乳酸菌對(duì)豬腸道屏障功能的調(diào)節(jié)作用及其機(jī)制

譙仕彥 侯成立 曾祥芳

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100193)

乳酸菌(lactic acid bacteria，LAB)是一類能發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生大量乳酸的革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的總稱。乳酸菌廣泛分布于人體和動(dòng)物的消化道內(nèi)，參與多種生理作用，影響宿主健康。目前，乳酸菌作為最主要的和最安全的益生菌來(lái)源已被廣泛關(guān)注，而乳酸菌調(diào)控腸道屏障功能已成為研究的熱點(diǎn)。乳酸菌發(fā)揮益生作用的主要機(jī)制是通過(guò)調(diào)節(jié)腸道屏障功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這已被眾多體內(nèi)外試驗(yàn)所證實(shí)［1-2］。迄今為止，關(guān)于乳酸菌在豬上的應(yīng)用研究報(bào)道很多，但相對(duì)于嚙齒動(dòng)物而言，關(guān)于乳酸菌對(duì)豬腸黏膜屏障作用的研究相對(duì)較少。本文擬就乳酸菌對(duì)豬腸道屏障功能的調(diào)節(jié)作用及其機(jī)制作一綜述，以期能幫助對(duì)乳酸菌的深入認(rèn)識(shí)和科學(xué)應(yīng)用。

1 腸道屏障

腸道是機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的主要場(chǎng)所，也是機(jī)體抵御異物的第一道防線。腸道屏障功能是指腸道將腸腔環(huán)境與機(jī)體內(nèi)組織環(huán)境分隔開(kāi)，防止腸道內(nèi)致病性抗原、毒素以及致病微生物侵入的功能［3］。腸道屏障主要由腸道正常菌群、黏液層、腸上皮細(xì)胞層和腸道免疫系統(tǒng)組成(圖 1)。

1.1 腸道正常菌群

腸道內(nèi)寄居著1013～1014個(gè)微生物，構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。隨著近年來(lái)對(duì)機(jī)體微生物研究的深入，腸道微生物被認(rèn)為是腸道防御屏障的重要組成部分。對(duì)于新生動(dòng)物，腸道微生物在宿主腸道發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著重要作用［5］。正常情況下腸道微生態(tài)處于平衡狀態(tài)，腸道內(nèi)的有益菌如雙歧桿菌、乳酸菌黏附于腸上皮細(xì)胞表面或分布于黏液層，形成菌膜屏障，抑制病原菌黏附定植［3］。乳酸菌分布于豬整個(gè)腸道的各個(gè)部分［6］，可通過(guò)生物拮抗作用抑制病原微生物的生長(zhǎng)繁殖［2，7］。與長(zhǎng)白豬相比，金華豬對(duì)毒素源性大腸桿菌K88攻毒有更低的腹瀉率，其原因是腸道內(nèi)存在更多的乳酸菌數(shù)量［8］。腸道復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建了腸道內(nèi)的第一道屏障，不同種屬微生物間的相互依賴和制衡，在有外界環(huán)境波動(dòng)或遭受有害刺激時(shí)能更好地應(yīng)對(duì)不良因素對(duì)機(jī)體造成的負(fù)面影響，從而起到保護(hù)腸道屏障的作用［9-10］。

