乳酸菌介導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化作用的研究進(jìn)展①

邵麗娜 楊文濤 王春鳳 胡靜濤

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，吉林省動(dòng)物微生態(tài)制劑工程研究中心，動(dòng)物生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春130118)

乳酸菌(Lacticacidbacteria，LAB)是一類能利用可發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生大量乳酸的革蘭染色陽(yáng)性菌，是益生菌的重要代表成員。在維持宿主機(jī)體穩(wěn)態(tài)，激活免疫系統(tǒng)、促進(jìn)免疫細(xì)胞活化、維持機(jī)體免疫平衡等方面具有重要作用[1,2]。乳酸菌以其在腸道定植黏附力好、對(duì)腸黏膜免疫調(diào)節(jié)作用突出而備受關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌能通過(guò)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的免疫功能以及吞噬能力來(lái)預(yù)防和治療各種炎癥疾病，是腸道內(nèi)重要的一類益生菌[3]。

巨噬細(xì)胞(Macrophage，Mφ)是一類可塑性極強(qiáng)的免疫細(xì)胞，能吞噬和殺傷入侵機(jī)體的病原菌，是固有免疫的重要組成之一。通過(guò)識(shí)別病原體表面的模式識(shí)別受體激活并調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的表達(dá)、免疫信號(hào)通路等阻止病原體入侵。乳酸菌可以增強(qiáng)Mφ吞噬病原菌的能力，同時(shí)在不同的免疫微環(huán)境下可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞分化為不同的表型[4]。近年來(lái)，乳酸菌對(duì)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生免疫調(diào)節(jié)的作用機(jī)制成為研究熱點(diǎn)，并且還發(fā)現(xiàn)乳酸菌能調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞不同表型的極化。因此，有必要對(duì)乳酸菌調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化的作用機(jī)制進(jìn)行深入探索，從而為炎癥疾病提供新的治療方向。

1 巨噬細(xì)胞在不同病原感染模式下的表型變化

巨噬細(xì)胞在機(jī)體中參與特異性免疫和非特異性免疫。在特異性免疫中主要發(fā)揮細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)和抗原遞呈的功能并能激活獲得性免疫。在非特異免疫中主要負(fù)責(zé)清除病原微生物與衰老細(xì)胞、促進(jìn)炎癥反應(yīng)，并能夠重構(gòu)與修復(fù)損傷組織。在機(jī)體特定的組織微環(huán)境下，巨噬細(xì)胞可分化為不同的表型，即分化為經(jīng)典活化的M1型和選擇性活化的M2型巨噬細(xì)胞[5]。M1型和M2型巨噬細(xì)胞在機(jī)體中發(fā)揮不同的免疫功能。M1型巨噬細(xì)胞促進(jìn)Th1反應(yīng)，具有較強(qiáng)的殺菌作用，而M2型巨噬細(xì)胞促進(jìn)Th2反應(yīng)，具有組織重構(gòu)、免疫耐受的功能[6]。一旦入侵微生物被消滅，機(jī)體組織應(yīng)答就必須從殺傷過(guò)程轉(zhuǎn)換為組織修復(fù)過(guò)程，巨噬細(xì)胞也會(huì)隨著炎癥的發(fā)展而發(fā)生變化。它們首先被TNF-α以經(jīng)典方式激活殺滅攝入的病原菌，隨后這些M1型巨噬細(xì)胞逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镸2型細(xì)胞，并表現(xiàn)出抗炎特性[7]。

當(dāng)組織被病原體侵入時(shí)，單核細(xì)胞被募集并分化成巨噬細(xì)胞，巨噬細(xì)胞通過(guò)極化不同的表型來(lái)發(fā)揮不同的免疫功能來(lái)保護(hù)機(jī)體的穩(wěn)態(tài)。通常在細(xì)菌感染的早期階段巨噬細(xì)胞極化為M1型。細(xì)菌中存在的病原體相關(guān)分子模式被病原體識(shí)別受體識(shí)別時(shí)(如Toll樣受體，TLR)，巨噬細(xì)胞被激活并產(chǎn)生大量的促炎介質(zhì)，包括TNF-α、IL-1和一氧化氮(NO)，它能殺死入侵的生物并激活適應(yīng)性免疫，具有促炎作用[8]。有研究表明鼠傷寒沙門氏菌(S.typhimurium C5)能增強(qiáng)巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)表達(dá)，促使巨噬細(xì)胞向M1型極化，這種機(jī)制可能與細(xì)菌在巨噬細(xì)胞內(nèi)存活和復(fù)制的能力有關(guān)，這對(duì)全身性疾病是必不可少的[9]。大腸桿菌k88誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生大量的促炎因子TNF-α等，促使巨噬細(xì)胞向M1型極化[10]。這種機(jī)制被認(rèn)為與感染傷寒沙門氏菌、沙門氏菌及大腸桿菌等病原菌的早期階段有關(guān)[11]。如果巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)持續(xù)產(chǎn)生，將會(huì)使促炎細(xì)胞因子過(guò)度產(chǎn)生，從而導(dǎo)致組織損傷。因此，巨噬細(xì)胞極化成M2型巨噬細(xì)胞，分泌大量的白細(xì)胞介素-10(IL-10)和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)抑制炎癥以緩解炎癥反應(yīng)促進(jìn)傷口愈合、有助于組織修復(fù)和重塑促進(jìn)[12]。

