羅伊氏乳桿菌益生特性及治療潰瘍性結(jié)腸炎研究進展

孫夢晗，鄧敏，白楊

潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC）屬于炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）的一種，其發(fā)病率隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展呈現(xiàn)快速上升及年輕化趨勢［1］。UC常表現(xiàn)為腹瀉、間斷性便血或膿血便、腹痛、嘔吐等癥狀［2］，其發(fā)病機制仍不明確。相關(guān)證據(jù)表明，腸道免疫和腸道微生物群之間的異常相互作用可能起關(guān)鍵作用［3］?，F(xiàn)用于治療潰瘍性結(jié)腸炎最廣泛的藥物包括5-氨基水楊酸酯（5-ASA）、柳氮磺吡啶、皮質(zhì)類固醇和免疫抑制劑等，它們可減輕腸道炎癥負擔并改善疾病相關(guān)癥狀。但是，大多數(shù)藥物會引起多種不良反應［4］，因此這些藥物的長期應用對許多UC患者是相對困難的。益生菌是一種活的微生物，可提高宿主免疫力和健康水平［5］。羅伊氏乳桿菌是人和動物胃腸道中天然存在的乳桿菌之一，可定植于人體腸道內(nèi)。目前，羅伊氏乳桿菌已是國家允許的可用于保健食品的益生菌菌種，它們可改變腸道微生物種類組成和多樣性，增加黏膜屏障功能，抑制炎癥反應，調(diào)節(jié)機體免疫功能［6-7］。本文將介紹羅伊氏乳桿菌相關(guān)益生特性及其治療潰瘍性結(jié)腸炎的研究進展。

1 羅伊氏乳桿菌介紹

1.1 羅伊氏乳桿菌生物學特點

乳桿菌屬是最廣泛使用的益生菌之一，可以在世界各地的各種食品中找到［8］。乳桿菌屬因其發(fā)酵糖類產(chǎn)生大量乳酸而命名，由150多個種和亞種組成，其中大多數(shù)為兼性厭氧菌，僅約20%的菌種為專性厭氧菌。乳桿菌屬包括嗜酸乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、保加利亞乳桿菌、干酪乳桿菌和羅伊氏乳桿菌等。羅伊氏乳桿菌于1962年首次被分離出來，它是異源發(fā)酵菌種，在有限的氧氣中生長，能發(fā)酵糖產(chǎn)生CO2、乳酸、乙酸和乙醇，并可定居于人和動物的胃腸道中，已被證明是人類胃腸道真正的常駐菌群之一，是新生兒及健康成年人腸道微生物菌群的主要成員［9］。羅伊氏乳桿菌可耐受多種pH環(huán)境，對胃液、腸液、膽鹽的耐受性較強。幾項研究［10-12］評估了這種微生物在成人、兒童、嬰兒乃至感染了HIV的人群中的安全性，研究表明羅伊氏乳桿菌與安慰劑組或其他益生菌對照組間的人群耐受性、不良事件頻率相似，高達2.9×109cfu/d的羅伊氏乳桿菌在人體內(nèi)仍具有良好的耐受性、安全性和有效性［13-16］。

