益生菌在治療炎癥性腸病方面的應(yīng)用

朱軍偉 杭鋒 王欽博 宋馨 侯建平

摘要從炎癥性腸疾?。↖BDs）的發(fā)病原因入手，重點(diǎn)闡述了益生菌在調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、維護(hù)腸粘膜屏膜功能以及調(diào)節(jié)腸相關(guān)免疫體系平衡緩解和治療炎癥性腸疾病方面的作用機(jī)理。

關(guān)鍵詞益生菌；炎癥性腸疾?。荒c道菌群

中圖分類號(hào)S852.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）01-00124-04

基金項(xiàng)目“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2012BAD12B08，2013BAD18B01）。

作者簡(jiǎn)介朱軍偉（1988- ），男，上海人，初級(jí)工程師，碩士，從事乳制品研究，Email：juvid.zhu@icloud.com。

收稿日期20131204炎癥性腸病（Inflammatory bowel disease，IBD）是一種慢性腸道炎癥性疾病，其主要臨床形式是克羅恩病（Crohns disease，CD）和潰瘍性結(jié)腸炎（Ulcerative colitis，UC ）?？肆_恩病可以影響胃腸道的任何一個(gè)部分，潰瘍性腸炎則主要發(fā)生在結(jié)腸粘液膜。目前普遍認(rèn)為IBD可能是環(huán)境、免疫、遺傳以及腸道微生物相互作用的結(jié)果。同時(shí)，一些抗生素的使用會(huì)引起腸道正常菌群的失調(diào)，加重炎癥反應(yīng)[1]。以前我國(guó)炎性腸病較為少見，但近年來我國(guó)IBD患者逐漸增多。

益生菌是一類活的微生物，當(dāng)攝入一定數(shù)量時(shí)對(duì)宿主的健康有益。研究表明，益生菌在預(yù)防和治療炎癥性腸病方面起到有益的作用。乳桿菌屬（Lactobacillus）、雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）和腸球菌（Enterococcus）屬的一些菌株常被作為益生菌。菌株L.plantarum 299v[2]可以緩解和減輕IL10缺陷小鼠炎癥的發(fā)生。甲氨蝶呤處理的小鼠口服菌株L.plantarum 299v減少了結(jié)腸炎的發(fā)生率、降低結(jié)腸炎的嚴(yán)重程度[3]。筆者對(duì)炎癥性腸病的發(fā)病原因、益生菌的作用機(jī)制及其在預(yù)防和緩解炎癥性腸病方面的作用等進(jìn)行了綜述，旨在為益生菌制劑的研發(fā)提供一定的理論支持。

1炎癥性腸病的發(fā)病原因

炎癥性腸?。↖BDs）是強(qiáng)烈和長(zhǎng)久的炎癥反應(yīng)。引起炎性腸病的重要原因之一是腸道內(nèi)菌群失衡，腸道菌群失去多樣性，革蘭氏陰性菌數(shù)量增多。革蘭氏陰性菌的脂多糖（LPS）被腸上皮細(xì)胞模式識(shí)別受體（PRRs）識(shí)別，通過核轉(zhuǎn)錄因子κB（NFκB）途徑激發(fā)炎癥反應(yīng)，促炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素8（IL8）大量表達(dá)。長(zhǎng)時(shí)間的感染導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞持續(xù)釋放IL8，高水平的IL8導(dǎo)致中性粒細(xì)胞的滲透性增加，最終破壞腸上皮細(xì)胞，腸道屏障功能失調(diào)，引起永久炎癥，甚至引發(fā)腸道癌變[4]。抗生素的濫用、飲食構(gòu)成等因素導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)，使腸道內(nèi)腐敗菌、致病菌數(shù)量增加，致病菌分泌的腸毒素增加腸粘膜通透性，并且致病菌會(huì)直接侵襲損傷腸上皮細(xì)胞，破壞粘膜的屏障功能、或者破壞宿主細(xì)胞質(zhì)引起炎癥性腸病[5]。

