乳酸菌胞外多糖的理化特性及免疫調(diào)節(jié)機制研究進展

吳彤，房曉彬，閔偉紅，王輯

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，小麥和玉米深加工國家工程實驗室，長春130118)

0 引言

乳酸菌EPS是指乳酸菌在生長代謝過程中分泌到細胞壁外的黏液多糖或莢膜多糖的總稱[1]。EPS具有多種生理功能，包括增強人體免疫力[2-3]、抑制有害菌黏附[4]、降血壓[5]、抗氧化[6]、抗腫瘤[7]、抗?jié)僛8]、抗病毒[4]和改善腸道微生態(tài)環(huán)境等[9-10]。由于乳酸菌EPS具有獨特的理化及流變學(xué)特性，因此可作為增稠劑、穩(wěn)定劑、乳化劑、膠凝劑、填充劑和持水劑應(yīng)用到食品、醫(yī)藥、石油化工以及生化產(chǎn)品等領(lǐng)域。尤其在食品領(lǐng)域中，EPS可作為新型天然的食品添加劑應(yīng)用到發(fā)酵食品中，從而改善食品的質(zhì)構(gòu)、口感、流變學(xué)特性和風(fēng)味等指標，同時賦予產(chǎn)品一定的營養(yǎng)保健功效。

乳酸菌EPS作為天然的大分子活性物質(zhì)，在調(diào)節(jié)機體免疫過程中具有很好的免疫原性。更加值得注意的是乳酸菌EPS的來源具有可追溯性，同時不會產(chǎn)生毒副作用，是理想的天然免疫佐劑。因此，本文將就乳酸菌EPS的理化特性及免疫調(diào)節(jié)相關(guān)作用機制進行論述，為預(yù)防和治療與免疫系統(tǒng)功能異常相關(guān)的疾病提供新的思路，也為開發(fā)以乳酸菌EPS為原料的功能性食品提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

1 乳酸菌胞外多糖的理化特性

乳酸菌EPS對機體沒有毒副作用，且來源是安全可靠的，目前已作為天然安全無公害的食品級添加劑，在一些歐美國家已經(jīng)部分取代傳統(tǒng)工業(yè)添加劑應(yīng)用于發(fā)酵乳制品生產(chǎn)中。乳酸菌EPS對食品品質(zhì)的貢獻目前主要表現(xiàn)在酸乳生產(chǎn)中，在改善酸乳的黏度、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和口感方面具有很大的開發(fā)應(yīng)用潛力[11]。EPS的理化特性主要包括：（1）改善發(fā)酵乳制品的質(zhì)地、組織狀態(tài)、風(fēng)味和感官[12]。產(chǎn)EPS的乳酸菌已成功應(yīng)用于低脂奶酪生產(chǎn)中，改善干酪的質(zhì)地、保水性和融化性能等[13-14]。Perry等[15]用產(chǎn)胞外多糖的S.thermophilusM R-1C和L.delb.bulgaricusMR-1R作為發(fā)酵劑生產(chǎn)干酪，與不產(chǎn)EPS的發(fā)酵劑（S.thermophilusTAO 61）相比，干酪的質(zhì)地得到明顯提高。Aw ad等[16]將以產(chǎn)EPS的菌株S.thermophilus CHCC 3534和L.lactis ssp.crem oris JFR 1作為發(fā)酵劑制作低脂切達奶酪，其質(zhì)地、加熱溶解性能和口感與全脂奶酪相比沒有顯著差別，這大大提高了低脂奶酪的品質(zhì)。R aw som等[17]人研究發(fā)現(xiàn)，利用產(chǎn)EPS發(fā)酵劑生產(chǎn)發(fā)酵乳，能夠防止乳清析出，改善產(chǎn)品的質(zhì)地和組織狀態(tài)，使產(chǎn)品不需要再添加任何的穩(wěn)定劑，增加了食品安全性和營養(yǎng)價值，并延長了商品的貨架期。(2)改變發(fā)酵乳制品的流變學(xué)特性。盡管乳酸菌產(chǎn)EPS的產(chǎn)量不高，但一般較低濃度的EPS就可以對發(fā)酵乳制品品質(zhì)起到較好的效果。利用EPS替代增稠劑，可以使發(fā)酵乳制品口感潤滑、黏度增加、剪切應(yīng)力提高。

產(chǎn)EPS的乳酸菌在非乳產(chǎn)品的開發(fā)中也具有良好的應(yīng)用前景。如產(chǎn)EPS的乳酸菌應(yīng)用于面團的發(fā)酵中，不僅可以增高發(fā)酵力，而且還可以改善饅頭或面包的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和風(fēng)味，產(chǎn)生的EPS還可以作為益生元，提高其營養(yǎng)價值[18-19]。