巨噬細(xì)胞極化也參與病毒和寄生蟲感染模型，M2型巨噬細(xì)胞可抑制炎癥并促進(jìn)組織愈合和清除凋亡細(xì)胞并加速炎癥的消退[13]。流感病毒可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化，其模式為早期極化為具有較強(qiáng)殺傷活性的M1型巨噬細(xì)胞，后期極化為兼具殺傷活性和組織損傷修復(fù)活性的M2b型巨噬細(xì)胞[14]。此外，M2型巨噬細(xì)胞具有調(diào)控蠕蟲感染的各種病理特征的作用，包括T細(xì)胞反應(yīng)的抑制、纖維化的調(diào)節(jié)等。還有研究表明弓形蟲感染巨噬細(xì)胞后能夠明顯誘導(dǎo)靜息狀態(tài)的巨噬細(xì)胞朝向M2型的方向極化，從而改變巨噬細(xì)胞的表型和功能。本研究為進(jìn)一步闡明弓形蟲與機(jī)體免疫系統(tǒng)相互作用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)[15]。還有一些研究結(jié)果表明在新孢子蟲感染小鼠后期能夠誘導(dǎo)小鼠腹腔巨噬細(xì)胞極化為M2型巨噬細(xì)胞[16]。巨噬細(xì)胞的極化為如何提高宿主抵抗病毒和寄生蟲感染的研究提供思路和依據(jù)。M1型和M2型巨噬細(xì)胞在機(jī)體內(nèi)互相轉(zhuǎn)化以提高宿主抵抗病原的能力，同時(shí)能維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)，這將成為臨床上治療炎癥疾病的切入點(diǎn)。

2 乳酸菌對(duì)巨噬細(xì)胞極化的作用影響

乳酸菌作為腸道益生菌，定植在動(dòng)物腸道從而增加黏膜底層細(xì)胞出現(xiàn)大量的淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等這些免疫細(xì)胞能夠維持動(dòng)物的腸道穩(wěn)態(tài)。劉東方等[17]研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌可以顯著增強(qiáng)巨噬細(xì)胞吞噬活性和提高NO分泌水平，表明它可以激活免疫細(xì)胞及調(diào)節(jié)細(xì)胞因子分泌發(fā)揮一定的免疫增強(qiáng)作用。研究發(fā)現(xiàn)ELISA法檢測(cè)脂多糖(LPS)處理后的巨噬細(xì)胞上清液，發(fā)現(xiàn)乳酸菌能促進(jìn)LPS誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞上清液中產(chǎn)生IL-10[18，19]。表明乳酸菌能促進(jìn)巨噬細(xì)胞發(fā)揮它的抗炎作用，對(duì)機(jī)體進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)，使機(jī)體處于一種平衡的狀態(tài)。此外，乳酸菌的細(xì)胞壁成分如：肽聚糖和多糖也能顯著增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬能力，并且提高胞內(nèi)游離Ca2+離子濃度，從而增強(qiáng)巨噬細(xì)胞殺傷腫瘤細(xì)胞的活性[20]。王輯等[21]給免疫抑制小鼠模型不同劑量的植物乳桿菌JLK0142的胞外多糖發(fā)現(xiàn)胞外多糖可以提高RAW264.7巨噬細(xì)胞的增殖，并且顯著地增強(qiáng)了巨噬細(xì)胞的吞噬能力及NO分泌量。表明植物乳桿菌JLK0142胞外多糖能有效提高RAW264.7巨噬細(xì)胞的免疫活力。這些研究表明乳酸菌可以激活巨噬細(xì)胞活性，使其大量分裂增殖，增加其表面受體的含量而顯著增強(qiáng)其吞噬能力，促使其分泌細(xì)胞因子，從而發(fā)揮其抗感染的效應(yīng)[22]。