采用傳統(tǒng)和分子生物技術(shù)研究炎癥性腸病患者腸道菌群組成，發(fā)現(xiàn)腸道有益菌（如雙歧桿菌屬和乳桿菌屬）的細(xì)菌數(shù)量減少，而有害菌（擬桿菌屬和大腸桿菌屬的細(xì)菌）數(shù)量增加，這種生態(tài)失調(diào)引起腸道中有益菌和有害菌的失衡，從而導(dǎo)致炎癥的發(fā)生?？肆_恩病患者糞便中厭氧菌的數(shù)量特別是擬桿菌屬細(xì)菌比健康個(gè)體顯著增多[6]。潰瘍性結(jié)腸炎患者中，結(jié)腸粘膜活組織和糞便樣品中需氧微生物增加[7]，厭氧菌及乳桿菌的數(shù)量減少，同時(shí)硫酸鹽還原菌大量增加，乳桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量大量減少，使腸道中短鏈脂肪酸減少，產(chǎn)生過量的硫化氫，阻滯腸上皮細(xì)胞對(duì)丁酸鹽的代謝作用，導(dǎo)致腸粘膜層變薄[8]。

腸道致病菌破壞腸上皮組織及其屏障功能的機(jī)制包括誘導(dǎo)宿主細(xì)胞死亡，破壞腸上皮細(xì)胞緊密連接（TJ）和粘附連接，增加上皮細(xì)胞滲透性，降低上皮細(xì)胞的跨膜電阻，引起炎癥損傷[9]。致病菌還可以通過代謝過程中產(chǎn)生毒素來侵襲宿主細(xì)胞[10]。研究表明，益生菌可以有效調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，預(yù)防炎癥性腸疾病。

2益生菌預(yù)防和緩解炎癥性腸病的機(jī)理

益生菌在腸道中產(chǎn)生有機(jī)酸、過氧化氫和細(xì)菌素來抑制病原菌和腐敗菌增殖，維持腸道菌群平衡；益生菌維持腸粘膜屏障功能，防止病原菌侵襲腸粘膜；促進(jìn)腸相關(guān)淋巴系統(tǒng)發(fā)育，調(diào)節(jié)腸道免疫平衡[11]，從而起到預(yù)防和緩解腸炎的作用。

2.1抑制病原菌的生長(zhǎng)繁殖IBD的發(fā)病與腸道菌群失衡緊密相關(guān)，因此維持腸道正常菌群平衡可以預(yù)防IBD的發(fā)生。益生菌及其代謝產(chǎn)物（如短鏈脂肪酸及細(xì)菌素）可以殺死或抑制致病菌的生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)益生菌還可以抑制致病菌毒素的產(chǎn)生，減少病原菌對(duì)腸道的破壞，維持腸道正常菌群平衡和腸道屏障功能，從而預(yù)防和緩解IBD。

由葡聚糖（Dextranesodiumsulphate，DSS）誘發(fā)結(jié)腸炎小鼠服用乳桿菌和雙歧桿菌后，抑制了結(jié)腸炎小鼠腸道中有害微生物的生長(zhǎng)繁殖，這是因?yàn)橐嫔x產(chǎn)生短鏈脂肪酸，降低了腸道pH，形成不利于病原菌生長(zhǎng)的微環(huán)境[12]。雙歧桿菌代謝產(chǎn)生的醋酸通過調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞增強(qiáng)腸道防御功能，阻止侵襲性病原菌的入侵，維持腸道中正常菌群的平衡[13]。L.reuteri產(chǎn)生的一種潛在的抗菌物質(zhì)Reuterin可以阻止腸道中病原菌的過度生長(zhǎng)，維持腸道菌群平衡[14]。另外，益生菌還可以通過交互凝集作用使致病菌更容易從腸道中排出。L.coryniformis DSM20001T可以與E.coli K88，Campylobacter coli以及C.jejuni發(fā)生共凝集作用，有利于致病菌在腸道中排出[15]。