圖1 腸道屏障功能Fig.1 The intestinal barrier function［4］

1.2 黏液層

腸道表面由單層上皮細(xì)胞排列而成，而腸上皮細(xì)胞表面覆蓋著一層黏液。黏液主要由杯狀細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞分泌的黏蛋白(mucin)組成。黏蛋白是一種大分子的糖蛋白，主要分為腸上皮細(xì)胞頂端覆蓋的跨膜黏蛋白以及杯狀細(xì)胞分泌的凝膠狀態(tài)的黏蛋白，其中膜結(jié)合蛋白主要有MUC1、MUC3、 MUC4、 MUC12、 MUC13、 MUC16、MUC17，分 泌 蛋 白 主 要 有 MUC2、MUC5AC、MUC5B、MUC6、MUC7［11］。黏蛋白有細(xì)菌黏附結(jié)合位點(diǎn)，可與腸上皮上的結(jié)合位點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)，阻止病原微生物與腸上皮細(xì)胞結(jié)合。黏液層一方面可將腸上皮細(xì)胞與腸腔環(huán)境隔離開(kāi)，另一方面為專性厭氧菌提供了良好的棲息環(huán)境，可促進(jìn)雙歧桿菌、乳酸菌等有益菌的生長(zhǎng)繁殖［12］。

1.3 腸上皮細(xì)胞

腸上皮細(xì)胞是腸道黏膜屏障的重要組成部分，主要通過(guò)通透性來(lái)高效選擇腸腔內(nèi)的物質(zhì)。一方面允許營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和其他可溶性的成分被吸收，另一方面阻止腸腔微生物、毒素等進(jìn)入機(jī)體［13］。相鄰腸上皮細(xì)胞間通過(guò)細(xì)胞連接毗鄰，從上皮頂端到基底膜，連接復(fù)合體依次為緊密連接(tight junctions，TJs)、黏附連接、橋粒和縫隙連接［14］，其中TJs與腸道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和微生物的黏附關(guān)系最為密切，且TJs和黏附連接通過(guò)胞質(zhì)銜接蛋白與肌動(dòng)蛋白微絲相連，參與多種信號(hào)通路，比如調(diào)控細(xì)胞增殖、分化和極性［15］。TJs為多種蛋白相互作用下形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，是上皮細(xì)胞選擇性通透性的決定性因素，而Claudin-1、Occludin和ZO-1是TJs結(jié)構(gòu)和功能單位中最為基礎(chǔ)和重要的組成［16］。TJs是參與控制細(xì)胞旁滲透的關(guān)鍵分子［17］，將上皮細(xì)胞之間的空隙密封，阻止微生物和其他抗原物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)擴(kuò)散穿過(guò)上皮細(xì)胞。

1.4 腸道免疫系統(tǒng)

腸黏膜免疫屏障主要由腸相關(guān)淋巴組織(gutassociated lymphoid tissue，GALT)構(gòu)成，包括黏膜固有層及上皮細(xì)胞層內(nèi)的淋巴細(xì)胞、孤立淋巴濾泡、腸系膜淋巴結(jié)、潘氏細(xì)胞等。腸道免疫系統(tǒng)受到刺激以后，可以分泌免疫球蛋白、白細(xì)胞介素和干擾素等蛋白和分子，通過(guò)免疫調(diào)節(jié)作用維持腸道上皮穩(wěn)態(tài)。由B細(xì)胞轉(zhuǎn)化為漿細(xì)胞產(chǎn)生，并穿過(guò)上皮細(xì)胞分泌至腸腔的分泌型免疫球蛋白A(sIgA)是腸道免疫屏障的重要方面，參與調(diào)控腸道菌群，維持腸道穩(wěn)態(tài)。sIgA與非特異性免疫蛋白共同作用可阻止微生物黏附于上皮細(xì)胞，阻止損傷相關(guān)的炎癥反應(yīng)［18］。黏膜免疫球蛋白 A(IgA)一方面可以中和微生物毒素和病原微生物，另一方面可以調(diào)控腸道共生菌群［19］。IgA可維持不同腸段菌群的特異性［20］。另外，腸細(xì)胞分泌的內(nèi)源抗菌肽是腸道先天性免疫的一部分。小腸內(nèi)的柱狀細(xì)胞能夠產(chǎn)生再生胰島素衍生蛋白3γ(REG3γ)和再生胰島素衍生蛋白 3β(REG3β)［21］，結(jié)腸柱狀細(xì)胞主要表達(dá)β防御素和Cathelicidins，潘氏細(xì)胞能夠表達(dá)多種抗菌肽，包括α防御素和血管生成素4(ANG4)等［22］。防御素可以破壞細(xì)菌細(xì)胞壁或細(xì)胞膜來(lái)發(fā)揮抑菌或殺菌作用［23］。