乳酸菌既能促使巨噬細(xì)胞活化又能在機(jī)體發(fā)生感染的不同階段使巨噬細(xì)胞極化不同的表型。當(dāng)病原微生物感染突破機(jī)體的免疫屏障時(shí)，病原微生物會(huì)激活巨噬細(xì)胞，釋放大量的炎癥因子加劇機(jī)體炎癥反應(yīng)。同時(shí)乳酸菌會(huì)促使巨噬細(xì)胞向不同的表型極化而表現(xiàn)不同的免疫防御功能，從而緩解機(jī)體的炎癥反應(yīng)。糞腸球菌(Enterococcusfaecalis)為消化道內(nèi)正常存在的一類微生物，在腸黏膜具有較強(qiáng)的耐受和定植能力，并且是一種兼性厭氧的乳酸菌，它能調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化。Christoffersen等[23]研究發(fā)現(xiàn)糞腸球菌誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞的iNOS表達(dá)增加且精氨酸酶-1表達(dá)降低，誘導(dǎo)分泌相對(duì)較低水平的IL-10和分泌高水平誘導(dǎo)的TNF-α。這些結(jié)果表明糞腸球菌可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞M1型極化。為乳酸菌如何調(diào)控宿主防御提供了新的見解。乳酸桿菌作為乳酸菌的一種，它的黏附力較好，近年來(lái)被用來(lái)研究炎癥疾病甚多。有研究表明在炎癥疾病中，乳酸菌能促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞的增加，從而有利于炎癥的緩解。Sohn等[24]在研究中發(fā)現(xiàn)副干酪乳酸桿菌(Lactobacillusparacasei)在非酒精性脂肪性肝炎(Nonalcoholic steatohepatitis，NASH)模型中肝竇內(nèi)表面的吞噬細(xì)胞-庫(kù)普弗細(xì)胞(Kupffer cell)有著不同的表型極化。表明副干酪乳桿菌可降低NASH患者的肝臟脂肪堆積和血清丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(Alanine aminotrans-ferase，ALT)水平，降低腸道通透性。另外，副干酪乳桿菌減少由NASH引起的庫(kù)普弗細(xì)胞浸潤(rùn)，抑制促炎性M1型庫(kù)普弗細(xì)胞應(yīng)答并被激活抗炎性M2型應(yīng)答，從而在NASH中誘導(dǎo)M2型庫(kù)普弗細(xì)胞極化。副干酪乳桿菌通過(guò)庫(kù)普弗細(xì)胞M2型極化來(lái)降低NASH模型中腸通透性并減輕肝臟脂肪變性。在抵抗病原菌的侵入時(shí)，M1型與M2型巨噬細(xì)胞存在一種平衡關(guān)系，以維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。最新一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)給老鼠飼喂益生菌解淀粉芽孢桿菌BaSC06后，發(fā)現(xiàn)BaSC06可直接促進(jìn)巨噬細(xì)胞M1型極化，增加其對(duì)沙門氏菌的殺傷功能，這與Ji等[25]的研究一致。此外，還發(fā)現(xiàn)BaSC06調(diào)節(jié)的腸道菌群能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2型極化，維持腸道穩(wěn)態(tài)和炎癥平衡。表明飼喂BaSC06后誘導(dǎo)的腸道M1型和M2型巨噬細(xì)胞共同發(fā)揮抵抗沙門氏菌感染的效果[26]。因此，我們得出結(jié)論乳酸菌對(duì)巨噬細(xì)胞的極化和炎癥發(fā)生過(guò)程相關(guān)。炎癥發(fā)生早期，乳酸菌促進(jìn)巨噬細(xì)胞分泌大量促炎因子可以殺傷胞內(nèi)的病原菌。而在炎癥發(fā)生晚期，乳酸菌抑制巨噬細(xì)胞分泌大量抑炎因子IL-10來(lái)殺傷胞外的病原體，還可以進(jìn)行組織修復(fù)和傷口愈合[27]。乳酸菌主要通過(guò)使巨噬細(xì)胞極化不同的表型，調(diào)節(jié)著炎癥疾病發(fā)生、發(fā)展和終止的一系列過(guò)程。這些研究使我們對(duì)乳酸菌改善炎癥的機(jī)制有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