2.2干擾病原菌在腸上皮細(xì)胞的粘附致病菌粘附到腸上皮細(xì)胞是引起腸道疾病的第一步，粘附可以使細(xì)菌定植在腸粘膜上，引起腸上皮細(xì)胞的進(jìn)一步損傷。益生菌與病原菌競(jìng)爭(zhēng)粘附位點(diǎn)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，干擾病原菌在腸道中粘附定植，可以阻止腸道損傷，改善病原菌引起的腸道炎癥。菌株L.acidophilus Bar13、L.plantarum Bar10及B.longum Bar33等可以有效抑制S.typhimurium和E.coli在caco2細(xì)胞上粘附，減少腸上皮細(xì)胞表達(dá)IL8，從而預(yù)防腸炎的發(fā)生[16]。菌株L.rhamnosus 和 L.acidophilus可以阻礙1型痢疾志賀氏菌（Shigella dysenteriae 1）在caco2細(xì)胞上粘附及侵入細(xì)胞，并降低腫瘤壞死因子α（TNFα）和IL8的表達(dá)，因此降低了腸炎發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[17]?？诜闟accharomyces boulardii的結(jié)腸炎小鼠與未服用S.boulardi的小鼠相比，其粘膜粘附的Citrobacter rodentium顯著減少，表明S.boulardii通過抑制C.rodentium在腸粘膜上的粘附，從而改善炎癥[18]。菌株L.rhamnosus R0011和L.helveticus R0052可以減少小鼠腸腔中微生物的粘附和轉(zhuǎn)移，降低了小鼠患腸炎的風(fēng)險(xiǎn)[19]。體外和體內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果均表明益生菌可以干擾病原菌的粘附，保護(hù)腸道屏障功能，預(yù)防炎癥的發(fā)生。

益生菌不僅本身具有抑制腸道致病菌在腸上皮粘附的功能，同時(shí)其細(xì)胞組分也可以抑制腸道致病菌的粘附，從而保護(hù)腸上皮免受致病菌的侵襲，保護(hù)腸道健康。L.crispatus ZJ001的表面蛋白可以顯著抑制E.coli O157∶H7 和 S.typhimurium在HeLa細(xì)胞上的粘附[20]。L.plantarum BMCM12分泌的胞外蛋白質(zhì)可以顯著減少腸道致病菌在粘液層的粘附數(shù)量[21]。L.kefir中分離的表面蛋白預(yù)處理Salmonellal，顯著降低了Salmonellal在Caco2上的粘附數(shù)以及對(duì)細(xì)胞的入侵[22]。

2.3腸上皮細(xì)胞的屏障功能以及益生菌對(duì)其完整性的影響胃腸道的上皮層是消化道與外界接觸的主要接觸面。腸上皮細(xì)胞屏障包括粘液層、上皮細(xì)胞以及腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)。

研究表明，益生菌可以增強(qiáng)腸上皮細(xì)胞的屏障功能，從而抑制病原微生物在腸粘膜上粘附入侵。益生菌可以促進(jìn)腸上皮細(xì)胞防御素、黏蛋白和腸上皮緊密連接相關(guān)蛋白的表達(dá)，使腸上皮細(xì)胞屏障功能得到加強(qiáng)（圖1）。

益生菌對(duì)腸道具有多種有益作用：①通過產(chǎn)生抑菌物質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)粘附抑制病原菌對(duì)腸上皮細(xì)胞的有害作用；②益生菌通過增強(qiáng)先天免疫、增加抗炎因子的產(chǎn)生和抑制促炎因子的產(chǎn)生，維持機(jī)體免疫平衡；③益生菌通過增強(qiáng)腸上皮細(xì)胞存活性、屏障功能和細(xì)胞保護(hù)反應(yīng)，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞穩(wěn)定[23]。