2 乳酸菌對(duì)豬腸道屏障功能的調(diào)節(jié)

2.1 乳酸菌對(duì)豬腸道菌群的調(diào)節(jié)

仔豬新生期是其個(gè)體發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，由于腸道及機(jī)體免疫機(jī)能尚未發(fā)育完善，使得機(jī)體在受到外界環(huán)境應(yīng)激的刺激下，仔豬極易遭受病原微生物侵襲，抵御能力低下，而新生期嚴(yán)重感染或應(yīng)激對(duì)仔豬未來(lái)個(gè)體發(fā)育存在不可逆轉(zhuǎn)的負(fù)面影響，從而影響個(gè)體發(fā)育的整個(gè)進(jìn)程。在新生階段給予乳酸菌干預(yù)，可以調(diào)控仔豬腸道微生物菌群的形成，幫助建立以有益菌為主體的腸道微生物菌群，介導(dǎo)機(jī)體腸道發(fā)育，促進(jìn)機(jī)體消化生理成熟并增強(qiáng)抵御病原微生物感染的能力［24-25］。Liu等［26］研究發(fā)現(xiàn)，給新生仔豬灌服發(fā)酵乳酸桿菌(L.fermentum)I5007可以降低腸道潛在致病菌腸桿菌及梭菌屬數(shù)量，有助于新生仔豬腸道菌群的建立。

腸道菌群建立后，乳酸菌可以影響腸道菌群結(jié)構(gòu)，但這種影響作用是局部的［27］。乳酸菌可以降低仔豬腸道中潛在致病菌產(chǎn)氣莢膜梭菌(Clostridium perfringens)的數(shù)量，并且乳酸菌干預(yù)的仔豬共生乳酸菌沿著絨毛-隱窩軸的分布與腸細(xì)胞關(guān)聯(lián)更加密切［24］。Bezkorovainy［28］報(bào)道，飼糧中添加乳酸菌可提高腸道有益微生物的定植并降低腸道pH。Ohashi等［29］給斷奶仔豬飼喂保加利亞乳桿菌(L.bulgaricus)2038發(fā)酵乳，能顯著增加腸道中乳酸桿菌相對(duì)豐富度。腸道菌群結(jié)構(gòu)的變化會(huì)改變腸道中短鏈脂肪酸的組成及數(shù)量［4］，丁酸具有抵抗致病微生物侵襲并增強(qiáng)腸道屏障功能的作用［30］，給新生仔豬灌服發(fā)酵乳酸桿菌I5007可增加后腸丁酸的數(shù)量［26］。

2.2 乳酸菌對(duì)豬腸絨毛結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)

小腸的絨毛高度、隱窩深度是衡量小腸消化吸收能力的重要指標(biāo)。絨毛高度/隱窩深度綜合反映小腸的功能狀態(tài)，其比值的下降表明黏膜受損，消化吸收能力下降［8］。Yu 等［31］發(fā)現(xiàn)飼糧中添加發(fā)酵乳酸桿菌I5007能顯著增加斷奶仔豬回腸絨毛高度/隱窩深度。復(fù)合乳酸菌制劑可以增加腸黏膜比例、腸絨毛高度、RNA完整性以及刷狀緣氨肽酶A和N活性，從而顯著降低仔豬壞死性小腸炎評(píng)分［24］。Suo 等［32］研究表明，植物乳桿菌(L.plantarum)ZJ316可以顯著提高斷奶仔豬十二指腸、空腸以及回腸的絨毛高度。Wu等［33］研究發(fā)現(xiàn)，鼠李糖乳桿菌(L.rhamnosus)GG可以抑制病毒感染引起的豬回腸細(xì)胞凋亡，并可部分抑制病毒引起的組織損傷。