1.2 羅伊氏乳桿菌的腸道定植

胃腸道系統(tǒng)的某些部位對微生物的定植要求很苛刻，尤其在胃中的胃酸引起的低pH條件和小腸中的膽鹽作用下表現(xiàn)更為明顯。因此，定植于胃腸道的第一步就是要在這樣的環(huán)境中生存。益生菌黏附于宿主腸道黏膜細胞表面形成穩(wěn)定的優(yōu)勢菌群是發(fā)揮其眾多生理功能的重要前提，關(guān)鍵機理在于益生菌可與宿主腸道上皮結(jié)合形成穩(wěn)定的生物膜。多種羅伊氏乳桿菌對低pH值和膽汁鹽具有一定的耐受性［17-18］，這種耐受性部分取決于其形成生物膜的能力［19］。羅伊氏乳桿菌對腸黏膜具有很強的黏附能力，研究表明羅伊氏乳桿菌細胞外存在黏附素，黏附素為乳酸菌表面普遍存在的結(jié)構(gòu)成分，其主要成分多為分泌蛋白、糖蛋白、黏多糖類等物質(zhì)，核心成分是乳桿菌特異性直向同源蛋白編碼基因簇編碼的黏液結(jié)合蛋白（MUBs）和MUB樣蛋白。Mackenzie DA等［20］發(fā)現(xiàn)羅伊氏乳桿菌菌株MUB的差異和細胞表面MUB豐度的變化與其黏液結(jié)合能力顯著相關(guān)，MUB有助于羅伊氏乳桿菌菌株的體外黏液結(jié)合和聚集。Sims IM等［21］還用羅伊氏乳桿菌100-23研究了胞外多糖（EPS）在輔助定植中的作用，果糖基轉(zhuǎn)移酶（ftf）基因的突變消除了EPS的產(chǎn)生。與野生型菌株相比，對無乳桿菌的小鼠灌胃給藥后，ftf突變體在胃和盲腸中的定植很大程度上出現(xiàn)了受損。這表明EPS的產(chǎn)生也可以增強腸道中羅伊氏乳桿菌100-23菌株的定植能力。

2 羅伊氏乳桿菌益生特性

2.1 抑菌作用

羅伊氏乳桿菌在定植于胃腸道的同時可產(chǎn)生多種抗微生物物質(zhì)，如羅伊氏菌素、乳酸、乙酸、乙醇、Reutericyclin等［22-25］，羅伊氏菌素是其中最重要的一種。羅伊氏菌素是不同形式的3-羥基丙醛（3-HPA）混合物，主要成分包括3-HPA單體、水合物及其二聚體［23，26］。羅伊氏乳桿菌通過依賴輔酶B12的甘油脫水酶介導的反應將甘油代謝生成3-HPA［27-28］，3-HPA與細胞內(nèi)的硫醇基團相互作用而產(chǎn)生抑菌作用［29-30］。羅伊氏菌素可以抑制多種微生物，主要是革蘭氏陰性細菌［31］，對大腸桿菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌等致病菌具有抑制作用［32］。另有較多研究證明羅伊氏乳桿菌通過合成乳酸、乙酸、乙醇等物質(zhì)可有效抵抗多種胃腸道細菌感染，這些感染包括幽門螺桿菌、大腸桿菌、艱難梭菌和沙門氏菌等［33-36］。Reutericyclin是羅伊氏乳桿菌產(chǎn)生的另一種發(fā)揮抑菌作用的物質(zhì)，對革蘭氏陽性菌有顯著的抑制能力［37-38］。Ganzle MG等［39］發(fā)現(xiàn)羅伊氏乳桿菌LTH 2584能夠廣泛抑制乳桿菌屬和致病菌中的枯草芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌、糞腸球菌、金黃色葡萄球菌和單增李斯特菌的生長，但不能抑制革蘭氏陰性菌的生長，發(fā)揮抑菌作用的關(guān)鍵物質(zhì)排除了羅伊氏菌素、細菌素和有機酸的影響，最終確定為Reutericyclin，通過陰離子交換色譜和重色譜層析法鑒定其為一種分子量為349 Da的帶負電荷的高度疏水性分子，屬四氧化酸的衍生物，以質(zhì)子離子載體的形式，通過消除膜內(nèi)外△pH來抑制細菌生長。