相鄰的腸上皮細(xì)胞通過緊密連接（Tight junction，TJ）相互連接，緊密連接對(duì)于阻止微生物的滲透以及運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)起著非常重要的作用。腸上皮緊密連接（TJ）主要的連接相關(guān)蛋白是ZO1和ZO2，在IBD的炎癥過程中細(xì)胞因子的產(chǎn)生會(huì)引發(fā)ZO1的重組，導(dǎo)致腸道滲透性的增加。益生菌會(huì)影響TJ蛋白的表達(dá)和分布，增強(qiáng)腸道屏障功能。病原菌感染腸上皮細(xì)胞后，引起腸上皮跨膜電阻（Transepithelial electrical resistance，TEER）下降，對(duì)大分子物質(zhì)的滲透性增強(qiáng)，增加了病原菌入侵腸組織的機(jī)會(huì)。菌株L.rhamnosus GG保護(hù)上皮單層細(xì)胞免受腸出血性大腸桿菌（Enterohemorrhagic E.coli，EHEC）誘導(dǎo)的TJ相關(guān)蛋白claudin1和ZO1的重新分布，改善上皮組織滲透性，阻止TEER的下降，可以有效預(yù)防致病菌引起的急性腹瀉、出血性腸炎以及溶血尿毒性綜合征[24]。Heli Putaala等研究表明經(jīng)不同益生菌發(fā)酵上清液處理的Caco2細(xì)胞的跨膜電阻都有不同程度增加，阻止了EHEC毒素對(duì)腸緊密連接的損傷[25]。益生菌菌體及其發(fā)酵產(chǎn)物都對(duì)腸上皮細(xì)胞的緊密連接有一定的保護(hù)作用。在DSS誘發(fā)結(jié)腸炎小鼠中，occludin、ZO1、claudin1、claudin3、claudin5減少，經(jīng)混合型益生菌VSL#3處理后，阻止TJ蛋白表達(dá)的改變，增強(qiáng)了腸道的屏障功能，有效的保護(hù)腸道免受致病菌的入侵[26]。

與正常部位相比，腸道炎癥部位的粘膜層較薄，粘附的細(xì)菌數(shù)增加并且其滲透性增強(qiáng)。益生菌可以促進(jìn)上皮細(xì)胞分泌粘液來提高腸道屏障功能。一些Lactobacillus屬益生菌可以促進(jìn)Caco2（MUC2）和HT29（MUC2和MUC3）細(xì)胞系分泌粘液，增強(qiáng)腸上皮屏障功能，從而阻止E.coli的入侵和粘附[27-28]。

革蘭氏陰性菌通過NF κB途徑激發(fā)炎癥反應(yīng)和IL8的大量表達(dá)，引發(fā)炎性腸疾病。NF κB可以被病原微生物和病原相關(guān)分子模式（Pathogen associated molecular patterns，PAMP）激活，NF κB的激活引起致病菌感染部位的炎性細(xì)胞因子表達(dá)上調(diào)，這些因子是宿主對(duì)入侵微生物免疫應(yīng)答的重要分子，而大量炎性因子的表達(dá)將損傷腸上皮組織[30]。益生菌通過產(chǎn)生抑菌物質(zhì)、誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生熱休克蛋白，或者通過抑制腸上皮細(xì)胞NFκB途徑的激活來抑制或者減少促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，如抑制促炎細(xì)胞因子（包括IL8、TNFα、IL1β）的表達(dá)，而促進(jìn)抗炎細(xì)胞因子（IL10）的表達(dá)，從而預(yù)防和緩解炎癥反應(yīng)[31]。Bifidobacterium和Lactobacillus屬的菌株可以顯著抑制NF κB途徑的激活和IL8的產(chǎn)生，從而抑制和緩解腸炎。菌株L.crispatus K243和K313可以抑制病原菌S.braenderup在腸上皮細(xì)胞上粘附，并降低S.braenderup誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生的IL8水平，因此可用于抑制腹瀉性腸炎[32]。

熱休克蛋白（Hsp）可以在應(yīng)激條件下保護(hù)細(xì)胞存活。熱休克蛋白的表達(dá)可以減少IL8的分泌，降低炎性因子對(duì)腸上皮細(xì)胞的損傷作用[33]。腸炎沙門氏菌感染腸道引起急性免疫反應(yīng)，使IL8炎性細(xì)胞因子大量表達(dá)，Lactobacillus屬菌株及其代謝產(chǎn)物可抑制S.enteritidis增殖及IL8的表達(dá)，并促進(jìn)熱休克蛋白（HSP）表達(dá)，從而緩解S.enteritidis引起的腸道炎癥[34]。