2.3 乳酸菌對(duì)豬腸道通透性的調(diào)節(jié)

腸道通透性是反映腸道黏膜屏障的重要指標(biāo)，腸道通透性增大是屏障功能受損的主要表現(xiàn)之一，且易引起腹瀉等疾病的發(fā)生。植物乳桿菌DSM 9843(2099v)和羅伊氏乳桿菌(L.reuteri)R2LC能明顯改善氨甲喋呤誘導(dǎo)的鼠結(jié)腸炎的腸道通透性［34］。鼠李糖乳桿菌GG能減少乙醇誘導(dǎo)的腸黏膜高通透性及小腸和結(jié)腸中的氧化應(yīng)激，顯著減小結(jié)腸中嗜中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)和炎癥［35］。此外，鼠李糖乳桿菌GG還能抑制腸出血性大腸桿菌引起的MDCK-1和T84細(xì)胞旁通透性的增加［36］。植物乳桿菌 DSM 2648可降低大腸桿菌O127∶H6(E2348/69)對(duì)跨上皮電阻的負(fù)作用和定植［37］。

TJs與腸上皮細(xì)胞的通透性密切相關(guān)。鼠李糖乳桿菌GG能夠阻礙氧化應(yīng)激對(duì)Caco-2細(xì)胞TJs和屏障功能的破壞［38］。L.sobrius DSM 16698(T)可以通過(guò)抑制產(chǎn)腸毒素大腸桿菌引起的閉鎖小帶ZO-1的移位，減少閉合蛋白的數(shù)量、F-肌動(dòng)蛋白重排以及閉合蛋白的去磷酸化，維護(hù)黏膜屏障的完整性［39］。植物乳桿菌CGMCC 1258能阻止腸侵襲大腸桿菌(EIEC)引起的Caco-2單層細(xì)胞屏障功能的破壞和周邊連接肌動(dòng)蛋白微絲的改變［40］。用大腸桿菌Nissle 1917處理腸上皮細(xì)胞，可增加TJs蛋白ZO-2的表達(dá)，并且重新分配ZO-2從細(xì)胞質(zhì)到細(xì)胞邊界［41］。Yeung 等［42］研究表明，不同的乳酸菌對(duì)細(xì)胞表層完整性的調(diào)節(jié)不同，脂多糖(LPS)可以破壞上皮細(xì)胞屏障功能，乳酸菌則可維持TJs的完整性。

2.4 乳酸菌對(duì)豬黏液分泌的調(diào)節(jié)

在人和鼠上，有大量的研究證實(shí)乳酸菌可以促進(jìn)腸道黏蛋白(MUC1、MUC2和 MUC3)的表達(dá)［2］，但在豬上研究的相對(duì)較少。Yu 等［31］研究發(fā)現(xiàn)，斷奶仔豬飼糧中添加5.8×107CFU/g的發(fā)酵乳酸桿菌I5007可提高腸道黏蛋白MUC2和MUC3的表達(dá)。Wang等［43］采用蛋白質(zhì)組學(xué)方法比較研究了發(fā)酵乳酸桿菌I5007對(duì)新生仔豬空腸黏膜蛋白表達(dá)的影響，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵乳酸桿菌I5007可提高空腸黏膜蛋白中與脂類代謝、細(xì)胞結(jié)構(gòu)及活力相關(guān)的蛋白表達(dá)。

2.5 乳酸菌對(duì)豬腸道免疫屏障的調(diào)節(jié)