2.2 調(diào)節(jié)腸道菌群，提高免疫功能

羅伊氏乳桿菌具有調(diào)節(jié)腸道菌群、改善腸道環(huán)境、維持腸道菌群平衡等功能，并可通過不同的作用機制刺激黏膜免疫組織，在機體免疫功能方面起著調(diào)控作用。一項研究［40］將人類起源的羅伊氏乳桿菌菌株（DSM17938）口服給Foxp3＋Treg細胞缺陷的小鼠，這些小鼠由于Foxp3基因突變而具有腸道微生物功能失調(diào)的表現(xiàn)。結(jié)果表明，該羅伊氏乳桿菌菌株能夠延長小鼠的壽命并減少多器官炎癥，同時重塑腸道菌群。進一步研究發(fā)現(xiàn)，使用羅伊氏乳桿菌后的小鼠體內(nèi)肌苷含量增加。通過腺苷A2A受體的參與，肌苷可減少Th1/Th2細胞及其相關(guān)細胞因子的產(chǎn)生從而提高機體免疫功能。這些結(jié)果表明羅伊氏乳桿菌-腸道菌群-肌苷-腺苷A2A受體軸可作為Treg缺乏癥的潛在治療方法。Hsieh FC等［41］發(fā)現(xiàn)羅伊氏乳桿菌GMNL-263可以降低高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠體內(nèi)的血清促炎細胞因子MCP-1、TNF和IL-6水平。De Gregorio PR等［42］用母體B組鏈球菌（GBS）陰道定植的鼠模型進行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在GBS攻擊之前接種羅伊氏乳桿菌CRL1324的小鼠中病原體誘導的中性粒細胞數(shù)量減少，活化的巨噬細胞種群增加。此外，在接種羅伊氏乳桿菌CRL1324然后用GBS攻擊的小鼠中，觀察到B淋巴細胞的增加以及IgA和IgG亞類的增加。這表明羅伊氏乳桿菌CRL1324通過免疫應答的調(diào)節(jié)來介導其對GBS定植的保護作用，為新生兒感染性疾病的防治提供了一定的策略。此外Karaffova V等［43］用羅伊氏乳桿菌L26 BiocenolTM研究其對2型豬圓環(huán)病毒（PCV2）感染的無菌小鼠免疫應答的影響。結(jié)果表明，羅伊氏乳桿菌顯著降低了糞便和回腸中的PCV2含量，并上調(diào)了回腸中趨化因子、干擾素（IFN）-γ、IgA和聚合Ig受體（PIgR）的基因表達，且發(fā)現(xiàn)IFN-γmRNA水平的升高伴隨著自然殺傷細胞比例的增加，IgA和PIgR基因表達的上調(diào)與腸系膜淋巴結(jié)中CD19＋淋巴細胞的比例顯著升高有關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明，羅伊氏乳桿菌對腸道中的PCV2具有抗病毒作用，是通過刺激局部腸道免疫應答來介導的。綜上，我們得出羅伊氏乳桿菌具有調(diào)節(jié)腸道菌群、提高機體免疫功能的作用。隨著研究的不斷深入，更多機制將被進一步揭示。

3 羅伊氏乳桿菌治療潰瘍性結(jié)腸炎

3.1 潰瘍性結(jié)腸炎的益生菌治療

與健康個體相比，IBD患者的腸道菌群具有不同的組成。盡管總細菌數(shù)增加，但IBD中菌群微生物多樣性較少，特別是在活動性的炎癥區(qū)域較為明顯［44］。益生菌可通過幾種潛在的機制對潰瘍性結(jié)腸炎起治療作用，包括改變微生物組成，增強局部免疫反應和改善腸屏障功能［45］。近年來針對益生菌治療潰瘍性結(jié)腸炎的臨床研究可分為以下兩類：研究活動期UC的誘導緩解以及緩解狀態(tài)的維持。大多數(shù)研究是使用E.ColiNissle 1917或VSL＃3進行的［46］。Kruis W 等［47］進行了一項納入327名UC患者的雙盲試驗，患者接受每天1次200 mg的益生菌E.ColiNissle 1917藥物（n＝162）或每天3次（n＝165）500 mg美沙拉嗪的治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大腸桿菌Nissle 1917與標準美沙拉嗪在預防UC復發(fā)方面具有同等療效。VSL＃3包括八個細菌菌株（長雙歧桿菌，短雙歧桿菌，嬰兒雙歧桿菌，嗜酸乳桿菌，保加利亞乳桿菌，干酪乳桿菌，植物乳桿菌，嗜熱鏈球菌）。一項納入22個RCT的薈萃分析［48］研究發(fā)現(xiàn)，益生菌與5-氨基水楊酸酯（5-ASA）或安慰劑相比，在誘導活動性UC緩解方面無益處。但是，僅采用VSL＃3的試驗似有益處；益生菌在預防UC復發(fā)方面與5-ASA效果相當。目前關(guān)于益生菌治療UC的積極結(jié)果不斷被報道，但其機制需進一步研究深入。