2 乳酸菌胞外多糖的免疫調(diào)節(jié)活性

免疫系統(tǒng)的紊亂不僅會產(chǎn)生多種疾病，而且與人類的衰老有關(guān)。研究表明，乳桿菌EPS在一般情況下對機體的免疫器官、特異性和非特異性免疫、細胞和體液免疫都有一定影響，能夠在一定程度上增強機體的免疫調(diào)節(jié)能力。在體內(nèi)實驗中，Bleau等[20]給免疫缺陷小鼠灌胃L.rhamnosus RW-9595M EPS，分析血清中溶血素抗體水平和小鼠免疫器官與體重的比值，最終證明這株細菌所產(chǎn)EPS能夠增加脾、胸腺指數(shù)和抗體積數(shù)，同時能顯著促進細胞白介素-10（IL-10）的分泌。王輯[21]利用L.plantarum YW 11所產(chǎn)的EPS喂食人結(jié)腸癌細胞HT-29荷瘤裸鼠以考察EPS的體內(nèi)抗腫瘤及免疫調(diào)節(jié)活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，EPS可提高荷瘤裸鼠脾臟中自然殺傷細胞和細胞毒性淋巴細胞的細胞活性，并可促進荷瘤裸鼠血清中細胞因子IL-10、IL-2和TN F-α的分泌。在體外實驗中，Shao等[22]研究了濃度分別為 10、100、1000μg/m L的 L.rhamnosus KF5 EPS對脾淋巴細胞增殖的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脾細胞的增殖速度與EPS濃度呈現(xiàn)良好的劑量依賴關(guān)系，當EPS濃度為1 000μg/m L時獲得了最高的增殖活性。Liu等[3]研究發(fā)現(xiàn)L.paracasei subsp.paracasei N TU 101和L.plantarum N TU 102所產(chǎn)的EPS能激活巨噬細胞R aw 234.7的免疫活性，通過誘導(dǎo)一氧化氮合酶產(chǎn)生來刺激NO的釋放，同時誘導(dǎo)巨噬細胞分泌細胞因子IL-6、TN F-α、IL-1β。但是，由于乳桿菌EPS結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和來源的廣泛性，在機理上對EPS口服后是如何發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用依然不清楚，導(dǎo)致學(xué)術(shù)界和消費者人們對這類產(chǎn)品的質(zhì)量和功效心存疑慮，嚴重制約了該類食品市場的發(fā)展。

3 乳酸菌胞外多糖的免疫調(diào)節(jié)機制

首先，乳桿菌EPS的口服給藥途徑離不開腸道黏膜免疫反應(yīng)。腸黏膜是機體面積最大的免疫器官，時刻在接觸大量的抗原，是機體的第一道防線。隨著對黏膜免疫研究的日益重視，黏膜免疫組織結(jié)構(gòu)也逐漸清晰，黏膜免疫組織可分為特殊分化的腸道相關(guān)淋巴組織和彌散分布的淋巴細胞兩類。前者如派氏結(jié)、腸系膜淋巴結(jié)和盲腸等部位的淋巴組織，后者包括上皮間淋巴細胞和固有層等處的淋巴細胞。腸道黏膜免疫在功能上有一個突出特點，即對食物中含有的大量抗原物質(zhì)及腸道環(huán)境中存在的正常菌群產(chǎn)生免疫耐受，并能正常識別病原微生物中的抗原成分，從而產(chǎn)生相應(yīng)的免疫反應(yīng)。乳酸菌EPS的免疫調(diào)節(jié)功能是通過增強細胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，如促進T/B淋巴細胞增殖、激活NK細胞殺傷腫瘤細胞、提高單核細胞吞噬能力、促有絲分裂、釋放細胞因子，從而增強宿主免疫防護作用[23]。Vindero la等[24]報道，給小鼠喂食乳酸菌胞外多糖能增加小鼠腸道產(chǎn)生免疫球蛋白IgA細胞的數(shù)量。

