郭曉敏,楊桂連,王春鳳
(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院動(dòng)物微生態(tài)研究室,吉林 長(zhǎng)春 130118)
腸道是機(jī)體最大的免疫器官,而腸黏膜是執(zhí)行局部特異性免疫反應(yīng)的場(chǎng)所,其免疫基礎(chǔ)是腸道相關(guān)淋巴組織(gut associated lymphoid tissue,GALT),GALT是黏膜免疫反應(yīng)主要的誘導(dǎo)和效應(yīng)部位[1]。研究[2]發(fā)現(xiàn):攝入細(xì)菌能幫助免疫系統(tǒng)特別是GALT成熟;而攝入非致病性細(xì)菌能幫助GALT成熟并減少感染的幾率。益生菌是機(jī)體腸道共生菌群的重要組成部分[3],對(duì)機(jī)體無致病性,根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織(WHO)在2001年給出的定義:益生菌是活的微生物,當(dāng)機(jī)體攝入足夠量時(shí),可對(duì)機(jī)體產(chǎn)生有益作用[4]。益生菌可以調(diào)節(jié)宿主腸道內(nèi)菌群平衡;作用于腸道,刺激機(jī)體特異性或非特異性免疫[5];通過分泌不同的細(xì)胞因子,達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)體免疫系統(tǒng)的目的[6];益生菌對(duì)治療腸道疾病也發(fā)揮有益作用。本文作者將益生菌的免疫調(diào)節(jié)作用及在治療腸道疾病中的應(yīng)用進(jìn)展綜述如下。
免疫是指機(jī)體免疫系統(tǒng)識(shí)別自己與異己物質(zhì),并通過免疫應(yīng)答排除抗原性異物,以維持機(jī)體生理平衡的功能。免疫分為非特異性免疫和特異性免疫。
益生菌能增強(qiáng)非特異性免疫的功能,包括中性粒細(xì)胞的吞噬活性和NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性,2種細(xì)胞的活化也可能與益生菌的抗感染和抗癌能力有關(guān),而巨噬細(xì)胞是引起機(jī)體非特異性免疫的重要因素,可分泌細(xì)胞因子,促進(jìn)免疫細(xì)胞的增殖、分化或增強(qiáng)免疫反應(yīng)[7]。有研究[8]表明:益生菌可激活巨噬細(xì)胞的產(chǎn)物,例如鼠李糖乳桿菌(Lactobacillus rhamnosus)HN001能使人體內(nèi)NK細(xì)胞數(shù)量增多,干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)能增強(qiáng)NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性[9]。此外,益生菌的細(xì)胞壁成分如脂磷壁酸(lipoteichoic acid,LTA),能刺激巨噬細(xì)胞通過表面吞噬作用受體如toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)分 泌TNF-α和IL-10[10]。TLR由髓單核細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和黏膜上皮細(xì)胞表達(dá),用于機(jī)體識(shí)別致病微生物,例如TLR2識(shí)別革蘭陽性菌和LTA,TLR4識(shí)別革蘭陰性菌和脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)。最近,Ryu等[11]報(bào)道:純化的LTA通過TLR2活化巨噬細(xì)胞,能刺激不同動(dòng)物模型NO的產(chǎn)生和TNF-α的分泌。