3.2 羅伊氏乳桿菌治療潰瘍性結(jié)腸炎現(xiàn)狀及機制

目前關(guān)于羅伊氏乳桿菌治療潰瘍性結(jié)腸炎的研究為數(shù)不多，但我們可通過這些研究發(fā)現(xiàn)其對潰瘍性結(jié)腸炎未來治療的潛在價值。2012年，Oliva S等［49］進行了一項臨床隨機對照試驗，評估了羅伊氏乳桿菌ATCC 55730直腸灌腸在活動性遠端潰瘍性結(jié)腸炎患兒中的有效性。除了口服美沙拉嗪外，他們還接受了一種含有1010cfu的羅伊氏乳桿菌ATCC 55730或安慰劑的灌腸溶液，持續(xù)8周。在試驗的開始和結(jié)束評估臨床內(nèi)鏡和組織學評分以及直腸黏膜的IL-10、IL-1β、TNF-α和IL-8表達水平。結(jié)果表明羅伊氏乳桿菌組的Mayo評分（包括臨床和內(nèi)鏡特征）較安慰劑組顯著降低（P＜0.01）；此外，僅羅伊氏乳桿菌組的組織學評分顯著降低（P＜0.01）。細胞因子黏膜表達水平方面，僅在羅伊氏乳桿菌組中，IL-10顯著升高（P＜0.01），而IL-1β、TNF-α和IL-8顯著降低（P＜0.01）。這表明直腸灌注羅伊氏乳桿菌可有效改善活動性遠端潰瘍性結(jié)腸炎兒童的黏膜炎癥并改變某些參與炎癥性腸病發(fā)病機制的細胞因子的黏膜表達水平。Sun MC等［50］通過研究發(fā)現(xiàn)羅伊氏乳桿菌F-9-35可保護小鼠免受葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導的結(jié)腸炎引起的腸道菌群失調(diào)。Ahl D等［51］用大鼠來源的羅伊氏乳桿菌R2LC和人類來源的羅伊氏乳桿菌ATCC PTA 4659（4659）對DSS誘導的小鼠結(jié)腸炎進行治療，通過臨床和組織學評分發(fā)現(xiàn)羅伊氏乳桿菌R2LC或4659顯著降低了結(jié)腸炎的嚴重程度。羅伊氏乳桿菌可降低髓過氧化物酶（MPO）、IL-1β、IL-6和小鼠角質(zhì)形成細胞趨化因子（mKC）等炎癥標記物；并可顯著增加黏液厚度，在結(jié)腸隱窩底部羅伊氏乳桿菌R2LC組緊密連接蛋白occludin和ZO-1的表達明顯增加。這表明羅伊氏乳桿菌可通過增加黏液厚度及緊密連接蛋白的表達來預防小鼠的結(jié)腸炎。綜上，羅伊氏乳桿菌可通過調(diào)節(jié)腸道菌群失調(diào)、增強腸道黏膜屏障、調(diào)節(jié)細胞因子環(huán)境及免疫失衡等機制來防治潰瘍性結(jié)腸炎。

4 展望

潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)病機制至今仍尚未明確，羅伊氏乳桿菌作為益生菌的一種，可發(fā)揮其抑菌抗炎特性、提高免疫能力、強大定植能力、高度安全性及衛(wèi)生經(jīng)濟性等優(yōu)勢，成為治療潰瘍性結(jié)腸炎的一種潛在的良好選擇，且其屬乳桿菌屬，便于進行基因改造使之成為攜帶更多不同功能特性的益生菌群復合體，甚至開發(fā)出相應的益生菌藥物，根據(jù)個體特定的內(nèi)源性腸道菌群組成特點選擇靶向益生菌，通過益生菌強大的生長特性及益生特性發(fā)揮優(yōu)勢功能，從而為炎癥性腸病的治療打開新的方向。綜上所述，羅伊氏乳桿菌治療潰瘍性結(jié)腸炎具有一定的潛力，但仍需要大樣本、多中心的臨床隨機對照試驗對其進一步研究。