3 乳酸菌通過(guò)TLRs/Notch/NF-κB信號(hào)通路對(duì)巨噬細(xì)胞極化的調(diào)控

巨噬細(xì)胞M1-M2極化是一個(gè)嚴(yán)格控制的過(guò)程，可以在其特定的微環(huán)境中相互轉(zhuǎn)化M1和M2表型，整個(gè)過(guò)程需要信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。參與巨噬細(xì)胞極化調(diào)節(jié)的信號(hào)通路有TLR、Notch、NF-кB等。這些通路之間的相互作用不僅能調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的免疫功能還能調(diào)控巨噬細(xì)胞極化。因此，鑒定乳酸菌與巨噬細(xì)胞極化的動(dòng)態(tài)變化并了解其相互作用對(duì)于闡明疾病治療進(jìn)展至關(guān)重要。

TLR信號(hào)能介導(dǎo)炎癥疾病并且與巨噬細(xì)胞極化調(diào)控密切相關(guān)[28]。研究表明嗜酸乳桿菌的肽聚糖(Whole peptidoglycan，WPG)能通過(guò)激活小鼠脾臟中TLR2從而抑制NF-κB信號(hào)通路，對(duì)β-乳球蛋白過(guò)敏癥狀有一定的抑制作用，從而緩解β-乳球蛋白過(guò)敏反應(yīng)[29]。副干酪乳桿菌通過(guò)對(duì)宋內(nèi)志賀菌(S.sonnei)的刺激導(dǎo)致TLR4表達(dá)量減少，表明副干酪乳桿菌對(duì)TLR4介導(dǎo)的信號(hào)通路起到一定的抑制作用[30]。這些研究表明乳酸菌可能通過(guò)抑制TLR4受體從而控制NF-κB的活性，抑制巨噬細(xì)胞向促炎性的M1型巨噬細(xì)胞極化，促進(jìn)向抑炎型M2型巨噬細(xì)胞極化，達(dá)到緩解機(jī)體炎癥反應(yīng)的目的。炎癥反應(yīng)與巨噬細(xì)胞極化密不可分，在巨噬細(xì)胞極化過(guò)程中TLR受體和NF-κB信號(hào)通路起著關(guān)鍵性的作用。

NF-кB信號(hào)通路是巨噬細(xì)胞中標(biāo)志性的轉(zhuǎn)錄因子，激活的NF-кB二聚體主要由Rel家族蛋白p50和p65亞基組成。p65活化可以啟動(dòng)機(jī)體的炎癥反應(yīng)，使巨噬細(xì)胞向M1表型極化，NF-кB的p50亞基在巨噬細(xì)胞向M2表型極化的過(guò)程中起重要作用，p50NF-кB可以抑制NF-кB的活化。Porta等[31]在p50缺陷型的小鼠中發(fā)現(xiàn)M1激活使炎癥反應(yīng)加劇。表明NF-κB的p50亞基，抑制巨噬細(xì)胞向M1極化并促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2極化，p50亞基是M2介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的重要組成部分。乳酸菌可以調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的NF-κB信號(hào)通路，并對(duì)黏膜免疫產(chǎn)生相應(yīng)的影響，其分泌的可溶性因子能抑制巨噬細(xì)胞NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)通路，從而抑制促炎細(xì)胞因子的大量釋放，抑制巨噬細(xì)胞向M1表型極化[32]。許光勇等[33]用乳酸菌的代謝物乳酸(LA)對(duì)LPS刺激下的大鼠腸道黏膜微血管內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行試驗(yàn)處理后，發(fā)現(xiàn)p-IκBα/IκBα和p65的蛋白水平降低，這表明LA能通過(guò)降低IκBα磷酸化來(lái)抑制NF-κB的活性，從而降低TNF-α和IL-6的mRNA表達(dá)水平。所以LA能減少NF-κB信號(hào)中炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，抑制巨噬細(xì)胞向M1型極化。Jang等[34]發(fā)現(xiàn)短乳桿菌G-101通過(guò)抑制NF-κB、MAPK和AKT途徑將M1型巨噬細(xì)胞極化為M2型巨噬細(xì)胞，從而來(lái)改善小鼠的結(jié)腸炎。研究表明鼠李糖乳桿菌的上清液(LGG-CM)能夠通過(guò)抑制NF-кB通路，促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2極化，預(yù)防大腸桿菌引起的細(xì)菌性腦炎[35]。大量研究表明乳酸菌通過(guò)降低NF-кBp50亞基的蛋白水平，從而抑制NF-кB信號(hào)通路，促使巨噬細(xì)胞向抑炎性的M2型極化以發(fā)揮組織修復(fù)降低炎癥反應(yīng)的功能。

