酪酸菌對(duì)腸道黏膜免疫作用機(jī)制的研究進(jìn)展

夏天保，馮會(huì)賢，李海洋，陳金永，譚　靜，胡艷平，董　敏

（1.雛鷹農(nóng)牧集團(tuán)股份有限公司飼料生產(chǎn)中心，河南 新鄭 451100；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)牧醫(yī)工程學(xué)院）

專論綜述

酪酸菌對(duì)腸道黏膜免疫作用機(jī)制的研究進(jìn)展

夏天保1，馮會(huì)賢2，李海洋1，陳金永1，譚靜1，胡艷平1，董敏1

（1.雛鷹農(nóng)牧集團(tuán)股份有限公司飼料生產(chǎn)中心，河南 新鄭 451100；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)牧醫(yī)工程學(xué)院）

畜禽黏膜免疫系統(tǒng)是機(jī)體免疫系統(tǒng)的重要組成成分，也是免疫系統(tǒng)的第一道防線，黏膜免疫系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識(shí)別其表面的多種抗原并迅速做出反應(yīng)，對(duì)病原體或有害抗原產(chǎn)生體液免疫和細(xì)胞免疫應(yīng)答，從而達(dá)到對(duì)畜禽的免疫效果。酪酸菌作為一種活的有機(jī)體存在于腸道黏膜表面，對(duì)腸黏膜具有雙重的保護(hù)作用，一方面它可以在腸道內(nèi)黏附定植，調(diào)節(jié)腸道菌群平衡；另一方面酪酸菌的菌體細(xì)胞、代謝產(chǎn)物和細(xì)胞壁成分等都可能刺激機(jī)體的腸道黏膜免疫系統(tǒng)，從而引發(fā)腸道黏膜免疫。

酪酸菌；黏膜免疫；作用機(jī)制

益生菌是指添加于動(dòng)物飼料中有助于腸道菌群平衡，并能促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)的物質(zhì)或微生物。直至目前，益生菌通常被認(rèn)為是能夠改善宿主體內(nèi)微生態(tài)平衡，發(fā)揮有益作用，進(jìn)而達(dá)到提高宿主健康水平和生長(zhǎng)狀態(tài)的活菌制劑［1］。近年來(lái)，隨著人們健康意識(shí)的提高，越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)識(shí)到益生菌對(duì)腸道黏膜免疫及健康的重要性。很多學(xué)者對(duì)其的研究結(jié)果表明，腸道內(nèi)益生菌可以激活機(jī)體的免疫細(xì)胞，并釋放免疫性物質(zhì)，從而增強(qiáng)機(jī)體自身免疫力，增加腸道黏膜對(duì)外界的抵抗力。丁酸梭菌作為益生菌的一種，是近年來(lái)研究推廣的一種新型微生態(tài)制劑，其在提高機(jī)體免疫，調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡、產(chǎn)生益生物質(zhì)、穩(wěn)定胃腸道功能及抗腸道炎癥等方面具有一定作用。筆者就國(guó)內(nèi)外研究報(bào)道，主要從酪酸菌對(duì)腸道黏膜免疫的角度進(jìn)行探討。

1　酪酸菌的生物學(xué)特性

酪酸菌又名酪酸桿菌，是人和動(dòng)物的正常腸道菌之一，由于其代謝所產(chǎn)生的酪酸又叫丁酸，即也被稱為丁酸梭菌。在自然界中存在于奶酪、天然酸奶、樹(shù)葉、土壤中，也是人和動(dòng)物的正常腸道菌之一，革蘭氏陽(yáng)性，嚴(yán)格厭氧。酪酸梭菌菌體呈直桿狀或稍有彎曲，單個(gè)或?qū)ι替?，后期產(chǎn)生芽孢，偏心或次端生，使得菌體中部膨大呈現(xiàn)梭形。菌落乳白色，邊緣不規(guī)則，圓形稍凸，不透明，表面略有光澤，微有酸臭味［2-3］。酪酸菌耐高溫，耐酸，在體內(nèi)能耐受胃液、膽汁酸和消化液的作用，室溫條件下具有良好的穩(wěn)定性，便于儲(chǔ)存。酪酸菌只對(duì)新生霉素、萬(wàn)古霉素、四環(huán)素及先鋒霉素V等少數(shù)抗生素敏感，對(duì)強(qiáng)力霉素、鏈霉素、紅霉素、環(huán)丙沙星、慶大霉素等其他多種抗生素具有很強(qiáng)的耐藥性，可與某些抗生素同時(shí)使用，不影響其他細(xì)菌感染的治療。

