大腸桿菌屬Nissle 1917研究進展

陳祥娥，凌沛學(xué)

(1.山東大學(xué)藥學(xué)院，山東 濟南 250012;2.山東省生物藥物研究院博士后科研工作站，山東 濟南 250101)

大腸桿菌屬Nissle 1917研究進展

陳祥娥1，2，凌沛學(xué)1，2

(1.山東大學(xué)藥學(xué)院，山東 濟南 250012;2.山東省生物藥物研究院博士后科研工作站，山東 濟南 250101)

大腸桿菌屬Nissle 1917(EcN)是目前廣泛應(yīng)用的一種益生菌。研究發(fā)現(xiàn)EcN對常見胃腸道疾病有良好療效，被廣泛用于預(yù)防傳染性腹瀉、潰瘍性結(jié)腸炎等炎性腸疾病，防止新生兒消化道內(nèi)病原菌定殖等。近年研究發(fā)現(xiàn)EcN還具有免疫調(diào)節(jié)作用。本文對EcN的應(yīng)用作一綜述。

大腸桿菌屬Nissle 1917;胃腸紊亂;免疫

大腸桿菌屬Nissle 1917(EcN)是從一次志賀菌痢大爆發(fā)時未出現(xiàn)腹瀉的士兵的糞便中分離得到的。除了血清型O6∶K5∶H1 與尿道感染有關(guān)，EcN 基本為非致病菌［1］，被廣泛用于預(yù)防傳染性腹瀉［2］、炎性腸疾病如潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病［3－4］，防止新生兒消化道內(nèi)病原菌定殖［5］等，近來研究發(fā)現(xiàn)EcN還具有免疫調(diào)節(jié)作用［6－7］，是目前應(yīng)用較為廣泛的一類益生菌。下面就EcN的應(yīng)用作一介紹。

1 EcN與胃腸道

EcN可保護胃腸道黏膜，對傳染性腹瀉，炎性腸疾病及腸易激綜合征等胃腸功能紊亂等有良好療效，可有效防止新生兒消化道內(nèi)病原菌定殖。

1.1 EcN 與結(jié)腸炎

EcN是用于治療潰瘍性結(jié)腸炎等腸免疫性疾病的常見益生菌，它能有效治療緩解期潰瘍性結(jié)腸炎［8］、假膜性胃腸炎［9］以及急、慢性腸炎［10］等。Kuris 等［11］用 EcN 與 5－氨基水楊酸(500 mg，3次/d)，分別治療緩解期潰瘍性結(jié)腸炎患者1年，分別觀察患者的臨床癥狀、內(nèi)鏡下活動指數(shù)并進行病理分析。發(fā)現(xiàn)兩組緩解期患者的復(fù)發(fā)率無顯著差別，且都有良好的用藥安全性和耐受性。結(jié)果表明EcN治療緩解期潰瘍性結(jié)腸炎，與5－氨基水楊酸一樣，有效且安全。

Arribas等［12］采用脂多糖誘導(dǎo)的小鼠膿毒征模型研究發(fā)現(xiàn)，EcN可口服定位發(fā)揮全身抗炎作用。小鼠口服EcN兩周后，脂多糖全身膿毒性休克造模，24 h后進行檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)EcN可以減少小鼠腸、血漿和肺中的腫瘤壞死因子α(TNF－α)等致炎細胞因子，抑制T細胞因子的產(chǎn)生，并下調(diào)脾細胞衍生B細胞分泌IgG?？梢姡珽cN口服后的抗炎作用并不局限于胃腸道。Otte等［13］發(fā)現(xiàn)EcN可調(diào)節(jié)腸道上皮細胞環(huán)加氧酶－2(COX－2)的表達和前列腺素E2分泌。

1.2 EcN與傳染性腹瀉

EcN對傳染性腹瀉有良好的治療效果，尤其適用于嬰幼兒腹瀉。Henker等［14］對151例腹瀉4 d以上的嬰幼兒進行了雙盲試驗，發(fā)現(xiàn)口服EcN組在第7天即可表現(xiàn)出較高應(yīng)答率，14 d后與對照組出現(xiàn)顯著差異?？诜﨓cN治療嬰幼兒腹瀉具有效果明顯、安全且耐受性良好的特點。此外，B?r等［15］通過體外器官浴槽發(fā)現(xiàn)，EcN無細胞上清液可調(diào)節(jié)胃腸蠕動，通過直接刺激平滑肌細胞增加結(jié)腸收縮性。