對(duì)仔豬新生期腸道微生物進(jìn)行干預(yù)，可以影響宿主免疫機(jī)能朝向更加穩(wěn)定的、不易受到侵害的方向發(fā)展［44］。羅伊氏乳桿菌可通過(guò)降低促炎因子的表達(dá)，提高調(diào)節(jié)性T細(xì)胞相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá)，介導(dǎo)腸道免疫耐性［45］。Liu 等［26］研究表明，間隔灌服發(fā)酵乳酸桿菌I5007可提高仔豬新生期血清中IgA的含量，相應(yīng)提高了機(jī)體體液免疫能力。L.sobrius DSM 16698(T)可阻滯產(chǎn)腸毒素大腸桿菌誘發(fā)的白細(xì)胞介素-8(IL-8)分泌增加，同時(shí)上調(diào)白細(xì)胞介素 -10(IL-10)的表達(dá)［39］。植物乳桿菌ATCC 8014能抑制腫瘤壞死因子-α(TNF-α)引起的Caco-2細(xì)胞IL-8分泌的下降，維持上皮細(xì)胞屏障功能，并通過(guò)改變信號(hào)傳導(dǎo)通路抑制炎癥反應(yīng)［46］。Liu 等［26］研究表明，發(fā)酵乳酸桿菌 I5007可以顯著降低仔豬回腸炎性因子白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)的表達(dá)。Vlasova 等［47］研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌可通過(guò)調(diào)節(jié)先天性免疫應(yīng)答來(lái)促進(jìn)新生仔豬的免疫穩(wěn)態(tài)，緩解輪狀病毒引起的腹瀉。此外，選用乳酸菌作為免疫刺激要考慮劑量效應(yīng)，同一種乳酸菌劑量的不同可以促進(jìn)或抑制由干擾素-γ(IFN-γ)引起的T細(xì)胞或調(diào)節(jié)性T細(xì)胞免疫反應(yīng)［48］。

3 乳酸菌對(duì)豬腸道屏障功能調(diào)節(jié)的機(jī)制

3.1 乳酸菌的代謝產(chǎn)物

乳酸菌產(chǎn)生的有機(jī)酸(主要是乳酸)是一種重要的抗菌物質(zhì)，有機(jī)酸可以通過(guò)螯合金屬離子和改變細(xì)菌細(xì)胞膜通透性來(lái)發(fā)揮作用，另外，有機(jī)酸還能降低腸道pH，抑制有害菌(如沙門氏菌、致病性大腸桿菌等)的生長(zhǎng)繁殖［49］。許多乳酸菌的抑菌作用是通過(guò)乳酸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，鼠李糖乳桿菌GG對(duì)鼠傷寒沙門菌的抑制作用是乳酸積累的結(jié)果［50］。乳酸菌產(chǎn)生的過(guò)氧化氫也是一種重要的抗菌物質(zhì)，如約氏乳桿菌(L.johnsonii)NC533分泌的過(guò)氧化氫在體外可以有效殺死沙門氏菌［51］。格氏乳桿菌(L.gasseri)CRL 1421產(chǎn)生的乳酸和過(guò)氧化氫能使金黃色葡萄球菌細(xì)胞膜崩解，使其細(xì)胞內(nèi)容物滲出，從而對(duì)其起到抑制作用［52］。

一些乳酸菌可以產(chǎn)生細(xì)菌素，這些細(xì)菌素可直接作用于病原菌，抑制病原菌在腸道內(nèi)的生長(zhǎng)繁殖［53］。乳酸乳球菌產(chǎn)生的細(xì)菌素乳鏈菌肽(nisin)、嗜酸乳桿菌產(chǎn)生的細(xì)菌素lactacin B、植物乳桿菌產(chǎn)生的細(xì)菌素plantaricin、羅伊氏乳桿菌的細(xì)菌素reuterin等，它們均可通過(guò)干擾細(xì)菌細(xì)胞膜通透性來(lái)殺死細(xì)菌［54-55］。唾液乳桿菌(L.salivarius)UCC118能保護(hù)鼠免受單核細(xì)胞增生李斯特氏菌的感染，其原因是唾液乳桿菌產(chǎn)生的細(xì)菌素發(fā)揮了作用［56］。乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)產(chǎn)生的細(xì)菌素lacticin 3147能有效抑制艱難梭狀芽胞桿菌的生長(zhǎng)［57］。此外，研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌素及其產(chǎn)生系統(tǒng)可以直接發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用［58］。