2　腸道黏膜免疫

腸道除了是機(jī)體消化、吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的場(chǎng)所，其黏膜免疫也是機(jī)體防止感染的第一道防線。腸道黏膜免疫是指動(dòng)物有機(jī)體與腸道黏膜表面的免疫［4］。腸黏膜屏障包括機(jī)械屏障、免疫屏障以及微生態(tài)屏障，這三個(gè)屏障在維持腸道微生態(tài)平衡，抵御病原體的入侵具有重要作用［5］。其中任何一個(gè)屏障遭到破壞，都會(huì)導(dǎo)致腸道免疫功能的異常。腸道黏膜免疫系統(tǒng)是機(jī)體免疫系統(tǒng)內(nèi)最大也是最為復(fù)雜的部分，這不僅僅是因?yàn)槟c道的內(nèi)環(huán)境非常復(fù)雜，使得腸道黏膜免疫系統(tǒng)持續(xù)性受到包括病原體和共生菌群等的信號(hào)刺激，同時(shí)還因?yàn)槟c道黏膜免疫系統(tǒng)需要依靠嚴(yán)格的調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)識(shí)別這些信號(hào)，進(jìn)而啟動(dòng)一系列免疫反應(yīng)。黏膜免疫系統(tǒng)主要是通過(guò)分泌slgA發(fā)揮作用，sIgA通過(guò)與病原微生物的表面抗原結(jié)合，阻止病原微生物在腸道黏膜上皮層定植和繁殖［6］，而達(dá)到保護(hù)腸上皮細(xì)胞免受微生物入侵。

3　酪酸菌對(duì)腸道黏膜免疫的作用機(jī)制

3.1腸道黏膜免疫系統(tǒng)對(duì)酪酸菌的識(shí)別

在腸黏膜免疫系統(tǒng)識(shí)別酪酸菌的過(guò)程中，Toll樣受體（TLRs）和核苷酸寡聚結(jié)構(gòu)域（NODs）起著主要作用。TLRs通過(guò)識(shí)別酪酸菌的固有成分，活化樹(shù)突狀細(xì)胞以克服T細(xì)胞的抑制效應(yīng)影響隨后的T細(xì)胞應(yīng)答，繼而引發(fā)固有免疫和適應(yīng)性免疫，消除致病菌并形成腸道內(nèi)微生物菌群NOD蛋白能夠在腸上皮細(xì)胞的胞質(zhì)溶膠內(nèi)定植，通過(guò)胞內(nèi)吸收并識(shí)別所有革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌的胞壁酰二肽和內(nèi)消旋的二氨基庚二酸基序，引發(fā)固有免疫和獲得性免疫應(yīng)答。

3.2酪酸菌的黏附定植

酪酸菌定植于宿主腸道后，對(duì)維持腸道微生物區(qū)系平衡，調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能具有重要作用。而黏附是酪酸菌定植宿主腸道的關(guān)鍵，因此明確酪酸菌的黏附機(jī)制對(duì)提高黏附能力及腸道黏膜免疫都具有重要意義［7］。酪酸菌的黏附過(guò)程基本可以概括為兩個(gè)階段［8］：第一階段是非特異性的，借趨化作用使細(xì)菌和易感宿主細(xì)胞表面接近及定位，繼之細(xì)菌黏附素與易感宿主細(xì)胞表面處于靜電荷及疏水性結(jié)合；第二階段是特異性的，即在第一階段的基礎(chǔ)上，黏附素進(jìn)一步與相應(yīng)的特異性受體結(jié)合，即黏附素-受體學(xué)說(shuō)。

3.2.1黏附素

黏附素是細(xì)菌表面存在的一些特殊結(jié)構(gòu)和相關(guān)蛋白質(zhì)，具有使細(xì)菌黏附到宿主靶細(xì)胞的作用，化學(xué)本質(zhì)是特定的蛋白質(zhì)或糖脂成分，可存在于微生物的細(xì)胞壁、外膜蛋白、鞭毛、菌毛及微毛等結(jié)構(gòu)。黏附素的種類隨不同菌種及同一菌種的不同菌株而異。黏附素不但可以介導(dǎo)微生物對(duì)靶位點(diǎn)的附著，激發(fā)基于黏附的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑，而且可以通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)抑制等機(jī)制阻斷具有類似受體結(jié)構(gòu)的微生物的黏附活性［9］，這是酪酸菌抑菌作用的一個(gè)重要方面。