特異性免疫分為細(xì)胞免疫和體液免疫,細(xì)胞免疫是以淋巴細(xì)胞中的T細(xì)胞為核心的免疫應(yīng)答反應(yīng),體液免疫是以特異性抗體(IgA、IgG、IgM、IgE和IgD)起主要作用的免疫應(yīng)答反應(yīng)。在特異性免疫中,益生菌通過刺激機(jī)體產(chǎn)生細(xì)胞因子來刺激B細(xì)胞分泌IgA,增加機(jī)體IgG的分泌,抑制IgE的產(chǎn)生,活化輔助性T淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等進(jìn)行調(diào)節(jié)。不同益生菌誘導(dǎo)產(chǎn)生的細(xì)胞因子也不同。例如,人類上皮細(xì)胞系Caco-2與干酪乳桿菌DN-114001預(yù)培養(yǎng)后,通過抑制核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)的活化來抑制腸道志賀桿菌感染[12]。NF-κB調(diào)控細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄和釋放,其活化可以導(dǎo)致細(xì)胞因子大量表達(dá),從而引起炎癥反應(yīng)。VSL#3(包含8種不同的益生菌:嗜酸乳桿菌、德氏乳桿菌、干酪乳桿菌、植物乳桿菌、長(zhǎng)雙歧桿菌、嬰兒長(zhǎng)雙歧桿菌、短雙歧桿菌和嗜熱乳鏈球菌)能增加人類結(jié)腸上皮細(xì)胞系LS174T的黏蛋白分泌量,并在大鼠結(jié)腸循環(huán)中,提高腸上皮細(xì)胞的屏障作用[13];同時(shí)產(chǎn)生可溶的化合物,通過蛋白酶體抑制劑抑制小鼠內(nèi)皮細(xì)胞NF-κB抑制劑I-κB的退化。這些實(shí)驗(yàn)同時(shí)也能證明:一些益生菌株直接作用于腸道上皮細(xì)胞(intestinal epithelial cells,IECs),維持上皮屏障的完整性。此外,VSL#3可誘導(dǎo)細(xì)胞因子的成熟和在體外的表達(dá),顯著促進(jìn)輔助性Th1、Th2和Th3型細(xì)胞產(chǎn)生免疫應(yīng)答[14],產(chǎn)生IL-10,加快促炎性因子IL-12的排出,因此可用于治療炎性腸病。
小鼠飼喂尼氏大腸桿菌1917(ECN)后,抑制外周血T細(xì)胞的周期進(jìn)程和擴(kuò)張,增加IL-10的分泌量,減少TNF、IFN-γ和IL-2分泌量[15];而干酪乳桿菌可以下調(diào)LPS誘導(dǎo)的IL-6和IFN-γ分泌量[16];鼠李糖乳桿菌GG株(LGG)通過活化抗細(xì)胞凋亡蛋白激酶誘導(dǎo)產(chǎn)生TNF-α來抑制小鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞凋亡,在小鼠脾細(xì)胞中則增加IL-6的分泌量,上調(diào)黏膜表面的IgA抗體水平[17],同時(shí)降低TNF-α水平。LGG還能促進(jìn)人類單核細(xì)胞來源的樹突狀細(xì)胞(dendritic cells,DCs)特異性成熟,刺激低產(chǎn)量的TNF和 CCL20適度表達(dá)[18]。
益生菌可以進(jìn)行免疫調(diào)節(jié),主要與機(jī)體特異微生物或與腸上皮細(xì)胞的相互作用有關(guān)[19],通過在腸道表面定殖、競(jìng)爭(zhēng)性抑制腸道潛在病原菌的定殖能力、穩(wěn)定腸道黏膜屏障、調(diào)節(jié)腸道微生物[20]、作用于DCs和T細(xì)胞向Th1極化作用的相變[21]、調(diào)節(jié)細(xì)胞間傳遞信號(hào)NF-κB的作用及增強(qiáng)NK細(xì)胞的活力[22]等對(duì)腸道黏膜免疫功能和免疫應(yīng)答進(jìn)行調(diào)節(jié)。
腸道中的微生物與IECs直接接觸,通過與派爾氏結(jié)(Peyer’s Patches,PP)內(nèi)的免疫細(xì)胞、腸道固有層淋巴組織和上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞的相互作用,參與啟動(dòng)和調(diào)控黏膜免疫反應(yīng)。