乳酸菌能夠產(chǎn)生一些蛋白質(zhì)而不經(jīng)過(guò)直接的接觸細(xì)胞發(fā)揮對(duì)腸道屏障的調(diào)節(jié)作用。例如鼠李糖乳桿菌GG的p40和p75蛋白可抑制細(xì)胞因子誘發(fā)的上皮細(xì)胞凋亡，降低TNF誘發(fā)的上皮細(xì)胞損傷并促進(jìn)人和小鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞生長(zhǎng)［59］。格氏乳桿菌BL23也編碼p40和p75同源蛋白，并且發(fā)揮類似的作用［60］。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，鼠李糖乳桿菌GG編碼的p40蛋白通過(guò)表皮生長(zhǎng)因子受體介導(dǎo)的信號(hào)途徑對(duì)腸道屏障功能發(fā)揮作用［61］。

3.2 乳酸菌競(jìng)爭(zhēng)與排斥

乳酸菌一方面通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)抑制病原菌的生長(zhǎng)繁殖，另一方面，乳酸菌定植在腸上皮細(xì)胞，競(jìng)爭(zhēng)性排斥腸道內(nèi)源性及外源性潛在致病菌對(duì)腸上皮細(xì)胞的黏附、定植。德氏乳桿菌和嗜酸乳桿菌可以在其菌體表面螯合氫氧化鐵，從而限制腸道內(nèi)病原菌的利用［62］。大量的文獻(xiàn)報(bào)道表明，乳酸菌可以抑制病原菌在腸上皮細(xì)胞上的定植［7，39］。在腸道定植和黏附是乳酸菌發(fā)揮作用的前提，乳酸菌可通過(guò)菌體表面的磷壁酸、多糖、S-層蛋白等與宿主細(xì)胞進(jìn)行特異性黏附，這種特異性黏附在乳酸菌競(jìng)爭(zhēng)與排斥功能中發(fā)揮了重要的作用［63］。

3.3 乳酸菌菌體表面成分

乳酸菌的細(xì)胞壁主要由肽聚糖、磷壁酸(lipoteichoic acid，LTA)、表面蛋白(surface layer protein，SLP)和胞外多糖(exopolysaccharides，EPS)組成(圖2)。這些分子包含微生物相關(guān)分子模式(microorganism-associated molecular patterns，MAMPs)，可以識(shí)別宿主腸黏膜上的特定模式識(shí)別 受 體 (pattern recognition receptors，PRRs)。PRRs在感染和先天性免疫過(guò)程中起著重要的作用，其中 Toll樣受體(toll-like receptors，TLRs)和NOD樣受體(nucleotide binding oligomerizationdomain-like receptors，NLRs)分別作為胞外和胞內(nèi)模式識(shí)別受體。乳酸菌的菌體表面成分是乳酸菌發(fā)揮作用的重要因子，通過(guò)MAMPs與PRRs之間的作用產(chǎn)生一系列的免疫信號(hào)，調(diào)節(jié)腸道屏障功能(圖3)。