人類腸道是一個復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，維持腸道菌群的平衡狀態(tài)，對于預(yù)防或治療因腸道菌群失衡引起的疾病是非常重要的。最新研究表明，機體免疫系統(tǒng)與腸道菌群有緊密的聯(lián)系，腸道菌群與機體免疫系統(tǒng)處于相互影響的動態(tài)平衡中。一方面，免疫系統(tǒng)功能影響腸道微生物菌群的組成。如Hansen等[25]在檢測IL-10分泌量不足的小鼠腸道菌群構(gòu)成時發(fā)現(xiàn)其腸道微生物的多樣性減少，在檢測結(jié)腸炎引起腸黏膜免疫受損的小鼠腸道菌群構(gòu)成時發(fā)現(xiàn)其腸道大腸桿菌、放線菌、變形菌等微生物的數(shù)量有所提高，而產(chǎn)氣芽孢梭菌等微生物的數(shù)量大量降低。另一方面，腸道微生物菌群的組成反過來又會影響宿主的免疫系統(tǒng)功能。Sj?gren等[26]研究發(fā)現(xiàn)，嬰兒早期糞便中雙歧桿菌的數(shù)量和腸黏膜SIgA分泌的濃度呈顯著相關(guān)性，表明雙歧桿菌的種類及數(shù)量可以促進腸黏膜SIgA分泌系統(tǒng)的發(fā)育及成熟。Li等[27]研究雙歧桿菌所產(chǎn)生的EPS對小鼠腸道菌群的作用，發(fā)現(xiàn)該EPS能顯著增加乳桿菌和厭氧菌的生長，并能對腸桿菌、腸球菌和脆弱擬桿菌起到抑制作用。Gom ez[28]等人從青春雙歧桿菌ATCC 15703培養(yǎng)物的上清液中分離得到的胞外物質(zhì)，能誘導(dǎo)鼠肝的脾變活性，從胞外物質(zhì)中分離得到的EPS，顯示出較高的淋巴增值應(yīng)答內(nèi)部促進作用。Zimm er等[29]發(fā)現(xiàn)EPS在人體腸道內(nèi)經(jīng)過微生物的代謝產(chǎn)生有機酸，抑制腸道內(nèi)的大腸埃希菌等有害菌的生長。腸道菌群是通過刺激機體在腸道形成更多的免疫效應(yīng)細胞和淋巴器官，增加免疫因子的分泌以及激活免疫應(yīng)答等途徑來促進機體免疫系統(tǒng)的發(fā)育和功能的調(diào)節(jié)。腸道是機體與外源物質(zhì)直接接觸的部位，腸道組織中存在大量的蛋白，這些蛋白表達的變化可反映出機體對外源物質(zhì)的響應(yīng)。利用蛋白組學(xué)方法，研究EPS對小鼠腸道組織蛋白的表達情況，可從蛋白水平上揭示EPS的作用機制。

乳酸菌EPS的免疫調(diào)節(jié)活性常與其理化特性有關(guān)（分子量、單糖組成、所帶電荷）。如H idalgo-Cantabrana等[30]研究發(fā)現(xiàn)EPS帶有電荷或較小分子量會產(chǎn)生較強強或溫和的免疫刺激，而那些具有較大分子量的EPS會產(chǎn)生較弱的免疫刺激甚至是免疫抑制活性。由于乳酸菌EPS具有菌株特異性，不同菌株產(chǎn)生

的EPS差異性很大，不同的EPS具有各自特定的功能，因此在對新分離的乳酸菌EPS的功能篩選時，對其進行免疫活性的研究是很有必要的。

4 結(jié)語

乳酸菌是公認的食品級安全微生物（generally recognized as safe,GRAS），在食品工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。乳酸菌EPS作為重要的代謝產(chǎn)物，來源安全，對機體無毒害作用。但在實際生產(chǎn)中乳酸菌EPS轉(zhuǎn)化效率較低，生產(chǎn)成本較高，要實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)還有待進一步的研究?，F(xiàn)階段國內(nèi)外有關(guān)EPS的研究還主要集中于影響EPS的生物合成條件。隨著產(chǎn)EPS相關(guān)基因、活性多糖結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系的進一步確定，并且結(jié)合糖代謝控制和生物信息學(xué)分析，弄清其遺傳背景，可為通過基因工程獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)EPS菌株奠定基礎(chǔ)。另外，面對腫瘤疾病目前只能依賴具有多種副作用的傳統(tǒng)化學(xué)藥物治療的現(xiàn)狀，人們正在不斷尋求新的更加有效的天然抗腫瘤生物活性產(chǎn)品，通過分子生物學(xué)與病理學(xué)等研究手段，探明其相關(guān)作用機制。產(chǎn)EPS菌株具有良好的加工特性，將產(chǎn)EPS菌株應(yīng)用到除酸奶以外的其它乳制品中（冰淇淋、發(fā)酵乳飲料、干酪），研究產(chǎn)EPS菌株對產(chǎn)品品質(zhì)的影響?？梢娙樗峋鶨PS可作為新型的生物活性產(chǎn)品，在醫(yī)療、食品科學(xué)及人類健康等方面的應(yīng)用已成為今后研究的重點。

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