一些益生菌直接進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)作用,其首先黏附于IECs并識(shí)別其表面受體,觸發(fā)一系列的免疫防御機(jī)制?;蛘咄ㄟ^PP結(jié)中的細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)至皮下圓頂區(qū)的免疫細(xì)胞中,也能通過活化的上皮膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)至腸細(xì)胞和M細(xì)胞(具有抗原轉(zhuǎn)運(yùn)功能)中,誘導(dǎo)細(xì)胞因子的分泌和表達(dá)。另一些益生菌可以促進(jìn)DCs的成熟。DCs通過上皮緊密連接延伸樹突,直接對(duì)腸道中的益生菌進(jìn)行加工[23],誘導(dǎo)T細(xì)胞參加免疫反應(yīng),從而刺激IL-10和IL-12的分泌。因此益生菌通過腸道屏障的轉(zhuǎn)運(yùn),其自身增殖到一定數(shù)目或裂解后釋放的抗原物質(zhì)(脂多糖、肽聚糖和DNA等)[24],能刺激機(jī)體的特異性或非特異性免疫系統(tǒng)。
益生菌的功能包括刺激免疫系統(tǒng)、預(yù)防并減少腹瀉的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間、改善礦物質(zhì)的吸收、增加腸動(dòng)力[25]、穩(wěn)定腸道屏障、調(diào)節(jié)腸道生理功能和減少疼痛知覺等,并能通過抑制NF-κB的活化抑制腸道免疫系統(tǒng)的炎性反應(yīng)、增加NK細(xì)胞活性、誘導(dǎo)細(xì)胞因子分泌和加快成熟等調(diào)節(jié)腸道免疫,因此服用益生菌已成為預(yù)防和治療腸道疾病的一種新方法。
炎癥過程是對(duì)各種刺激如感染或組織損傷的生理反應(yīng),一些疾病中致炎因子的持續(xù)激活和免疫系統(tǒng)的不耐受可能會(huì)導(dǎo)致慢性炎癥如IBD[26]。IBD患者可能出現(xiàn)腹痛、腹瀉、腸梗阻、腹部絞痛、便血或體質(zhì)量減輕等癥狀,影響世界總?cè)丝诘?%~15%,其原因可能是過敏、免疫紊亂和遺傳傾向等。目前尚無已知藥物可治愈IBD,但益生菌的免疫調(diào)節(jié)作用可以增加對(duì)IBD的治療效果,通過減少腸道抗原、平衡腸道菌群來維持腸道屏障的作用,減少免疫應(yīng)答介質(zhì)的分泌[27],減輕IBD的癥狀,甚至可以長(zhǎng)期緩解其癥狀[28]。例如,針對(duì)益生菌抗發(fā)炎特性及其對(duì)促炎性細(xì)胞因子的抑制性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn),在小鼠慢性IBD模型中,干酪乳桿菌代田株能下調(diào)促炎細(xì)胞因子如IL-6和NF-κB的表達(dá)水平[29]。
2.1.1 益生菌治療潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)益生菌的免疫調(diào)節(jié)作用多表現(xiàn)在能下調(diào)UC患者炎癥腸段組織中促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)。TNF-α是與UC發(fā)病關(guān)系最密切的促炎因子,監(jiān)測(cè)TNF-α的水平對(duì)UC的診斷、分期、判定病變活動(dòng)情況及嚴(yán)重程度有重要意義。而NF-κB、IL等可引起炎癥反應(yīng),最終導(dǎo)致腸黏膜損傷。有研究[30]表明:服用3種雙歧桿菌混合物(日本產(chǎn)品BFM,由短雙歧桿菌、兩岐雙岐桿菌和嗜酸乳桿菌YIT 0168組成)后,NF-κB、IL-1和TNF的水平比使用安慰劑組低,而IL-10水平增高,其緩解疼痛效果也優(yōu)于安慰劑組[30]。李云燕等[31]研究發(fā)現(xiàn):嗜酸乳桿菌可增加結(jié)腸黏液細(xì)胞數(shù)量和黏蛋白含量,促進(jìn)MUC2的基因表達(dá),且與嗜酸乳桿菌劑量呈正相關(guān)關(guān)系。顏玉等[32]研究發(fā)現(xiàn):采用乙酸UC大鼠模型,益生菌與美沙拉嗪聯(lián)合用藥可有效降低 NF-κB、TNF-α表達(dá),較單獨(dú)用藥組治療效果更好。王旭霞等[33]采用DSS誘發(fā)大鼠UC模型,給予雙歧桿菌治療后大鼠血清中的促炎因子IL-6、IL-8和TNF-α均有明顯降低,說明雙歧桿菌可通過降低腸道通透性,調(diào)節(jié)抑制細(xì)胞因子,對(duì)大鼠DSS結(jié)腸炎腸道黏膜發(fā)揮保護(hù)作用。