1.3 EcN對腸道菌群的影響

腸道內(nèi)的細菌類型達1 000多種，各菌群之間相互協(xié)調(diào)，維持腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，從而保證機體健康。EcN可有效地調(diào)節(jié)腸道內(nèi)菌群，抑制有害菌定殖［16］，對腸易激綜合征等胃腸功能紊亂有較好療效［17］。

大多細菌感染與生物被膜的形成有關(guān)。生物被膜基本上可在各種表面形成，常產(chǎn)生慢性且較為頑固的感染。EcN作為一種有效對抗多種腸道功能紊亂的益生菌已應(yīng)用多年，是到目前為止在此領(lǐng)域應(yīng)用效果最好的大腸桿菌屬菌株。Hancock等［18］研究了EcN的生物被膜形成能力，發(fā)現(xiàn)與其他致腸病、腸毒性及腸出血性大腸桿菌相比，EcN具有良好的生物被膜形成能力，且EcN在生物被膜形成過程中可以競爭勝出這些菌株，從而暴露這些腸道病原體，使其易于被機體清除。

2 EcN的免疫調(diào)節(jié)作用

EcN具有廣泛的免疫調(diào)節(jié)作用，早期研究發(fā)現(xiàn)其定殖可導(dǎo)致宿主細胞因子譜發(fā)生變化［19］，增加免疫球蛋白 A分泌［20］，促進淋巴細胞或巨噬細胞的活化［21］，調(diào)節(jié) CD4+的克隆性增殖［22］，刺激腸道上皮細胞生產(chǎn)抗微生物肽［23］。近期研究發(fā)現(xiàn)，EcN可活化 γδT細胞，刺激 CXCL8和白介素－6(IL－6)釋放，抑制TNF－α的分泌。活化后，EcN還可誘導(dǎo)活化的γδT細胞凋亡，表明EcN通過調(diào)節(jié)自適應(yīng)和固有免疫反應(yīng)間的界面，在T細胞之間的相互影響中具有重要作用［24］。EcN 也可通過阻斷 TNF－α 誘導(dǎo)的 IL－8分泌，通過非依賴NF－κB機制在上皮細胞直接表現(xiàn)抗炎活性［25］。

3 EcN與癌癥

基于細菌的腫瘤定向療法是抗癌策略的一種新興形式。細菌特異靶器官成像以及采用放射性示蹤技術(shù)的腫瘤內(nèi)復(fù)制和視像可以準確定位惡性組織。Brader等［26］發(fā)現(xiàn)EcN可通過正電子發(fā)射斷層掃描術(shù)(PET)和視像促進腫瘤檢出。EcN攝取采用放射性標記的嘧啶核苷類似物和18F－脫氧葡糖(18F－FDG)，并進行體內(nèi)外檢測。采用PET和視像監(jiān)測EcN對4T1乳腺腫瘤的靶向作用。腫瘤中放射性示蹤劑的累積與細菌數(shù)量相關(guān)?；谏锇l(fā)光的視像由在L－阿拉伯糖誘導(dǎo)的P(BAD)啟動子系統(tǒng)控制下編碼熒光素酶基因的EcN實現(xiàn)。通過放射性標記的嘧啶核苷類似物18F－FDG和PET檢測EcN的存在。采用生物發(fā)光成像確認EcN的存在?；趦?nèi)源性大腸桿菌胸苷激酶的表達，EcN可以經(jīng)PET成像，且這一成像模式不需要細菌與特定基因的轉(zhuǎn)化，可用于患者固體腫瘤檢測。

4 EcN的重組應(yīng)用

EcN可作為外源性治療因子的載體用于機體功能紊亂，是一種定向傳遞重組分子到達腸黏膜的安全載體［27］。Rao等［28］對EcN進行重組改造，使其分泌表達HIV結(jié)合抑制肽，通過口服給藥和直腸給藥的形式，發(fā)現(xiàn)重組菌可定殖于消化系黏膜，原位分泌表達抑制肽，阻斷HIV進入宿主細胞。

腸毒性大腸桿菌(ETEC)是引起胃腸道疾病的常見病原菌，其表達的菌毛黏附素可引發(fā)機體免疫應(yīng)答。Remer等［29］發(fā)現(xiàn)小鼠口服免疫表達ETEC菌毛黏附素K88的重組EcN后，免疫應(yīng)答發(fā)生分裂。構(gòu)建可以在細菌表面穩(wěn)定表達ETEC菌毛黏附素K88的重組EcNpMut2－kanK88(EcN－K88)菌株。小鼠口服EcN－K88一周后，僅在其糞便中檢出EcNK88、野生型EcN和攜帶質(zhì)粒載體的模擬轉(zhuǎn)化，表明EcN可階段性的定殖于小鼠腸道?？诜﨓cN－K88一周后對IgG的血清滴度檢測顯著，但對IgA的滴度則不顯著。與此相反的是，在脾臟和腸系膜淋巴結(jié)中并未檢測到對K88抗原的顯著T細胞反應(yīng)。血清抗體應(yīng)答表明機體免疫系統(tǒng)識別出K88，但并不引發(fā)機體的選擇性T細胞反應(yīng)。