圖2 乳酸菌菌體表面結(jié)構(gòu)Fig.2 The surface structure of lactic acid bacteria［64］

肽聚糖及其衍生的胞壁肽是乳酸菌發(fā)揮益生功能的活性化合物。肽聚糖是乳酸菌細(xì)胞壁的主要成分，主要通過(guò)Toll樣受體2(TLR2)的介導(dǎo)來(lái)發(fā)揮其在先天性免疫中的作用［58］。TLR2優(yōu)先識(shí)別二氨基庚二酸型(Dap型)肽聚糖片段，并且可識(shí)別L-賴氨酸型(Lys型)肽聚糖片段，但親和度較低［58］。然而肽聚糖和其他非酰化細(xì)胞壁成分誘導(dǎo)TLR2信號(hào)傳導(dǎo)的能力是有爭(zhēng)論的［65］，一些研究表明，確認(rèn)為肽聚糖沾染的脂蛋白是干擾因素［66］。在細(xì)胞內(nèi)，肽聚糖通過(guò) NOD樣受體進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo)［65-67］，NOD 樣受體 1(NOD1)的配體是γ-D-谷氨酰基-內(nèi)消旋二氨基庚二酸(γ-D-glu-meso-DAP，存在于包括乳酸菌在內(nèi)的所有革蘭氏陽(yáng)性菌的肽聚糖結(jié)構(gòu)中)，NOD樣受體2(NOD2)的配體是胞壁酸二肽(MurNAc-L-Ala-D-isoGln，MDP，存在于所有的肽聚糖中)［68］。然而一些研究認(rèn)為，NLRs-肽聚糖相互作用僅發(fā)生在特定的益生菌中［69］。唾液乳桿菌 Ls33通過(guò)NOD2介導(dǎo)的信號(hào)途徑誘導(dǎo)局部IL-10的產(chǎn)生，發(fā)揮抗炎作用，而嗜酸乳桿菌NCFM則沒(méi)有這種效果，這是因?yàn)榫闘s33肽聚糖結(jié)構(gòu)中有一種胞壁肽(M-tri-Ly)的存在，這種配體以依賴 NOD2、不依賴髓樣分化因子88(MyD88)的方式發(fā)揮作用［67］。

LTA存在于許多乳酸菌的細(xì)胞壁中，根據(jù)其在細(xì)胞表面上的固定方式，通常分為壁磷壁酸(wall-teichoic acid，WTA)和脂磷壁酸(lipoteichoic，LTA)。

WTA不深入質(zhì)膜，通過(guò)磷酸二酯鍵共價(jià)錨定在肽聚糖的N-乙酰胞壁酸殘基上，LTA則跨過(guò)肽聚糖層，其末端磷酸共價(jià)連接于質(zhì)膜中糖脂的寡糖基部分［58］。LTA不僅可以作為黏附分子與腸上皮細(xì)胞結(jié)合，而且作為配體可以與宿主免疫細(xì)胞上的TLR2結(jié)合，調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子的水平。在植物乳桿菌WCFS1和L-137上，TLR2受體的識(shí)別需要LTA骨架的D-丙氨酰化，而在植物乳桿菌KCTC10887BP和鼠李糖乳桿菌 GG71上，TLR2受體的識(shí)別要求并不嚴(yán)格［58］。由于試驗(yàn)設(shè)計(jì)的差異，關(guān)于LTA微妙結(jié)構(gòu)的差異與免疫反應(yīng)之間的關(guān)系并不明確。最近的研究表明，植物乳桿菌WCFS1的突變體(LTA不能D-丙氨?；?誘導(dǎo)較少的TLR2依賴的促炎因子分泌，提高了對(duì)小鼠結(jié)腸炎模型的保護(hù)作用［70］。另外，在鼠李糖乳桿菌GG突變體上也得到了類似的結(jié)果［71］。這些研究表明，LTA骨架的修飾可以增加抗炎免疫調(diào)節(jié)。格氏乳桿菌Shirota和植物乳桿菌ATCC 14917的WTA在LTA通過(guò)TLR2途徑介導(dǎo)IL-10產(chǎn)生過(guò)程中發(fā)揮協(xié)同作用［72］。但是關(guān)于WTA在TLR2信號(hào)通路中的作用還存在爭(zhēng)議［58］。