3.2.2黏附素受體

黏附素受體也是酪酸菌粘附所必需的物質(zhì)之一，其成分可能比較復(fù)雜，大部分是具有脂肪酸結(jié)合位點(diǎn)的蛋白質(zhì)或糖類。酪酸菌的黏附是其黏附素與腸上皮細(xì)胞黏附素受體特異性結(jié)合的過(guò)程。在畜禽體內(nèi)，細(xì)菌黏附是黏附在上皮細(xì)胞表面的黏液層上。黏液中含量最多的蛋白是黏液素，黏液素中含有微量的甘露糖（＜0.1%），這些甘露糖的存在對(duì)許多病原菌的黏附具有重要意義。腸道存在一定量與這些病原菌的結(jié)合受體結(jié)構(gòu)相似的寡糖時(shí)，寡糖將競(jìng)爭(zhēng)性地與病原菌結(jié)合，減少病原菌與腸黏膜上皮細(xì)胞結(jié)合的機(jī)會(huì)。寡糖也可能結(jié)合到腸黏膜上皮細(xì)胞上，使上皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)改變而不適合病原菌附著。鄭躍杰等［10］用胰蛋白酶和過(guò)碘酸鈉處理Lovo細(xì)胞后，發(fā)現(xiàn)其與雙歧桿菌的黏附明顯降低，從而證實(shí)雙歧桿菌黏附素可能識(shí)別腸上皮細(xì)胞上特異的糖蛋白。用各種糖類進(jìn)行抑制實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)一步表明，雙歧桿菌黏附素的受體可能與D-甘露糖有關(guān)。

3.3酪酸菌誘導(dǎo)的腸道免疫反應(yīng)

3.3.1對(duì)腸黏膜分泌sIgA的誘導(dǎo)作用

IgA是機(jī)體黏膜防御感染的關(guān)鍵因素，主要由固有淋巴細(xì)胞和淋巴結(jié)分泌，IgA二聚體通過(guò)與腸黏膜上皮細(xì)胞產(chǎn)生的分泌小體結(jié)合，進(jìn)而形成sIgA。sIgA（分泌性免疫球蛋白）為機(jī)體內(nèi)分泌量最多的免疫球蛋白，主要由腸黏膜固有層中的IgA+B漿細(xì)胞分泌。酪酸菌進(jìn)入消化道后，在腸道具有抗原識(shí)別部位的淋巴組織上發(fā)揮作用，活化腸黏膜內(nèi)的相關(guān)淋巴組織，使sIgA抗體分泌增加，進(jìn)而形成黏膜上的抗體。酪酸菌的代謝產(chǎn)物和整個(gè)細(xì)胞等抗原物質(zhì)能通過(guò)M細(xì)胞進(jìn)入腸內(nèi)淋巴組織，激活Th2細(xì)胞，產(chǎn)生大量的IL-5，而IL-5是有效的IgA產(chǎn)生因子，能激活腸內(nèi)淋巴組織生發(fā)中心的B細(xì)胞，使其轉(zhuǎn)化為漿細(xì)胞，促使IgA分泌的增加。腸道中的派爾集合淋巴結(jié)為主要的IgA生成部位，而免疫球蛋白IgM的B細(xì)胞聚集到派爾集合淋巴結(jié)中，受到樹(shù)突狀細(xì)胞核T細(xì)胞的激活，IL-6、IL-10，和TGF-β促使IgM的B細(xì)胞轉(zhuǎn)化為能夠生成IgA的B細(xì)胞，最終使B細(xì)胞分化為IgA漿細(xì)胞，而漿細(xì)胞為腸道黏液中的主要淋巴細(xì)胞，可促進(jìn)IgA的分泌。

腸道黏膜免疫中，sIgA經(jīng)腸黏膜上皮細(xì)胞釋放到腸腔內(nèi)，和腸黏膜表面的正常菌群混合，可抑制病原微生物在黏膜表面的定植及有害腸道抗原的穿透，中和細(xì)菌毒素，維持腸道內(nèi)的正常菌群平衡。sIgA缺陷或不足時(shí)，腸腔內(nèi)的多種抗原，如病原、食物大分子等易引起腸黏膜免疫性炎癥。

3.3.2對(duì)IgE分泌的抑制作用

經(jīng)口耐受指口服某種抗原后，機(jī)體黏膜免疫系統(tǒng)對(duì)該抗原產(chǎn)生全身性不應(yīng)答或低應(yīng)答的狀態(tài)，而對(duì)其他抗原仍可產(chǎn)生正常免疫應(yīng)答。經(jīng)口耐受是機(jī)體免疫系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)機(jī)體自穩(wěn)定狀態(tài)的維持具有重要意義。腸黏膜外周淋巴組織中成熟的淋巴細(xì)胞，對(duì)曾經(jīng)口服過(guò)的抗原能夠產(chǎn)生口服耐受，而當(dāng)經(jīng)口耐受受到抑制時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)以血清中IgE分泌增多為特征的變態(tài)反應(yīng)性疾病。