5 展望

EcN作為目前廣泛應(yīng)用的一種益生菌，對各種胃腸功能紊亂和免疫性疾病具有良好的效果，安全，耐受性良好。EcN可維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，對機體正常功能的發(fā)揮具有重要作用。隨著研究的不斷深入和廣泛的應(yīng)用開發(fā)，EcN將為人類健康發(fā)揮越來越重要的作用。

［1］Grozdanov L，Raasch C，Schulze J，et al.Analysis of the genome structure of the nonpathogenic probiotic Escherichia coli strain Nissle 1917［J］.J Bacteriol，2004，186(16):5432－5441.

［2］Cukrowska B，Lodinova－Zadnikova R，Enders C，et al.Specific proliferative and antibody responses of premature infants to intestinal colonization with nonpathogenic probiotic E.coli strain Nissle 1917［J］.Scand J Immunol，2002，55(2):204－209.

［3］Grabig A，Paclik D，Guzy C，et al.Escherichia coli strain Nissle 1917 ameliorates experimental colitis via Toll－like receptor 2－ and Toll－like receptor 4－dependent pathways［J］.Infect Immun，2006，74(2):4075－4082.

［4］Kruis W，F(xiàn)ric P，Pokrotnieks J，et al.Maintaining remission of ulcerative colitis with the probiotic Escherichia coli Nissle 1917 is as effective as with standard mesalazine［J］.Gut，2004，53(11):1617－1623.

［5］Lodinová－Zádníková R，Prokesová L，Tlaskalová H，et al.Influence of oral colonization with probiotic E.coli strain after birth on frequency of recurrent infections，allergy and development of some im－munologic parameters.Long－term studies［J］.Cesk Gynekol，2004，69(suppl 1):91－97.

［6］Hafez M，Hayes K，Goldrick M，et al.The K5 capsule of Escherichia coli strain Nissle 1917 is important in stimulating expression of Toll－like receptor 5，CD14，MyD88，and TRIF together with the induction of interleukin－8 expression via the mitogen－activated protein kinase pathway in epithelial cells［J］.Infect Immun，2010，78(5):2153－2162.

［7］Hafez M，Hayes K，Goldrick M，et al.The K5 capsule of Escherichia coli strain Nissle1917 is important in mediating interactions with intestinal epithelial cells and chemokine induction［J］.Infect Immun，2009，77(7):2995－3003.

［8］Konturek PC，Sliwowski Z，Koziel J，er al.Probiotic bacteria Escherichia coli strain Nissle 1917 attenuates acute gastric lesions induced by stress［J］.J Physiol Pharmacol，2009，60(Suppl 6):41－48.

［9］Goerg K J，Wybierala M，Rauen－Vossloh J，et al.A new approach in pseudomembranous colitis:probiotic Escherichia coli Nissle 1917 after intestinal lavage［J］.Eur JGastroenterol Hepatol，2008，20(2):155－156.

［10］ Hudcovic T，Stepánková R，Kozákova H，et al.Effects of monocolonization with Escherichia coli strains O6K13 and Nissle1917 on the development of experimentally induced acute and chronic intestinal inflammation in germ－free immunocompetent and immunodeficient mice［J］.Folia Microbiol(Praha)，2007，52(6):618－626.

［11］ Kruis W，F(xiàn)ric P，Porkrotnieks J，et al.Maintaining remission of ulcerative colitis with the probiotic Escherichia coli Nissle 1917 is as effective as with standard mesalazine［J］.Gut，2004，53(11):1617－1623.

［12］ Arribas B，Rodríguez－Cabezas M E，Camuesco D，et al.A probiotic strain of Escherichia coli Nissle 1917，given orally exerts local and systemic anti－inflammatory effects in lipopolysaccharide－induced sepsis in mice［J］.Br J Pharmacol，2009，157(6):1024－1033.

［13］ Otte J M，Mahjurian－Namari R，Brand S，et al.Probiotics regulate the expression of COX－2 in intestinal epithelial cells［J］.Nutr Cancer，2009，61(1):103－113.