野生型小鼠口服B.breve可以改善結(jié)腸炎，但是IL10基因敲除小鼠口服B.breve后則沒有這種效果，表明B.breve阻止炎癥主要是通過誘導(dǎo)免疫細(xì)胞產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子IL10[35]。攝食益生菌可以增強(qiáng)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的活性，來增強(qiáng)機(jī)體的免疫機(jī)能，預(yù)防和緩解腸道炎癥[36]。健康的志愿者服用含L.acidophilus La1和 B.bifdum Bb12發(fā)酵牛乳產(chǎn)品21 d，志愿者免疫細(xì)胞對(duì)E.coli sp的吞噬能力增強(qiáng)，非特異的和抗感染的免疫防御能力因?yàn)榉靡陨暇甓兴岣遊37]。

3展望

分離和篩選具有緩解和預(yù)防炎性腸病的益生菌對(duì)于改善人類腸道健康大有裨益。從健康人腸道中分離這類益生菌具有可行性。人類腸道來源的益生菌能夠適應(yīng)人體腸道環(huán)境，具有安全性，并在其中定殖，發(fā)揮應(yīng)有的益生功能。具有益生作用的菌株L.rhamnosus G.G（LGG）便是從健康人糞便中分離獲得的。人們長(zhǎng)期食用的傳統(tǒng)發(fā)酵食品（如傳統(tǒng)發(fā)酵乳制品（酸奶、馬奶酒和奶酪）、肉制品（發(fā)酵香腸）和泡菜）中，蘊(yùn)藏有豐富的乳酸菌，這些乳酸菌具有長(zhǎng)期的食用安全性，已有報(bào)道從這些發(fā)酵食品中分離獲得具有益生作用的乳酸菌。筆者多年來一直在進(jìn)行傳統(tǒng)發(fā)酵乳制品中乳酸菌的分離和具有益生功能菌株的篩選。分離獲得的菌株Lactobacillus coryniformis subsp. torquens T3L和Lactobacillus paracasei supsp.paracasei M5L可以刺激外周血單核細(xì)胞（PBMCs）增殖，產(chǎn)生細(xì)胞因子IL12、TNFα、IFNγ，并增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞（NK cells）活性[38]；另外7株乳桿菌及其表面蛋白可以抑制Shigella sonnei在腸上皮細(xì)胞HT29上粘附[39]。目前獲得的乳桿菌株可以以抑制E.coli O157在腸上皮細(xì)胞caco2上粘附，可以抑制E.coli O157誘導(dǎo)caco2細(xì)胞產(chǎn)生IL8，而對(duì)其抑制和緩解炎癥性腸炎的功能則有待進(jìn)一步研究。

人體腸道共生菌群、腸上皮細(xì)胞與腸相關(guān)免疫細(xì)胞之間的互動(dòng)平衡是維持腸道及機(jī)體健康的關(guān)鍵，一旦這種平衡被打破，病原微生物大量增殖，誘發(fā)炎癥性腸病等病癥，而腸道炎癥也促使腸病原菌大量增殖、破壞腸道正常菌群，最終導(dǎo)致腸道癌變[40]。乳桿菌屬、雙歧桿菌屬、腸球菌屬類益生菌對(duì)于預(yù)防和治療炎癥性腸病是有效的，它們通過平衡腸道菌群、增強(qiáng)腸粘膜屏障功能及促進(jìn)腸道免疫平衡，預(yù)防和治療炎癥性腸病。不同益生菌株及其產(chǎn)物防止炎癥性腸病發(fā)生的機(jī)制是不同的，并且是不同機(jī)制共同影響的結(jié)果。因此，需要深入了解益生菌株與腸上皮細(xì)胞相互作用的分子機(jī)理以及不同菌體成分在菌體與上皮細(xì)胞相互作用中發(fā)揮的作用。

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