此外，Notch信號(hào)通路對(duì)于調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的發(fā)育、分化以及成熟也具有重要作用。Notch信號(hào)通路調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞向M1表型極化，可以刺激巨噬細(xì)胞分泌更多的促炎細(xì)胞因子和趨化因子，使機(jī)體產(chǎn)生更強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)。當(dāng)Notch信號(hào)被阻斷，發(fā)現(xiàn)與M1表型巨噬細(xì)胞相關(guān)的炎性減少，而M2表型巨噬細(xì)胞顯著增多[36]。由此可見，Notch信號(hào)在調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化方面起到了很關(guān)鍵的作用并且在炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)中起到一定的作用。趙洪偉等[37]發(fā)現(xiàn)(3，5-二氟苯乙?；?-L-丙氨酰基-L-2-苯基甘氨酸叔丁酯(DAPT)能夠抑制LPS誘導(dǎo)的IκBα磷酸化和NF-κBp65核轉(zhuǎn)位。表明Notch1通過(guò)激活NF-κB參與LPS誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞炎癥介質(zhì)釋放。而過(guò)多的炎癥因子會(huì)引“炎癥因子風(fēng)暴”，繼而導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生敗血癥。有研究表明鼠李糖乳桿菌能改善由沙門氏菌引起的腸道炎癥的機(jī)制，使機(jī)體達(dá)到一種平衡的狀態(tài)[38]。乳酸菌抑制機(jī)體炎癥可能是通過(guò)抑制Notch從而控制NF-κB活化，促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2極化。乳酸菌不僅能緩解腸道炎癥，還有研究發(fā)現(xiàn)在急性肝衰竭(Acute liverfailure，ALF)的小鼠模型中，血漿中升高的LPS使肝組織內(nèi)的巨噬細(xì)胞活化，從而激活了Notch信號(hào)通路，增加急性肝衰竭晚期重要炎癥介質(zhì)高遷移率族蛋白B1(High mobility group protein B1，HMGB1)和抗炎細(xì)胞因子IL-10的分泌量。乳酸菌可以通過(guò)降低ALF小鼠血漿中LPS的表達(dá)水平，來(lái)抑制巨噬細(xì)胞的活化，控制Notch的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，降低HMGB1和IL-10的表達(dá)水平，對(duì)肝臟起到一定的保護(hù)作用。乳酸菌通過(guò)抑制Notch信號(hào)通路從而控制NF-κB活化來(lái)調(diào)控巨噬細(xì)胞向M2型極化，這種機(jī)制不僅能減輕炎癥反應(yīng)，還為治療肝臟疾病提供新的研究方向。

機(jī)體作為一個(gè)大的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)整合多個(gè)信號(hào)分子、建立龐大的精密的信號(hào)通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巨噬細(xì)胞極化的調(diào)節(jié)。因此，機(jī)體調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化的機(jī)制是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程。除了上述重要信號(hào)通路外，還涉及MAPK、JNK-STAT、JNK等其他通路。以上這些不同的信號(hào)通路能調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的免疫功能，促使巨噬細(xì)胞向不同的表型極化，從而對(duì)炎癥疾病有所緩解。

4 總結(jié)

乳酸菌在建立黏膜防御屏障，活化免疫細(xì)胞、抑制炎癥反應(yīng)等維持機(jī)體免疫平衡中具有潛在效應(yīng)。特別是在抑制和改善腸道炎癥方面，乳酸菌已經(jīng)逐漸成為研究的熱點(diǎn)。機(jī)體的炎癥發(fā)展過(guò)程與巨噬細(xì)胞極化有著密切關(guān)聯(lián)，乳酸菌調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的極化很有可能是其改善腸道炎癥反應(yīng)的一個(gè)重要機(jī)制。乳酸菌通過(guò)影響TLRs/NF-κB/Notch等信號(hào)分子的表達(dá)，繼而調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子，影響巨噬細(xì)胞的極化，從而預(yù)防和治療腸道炎癥疾病。本文為乳酸菌在治療炎癥疾病方面提供了新的研究方向。