枯草芽孢杆菌中乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶的共表达用于酒精解毒

酒精在全球疾病和残疾的主要危险因素中排名第三（Xiao 等人，2018 年）。根据世界卫生组织 (WHO) 的数据，酒精成瘾每年在全球导致约 330 万人死亡（占所有死亡人数的 5.9%），全球疾病负担的 5.1% 归因于饮酒（WHO，2016）。酒精性肝病 (ALD) 是全世界发病率和死亡率的主要原因，包括良性脂肪变性、肝炎、肝硬化和肝细胞癌（Singh 等人，2017 年）。过量的脂质合成、炎症、氧化应激以及它们之间复杂的相互作用会导致 ALD (Lv et al., 2010)。因此，减少酒精摄入和加速酒精降解可以减少酒精在血液中的滞留，这可能有助于预防酒精性肝病。

酒精可以被乙醇脱氢酶 (ADH) 氧化成乙醛（一种有毒和致癌的酒精代谢物），并被乙醛脱氢酶 (ALDH) 进一步氧化成无毒的乙酸盐（Cao 和 Giovannucci，2016 年）。一些化合物，如蒲公英酮，可以通过增加 ADH 和 ALDH 活性以及基因表达来增强酒精氧化（Sung 等人，2012 年）。外源性给予 ADH 和 ALDH 也可以加速酒精的代谢，从而达到解毒的目的。以前的研究表明，用人红细胞和脂质体包裹 ADH 和 ALDH 可以提高它们的稳定性，而不会改变它们的催化活性。此外，体内研究表明，给予红细胞包封的 ADH 和 ALDH 可以显着降低血液中的酒精和乙醛水平（Liu 等人，2015 年；Lizano 等人，1998 年；Yoshimoto 等人，2010 年）；然而，这两种方法（红细胞/脂质体包裹的ADH和ALDH）都必须静脉内给药，这表明它们的安全性和稳定性并不可靠。此外，对于红细胞包裹的 ADH 和 ALDH 的静脉内给药，ADH 和 ALDH 的纯化可能成本高昂并引起免疫反应（Lu et al., 2018b; Millán et al., 2017）。随着分子生物学技术的发展，基因工程已成为一种更安全、更方便的策略。以往研究报道，益生菌即乳酸乳球菌表达的ADH和ALDH和枯草芽孢杆菌可以预防酒精性肝损伤（Lu et al., 2018a; Lyu et al., 2018），但是，重组 ADH 和 ALDH 的活性较低，L. lactis 和 B. subtilis 重组体含有带抗生素的游离质粒抗性基因，可能存在食品安全风险。由于工程益生菌可以口服，因此这种方法比静脉注射红细胞包裹的 ADH 和 ALDH 更方便。因此，构建一株具有高ADH和ALDH活性且无抗生素耐药性的食品级重组菌株至关重要。

枯草芽孢杆菌长期以来一直用于传统食品（日本的纳豆、韩国的泡菜和腌芒果）和食品补充剂（意大利的 Lactipan Plus、乌克兰的 Biosporin®、美国的 Primal Defense™）（Cutting，2011 年；Jeon 等人., 2017 年；拉古尔等人，2017 年）。B. subtilis在体内也没有表现出毒性或毒力的迹象，因此可以认为口服使用是安全的（Hong 等人，2008 年）。同意，美国食品和药物管理局 (FDA) 也批准枯草芽孢杆菌是“公认安全的”(GRAS)（Vavrová 等人，2010 年）。

B. subtilis是一种超级微生物细胞工厂，可生产工业代谢物和酶。与大肠杆菌等原核表达系统相比，枯草芽孢杆菌具有非致病性(Westers et al., 2004)、无明显密码子偏倚(Shields and Sharp, 1987)、基因工程能力强、可大规模生产等优点。发酵能力（Harwood 和 Cranenburgh，2008）。因此，我们的研究重点是通过同源重组构建食品级重组枯草芽孢杆菌共表达 ADH 和 ALDH，并研究其在模拟胃液中降解乙醇的能力。最后，重组枯草芽孢杆菌的保肝作用通过对急性酒精性肝损伤的动物模型进行了评价和讨论。