EPS是乳酸菌在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中分泌到細(xì)胞壁外的一類糖類化合物，根據(jù)其分布位置可分為2種形式:一種緊密依附在細(xì)菌表面形成莢膜稱為莢膜多糖(capsular polysaccharide，CPS)，一種松散地分布在細(xì)菌表面稱為黏液多糖(slime polysaccharides，SPS)。鼠李糖乳桿菌 GG突變株產(chǎn)生CPS的能力下降，反而提高了鼠李糖乳桿菌的黏附能力和生物膜形成能力［73］。相反，高水平的CPS可以保護(hù)鼠李糖乳桿菌GG抵抗腸道先天性免疫因子，如鼠李糖乳桿菌 LL-37［74］。格氏乳桿菌Shirota的胞外多糖抑制巨噬細(xì)胞促炎性免疫反應(yīng)［75］。由于 CPS的糖原組成復(fù)雜，妨礙了CPS相關(guān)信號(hào)通路的研究。就目前而言，CPS在宿主免疫調(diào)節(jié)中的作用仍不明確。

SLP是乳酸菌細(xì)胞壁最外層的單分子亞結(jié)晶體排列蛋白，在乳酸菌黏附過(guò)程中起重要作用，一方面調(diào)節(jié)乳酸菌結(jié)合上皮細(xì)胞的能力，另一方面能夠抑制病原菌的黏附。乳酸桿菌表面蛋白的同源性主要集中于C端，該區(qū)域主要負(fù)責(zé)蛋白對(duì)細(xì)胞外膜的錨定作用，而N端的區(qū)域主要與蛋白的自身組裝及對(duì)細(xì)胞的黏附作用相關(guān)，變異較大。SLP是復(fù)雜的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的一部分，除了黏附功能以外，對(duì)SLP的其他功能了解得并不多，很多方面還處于假說(shuō)階段［58］。嗜酸乳桿菌NCFM 可以被樹(shù)突狀細(xì)胞表面特異性非整聯(lián)蛋白，又稱CD209(dendritic cell-specific intercellular adhesion molecule-3-grabbing nonintergrin，DC-SIGN)識(shí)別(圖3)，而表面蛋白A(SlpA)缺陷株不能被識(shí)別，SlpA缺陷株反而引起人DCs92更多的促炎細(xì)胞因子譜［76］。其他乳酸菌的SLP是否具有同樣的功能仍不清楚。分揀酶依賴性蛋白(sortase-dependent proteins，SDP)是鑲嵌到細(xì)胞壁上帶有LPxTG基序的表面蛋白，在乳酸菌與宿主相互作用之間發(fā)揮重要作用［77］。最新的研究表明，植物乳桿菌的SDP在宿主免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用［78］。

4 小結(jié)

大量研究證實(shí)，乳酸菌具有很好的改善豬腸道屏障功能的作用，這種作用與乳酸菌對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)、腸絨毛結(jié)構(gòu)、上皮細(xì)胞通透性和TJs、黏液的分泌和免疫功能的調(diào)節(jié)有關(guān)。眾多研究者從乳酸菌的表面分子組成中尋求微生物相關(guān)分子模式與宿主上皮細(xì)胞(包括樹(shù)突狀細(xì)胞)分子識(shí)別受體間的關(guān)系，進(jìn)而解析乳酸菌調(diào)節(jié)腸道屏障功能的分子機(jī)制。但這種機(jī)制仍然具有很多的不確定性，且都是由體外細(xì)胞試驗(yàn)開(kāi)展的。乳酸菌對(duì)腸道功能的調(diào)節(jié)具有很強(qiáng)的菌株特異性，且人和動(dòng)物的腸道環(huán)境非常復(fù)雜。近年來(lái)，基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)的發(fā)展，為從體內(nèi)試驗(yàn)的角度探索乳酸菌的確切作用機(jī)制提供了新的認(rèn)識(shí)和研究手段。

圖3 乳酸菌與腸上皮細(xì)胞和樹(shù)突細(xì)胞之間的相互作用機(jī)制Fig.3 The molecular interactions of lactic acid bacteria in general with intestinal epithelial cells and dendritic cells［58］

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