2.1.2 益生菌治療結(jié)腸袋炎 在治療結(jié)腸袋炎時(shí),進(jìn)行回腸-直腸吻合術(shù)同時(shí)口服VSL#3的患者特異性提高了黏膜調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的數(shù)量,證明益生菌在此類疾病中對(duì)免疫調(diào)節(jié)機(jī)制起有益作用[34]。同時(shí),Corthesy 等[35]研究發(fā)現(xiàn):乳桿菌和雙歧桿菌能抑制IL-1β、TNF-α和 NF-κB的轉(zhuǎn)錄,抑制結(jié)腸炎小鼠中IL-1β和IL-6的翻譯。
2.1.3 益生菌治療克羅恩?。–rohn's disease,CD) 益生菌有減輕和預(yù)防CD復(fù)發(fā)的作用。干酪乳桿菌通過特異性下調(diào)關(guān)鍵促炎介質(zhì)能夠抵消大腸桿菌對(duì)發(fā)炎黏膜的促炎作用[36]。益生菌的免疫調(diào)節(jié)功能已經(jīng)用于治療兒童CD。益生菌LGG可改善CD患兒的腸屏障功能[37],其與抗炎藥物美沙拉嗪聯(lián)合應(yīng)用能延長(zhǎng)UC的無復(fù)發(fā)時(shí)間。Lin等[38]和Steed等[39]用羅伊氏乳桿菌 ATCC PTA 6475通過抑制MAP激酶調(diào)節(jié)C-Jun和轉(zhuǎn)錄因子AP-1的活化,抑制人類促炎性因子TNF,進(jìn)而緩解CD,減少組織學(xué)損害。目前,益生菌治療CD機(jī)制和CD的發(fā)病機(jī)制尚不完全了解,仍需進(jìn)行更多的隨機(jī)臨床實(shí)驗(yàn)。
IBS是一種功能性腸道失調(diào),有腹痛或不適,伴隨便秘或腹瀉癥狀。普遍認(rèn)為IBS由社會(huì)心理學(xué)因素、腸動(dòng)力失調(diào)、腸道功能脆弱、神經(jīng)遞質(zhì)失衡和感染引起。根據(jù)動(dòng)物模型和人類腸切片分析,益生菌對(duì)這些癥狀有潛在治療作用,益生菌可以誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞表達(dá)黏蛋白,抑制致病菌黏附和向腸黏膜內(nèi)移位,避免腸道免疫細(xì)胞激活和炎性因子釋放,抑制炎癥發(fā)展[40]。Quigley等[41]應(yīng)用嬰兒雙歧桿菌可以使IBS患者的IL-10/IL-12比例失調(diào)恢復(fù)正常,并且減輕其癥狀。Kajander等[42]也發(fā)現(xiàn):組合益生菌比單獨(dú)菌株治療效果更好,同時(shí),這些菌株(LGG、Lc705株、費(fèi)氏、薛氏丙酸桿菌和短雙歧桿菌Bb99)可緩解IBS所有癥狀,使腸道菌群穩(wěn)定,胃腸脹氣和腹痛顯著減輕。
口服益生菌能縮短抗生素相關(guān)性腹瀉(antibioticassociated diarrhea,AAD)的持續(xù)期,降低其發(fā)病頻率。AAD發(fā)病率占世界范圍5%~30%,大部分抗生素都能誘導(dǎo)產(chǎn)生AAD,尤其是氨基青霉素療法和氨基青霉素聯(lián)合克拉維酸、頭孢菌素及克林霉素療法。治療AAD時(shí),益生菌聯(lián)合抗生素療法可顯著降低AAD發(fā)病率[43]。而布拉酵母菌是治療AAD最有效的益生菌,已有研究證明:益生菌LGG對(duì)AAD患兒有效。AAD的預(yù)防和治療效果主要與益生菌株有關(guān)。
隨著生物科學(xué)的發(fā)展,益生菌的應(yīng)用越來越廣泛,其促進(jìn)健康和對(duì)傳染病及腸道失常的預(yù)防和治療作用也被人們所認(rèn)識(shí)。此外,越來越多的臨床試驗(yàn)和體外研究均表明:益生菌在治療腹瀉、刺激免疫、增強(qiáng)腸道屏障和緩解腸道炎癥等方面有重要作用。但是每種益生菌的作用機(jī)制尚不明確,這與益生菌的活化機(jī)制和腸道疾病的發(fā)病機(jī)制信息缺乏有關(guān),所以仍需進(jìn)一步研究明確。
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