IgE即反應(yīng)素，是引起I型變態(tài)反應(yīng)的主要抗體，主要由消化道和呼吸道黏膜固有層中漿細(xì)胞分泌，分布于這些部位的漿膜細(xì)胞，外分泌液和血流內(nèi)。有研究證明腸道正常菌群在經(jīng)口耐受的產(chǎn)生中起決定性作用，而無(wú)菌動(dòng)物則不能產(chǎn)生口服耐受，益生菌可使Th2和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞產(chǎn)生TGF-β和IL-10，從而誘導(dǎo)口服耐受的產(chǎn)生，進(jìn)而抑制IgE的產(chǎn)生。酪酸菌進(jìn)入消化道后，被腸黏膜上的派伊爾氏結(jié)內(nèi)特有的M細(xì)胞攝取，傳遞給派伊爾氏結(jié)內(nèi)的抗原遞呈細(xì)胞，低劑量的抗原誘導(dǎo)T細(xì)胞產(chǎn)生IL-4、IL-10和轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)因子-β（TGF-β），抑制Th1細(xì)胞的分化，使機(jī)體產(chǎn)生口服耐受。干酪乳桿菌能誘導(dǎo)IFN-γ的分泌，但可抑制IL-4和IL-5的分泌，并顯著抑制所有IgE和抗原特異性IgE的分泌，其主要是通過(guò)IL-12的增加，誘導(dǎo)Th1型T細(xì)胞的產(chǎn)生，而Th1型T細(xì)胞藥也能抑制IgE的產(chǎn)生。

3.3.3對(duì)部分細(xì)胞因子的作用

存在于腸上皮細(xì)胞的TOLL-樣受體能識(shí)別諸多細(xì)菌及細(xì)菌產(chǎn)物并被其激活，酪酸菌激活的是TOLL-樣受體2（TLR2）調(diào)節(jié)的骨髓分化因子88（MyD88）的非依賴性途徑，即TLR2接受刺激后導(dǎo)致適量NF-κB、IL-8、IL-6及TNF-α的分泌。而IL-6、IL-8、TNF-α等致炎性細(xì)胞因子是啟動(dòng)黏膜相關(guān)的免疫細(xì)胞（如樹(shù)突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞）和腸上皮細(xì)胞相互作用所必需的，這些細(xì)胞因子又可增強(qiáng)上皮細(xì)胞的刺激作用，啟動(dòng)所有相關(guān)免疫細(xì)胞的相互作用，進(jìn)而刺激宿主的非特異性免疫，以抵抗病原菌的感染且防止了自身免疫紊亂，而非依賴于MyD88激活NF-κB，進(jìn)而導(dǎo)致IL-8、IL-6及TNF-α的過(guò)度分泌。丁酸具有抗炎癥效應(yīng)，體現(xiàn)在能改變腸道pH而抑制部分NF-κB轉(zhuǎn)移因子的活力，自然降低炎癥細(xì)胞因子（IL-8、IL-6）的過(guò)度表達(dá)。

有研究發(fā)現(xiàn)，食物過(guò)敏引起特應(yīng)性反應(yīng)的患兒的吞噬細(xì)胞活性與對(duì)照組嬰兒相比，有所提高。表明過(guò)敏病人吞噬細(xì)胞活性介質(zhì)的生成和釋放提高，而使用酪酸菌可以緩減過(guò)敏反應(yīng)，由此可以推測(cè)酪酸菌調(diào)節(jié)健康個(gè)體和病人吞噬細(xì)胞的活動(dòng)有所不同，對(duì)健康個(gè)體起免疫刺激作用，對(duì)病人起降低炎癥反應(yīng)的作用。

4　小結(jié)

為使酪酸菌得到更好的應(yīng)用，首先應(yīng)對(duì)其作用機(jī)制進(jìn)行了解。酪酸菌通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、競(jìng)爭(zhēng)黏附位點(diǎn)、促進(jìn)腸道sIgA的分泌、抑制IgE的分泌等方式增強(qiáng)機(jī)體免疫力，進(jìn)而發(fā)揮益生作用。在畜禽體，不同酪酸菌的不同菌株誘導(dǎo)的腸道局部免疫反應(yīng)和全身系統(tǒng)免疫反應(yīng)的機(jī)制也不盡相同，它們究竟通過(guò)何種具體、全面的機(jī)制發(fā)揮免疫作用仍不清楚，有待進(jìn)一步的深入研究。

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1004-5090（2016）10-0008-03

（2016-08-16）