀液对Caco-2肠上皮细胞屏障功能的影响。实验发现，10%体积浓度的发酵卷心菜样品（包括实验室发酵样品和商业产品）在炎症因子（IFN-γ和TNF-α）刺激下，显著维持了细胞单层的电阻（TER）和屏障完整性，并有效降低了分子通透性。而未经发酵的生卷心菜无此保护作用，甚至会加剧屏障损伤。盐水或生菜水提液也未表现出保护效果，说明屏障保护作用来自发酵过程中的活性产物。

图3：（发酵）卷心菜匀浆对受细胞因子干扰的 Caco-2 单层细胞肠道屏障通透性的影响

3. 发酵卷心菜可不同程度地改变IL-8的分泌和屏障调节基因的表达

研究人员分析了发酵卷心菜对Caco-2细胞炎症反应的调节作用。结果发现，IFN-γ和TNF-α刺激会显著提高细胞分泌的促炎因子IL-8水平。使用实验室发酵样品（LSF，无论是否加LP8826R）处理的细胞IL-8水平仍然较高，但商业泡菜样品能显著降低IL-8分泌，虽仍高于未刺激对照组。

图4： Caco-2 单层细胞依次暴露于IFN-γ和 TNF-α后 IL-8 的产生

此外，原始生卷心菜及盐水混合物也能减少IL-8水平。RT-qPCR结果显示，IFN-γ和TNF-α刺激上调了TNFR2和CLDN2基因表达，轻微下调MLCK表达，但发酵样品总体未显著改变这些基因的表达，仅LSF+LP8826R组在MLCK表达上接近正常水平。

之后研究人员发现LSF 和商业卷心菜发酵物以及生卷心菜具有不同的代谢组，并且单个代谢物能够保护Caco-2细胞单层细胞，而三种代谢物联合使用虽然没有产生更显著的效果，但效果更为一致，这表明多种有益代谢物可能对肠道屏障保护有所贡献。

四、总结

该研究证明了发酵卷心菜的肠上皮屏障保护性生物活性可能与微生物在发酵过程中产生或修饰的多种代谢物的协同作用有关。这些化合物存在于整个发酵过程中，足以防止屏障破坏，尽管发现发酵卷心菜的代谢组之间存在差异，但是它们含有一个核心代谢组，可以保护肠道免受炎症损伤。

这些发现为开发富含功能性代谢产物的发酵食品提供了理论基础和实践指导，拓展了发酵科学的研究视角。

来源：https://journals.asm.org/doi/10.1128/aem.02234-24

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