［14］ Henker J，Laass M W，Blokhin B M，et al.Probiotic Escherichia coli Nissle 1917 versus placebo for treating diarrhea of greater than 4 days duration in infants and toddlers［J］.Pediatr Infect Dis J，2008，27(6):494－499.

［15］ B?r F，Von Koschitzky H，Roblick U，et al.Cell－free supernatants of Escherichia coli Nissle 1917 modulate human colonic motility:evidence from an in vitro organ bath study［J］.Neurogastroenterol Motil，2009，21(5):559－566.

［16］ Leatham M P，Banerjee S，Autieri S M，et al.Precolonized human commensal Escherichia coli strains serve as a barrier to E.coli O157∶H7 growth in the streptomycin－treated mouse intestine［J］.Infect Immun，2009，77(7):2876－2886.

［17］ Plassmann D，Schulte－Witte H.Treatment of irritable bowel syndrome with Escherichia coli strain Nissle1917(EcN):a retrospective survey［J］.Med Klin(Munich)，2007，102(11):888－892.

［18］ Hancock V，Dahl M，Klemm P.Probiotic Escherichia coli strain Nissle1917 outcompetes intestinal pathogens during biofilm formation［J］.JMed Microbiol，2010，59(Pt 4):392－399.

［19］ Ukena SN，Westendorf A M，Hansen W，et al.The host response to the probiotic Escherichia coli strain Nissle 1917:specific up－regulation of the proinflammatory chemokine MCP－1［J］.BMC Med Genet，2005，6:43－55.

［20］ Cukrowska B，Lodinova－Zadnikova R，Enders C，et al.Specific proliferative and antibodyresponses of premature infants to intestinal colonization with nonpathogenic probiotic E.coli strain Nissle1917［J］.Scand J Immunol，2002，55(2):204－209.

［21］ Cross M L，GannerA，Teilab D，et al.Patterns of cytokine induction by gram－positive and gram－negative probiotic bacteria［J］.FEMS Immunol Med Microbiol，2004，42(2):173－180.

［22］ Sturm A，Rilling K，Baumgart D C，et al.Escherichia coli Nissle 1917 distinctively modulates T－cell cycling and expansion via Tolllike receptor 2 signaling［J］.Infect Immun，2005，73(3):1452－1465.

［23］ Zyrek A，Cichon C，Helms S，et al.Molecular mechanisms underlying the probiotic effects of Escherichia coli Nissle1917 involve ZO－2 and PKCz redistribution resulting in tight junction and epithelial barrier repair［J］.Cell Microbiol，2007，9(3):804－816.

［24］ Guzy C，Paclik D，Shirbel A，et al.The probiotic Escherichia coli strain Nissle 1917 induces T cell apoptosis via caspase and FasL dependent pathways［J］.Int Immunol，2008，20(7):829－840.

［25］ Kamada N，Maeda K，Inoue N，et al.Nonpathogenic Escherichia coli strain Nissle 1917 inhibits signal transduction in intestinal epithelial cells［J］.Infect Immun，2008，76(1):214－220.

［26］ Brader P，Stritzker J，Riedl C C，et al.Escherichia coli Nissle 1917 facilitates tumor detection by positron emission tomography and optical imaging［J］.Clin Cancer Res，2008，14(8):2295－2302.

［27］ Loessner H，Leschner S，Endmann A，et al.Drug－inducible remote control of gene expression by probiotic Escherichia coli Nissle 1917 in intestine，tumor and gall bladder of mice［J］.Microbes Infect，2009，11(14－15):1097－1105.

［28］ Rao S，Hu S，McHugh L，et al.Toward a live microbial microbicide for HIV:commensal bacteria secreting an HIV fusion inhibitor peptide［J］.Proc Nati Acad Sci USA，2005，102(34):11993－11998.

［29］ Remer K A，Bartow M，Roger B，et al.Split immune response after oral vaccination of mice with recombinant Escherichia coli Nissle 1917 expressing fimbrial adhesin K88［J］.Int J Med Microbiol，2009，299(7):467－478.

Research progress on Escherichia coli strain Nissle 1917

CHEN Xiang－e1，2，LING Pei－xue1，2
(1.School of Pharmaceutical Science，Shandong University，Jinan 250012，China;2.Postdoctoral Scientific Research Workstation，Institute of Biopharmaceuticals of Shandong Province，Jinan 250101，China)

Q936

A

1005－1678(2011)06－0493－03

2010－07－27

陳祥娥，女，博士研究生，微生物與生化藥學(xué)專業(yè);凌沛學(xué)，通信作者，研究員，博士生導(dǎo)師，Tel:0531－81213003，E－mail:peixue.ling@bausch.com。