醋酸菌的全新保健功能―對攝入酒精時免疫系統(tǒng)紊亂的影響

王 晨，高煦丹，唐 寧，張曉軍，程永強*

（中國農(nóng)業(yè)大學 食品科學與營養(yǎng)工程學院 植物源功能食品北京市重點實驗室，北京 100083）

中國具有悠久的飲酒文化歷史，盡管有報告表明少量飲酒可以降低死亡率[1]，但是過量飲酒會嚴重損害人體健康，對人體的肝臟造成傷害[2]，引發(fā)酒精性肝病。酒精性肝?。╝lcoholic liver disease，ALD）表現(xiàn)多樣，初期通常表現(xiàn)為脂肪肝，進而可發(fā)展成酒精性肝炎、酒精性肝纖維化和酒精性肝硬化[3]。在嚴重酗酒時可誘發(fā)廣泛肝細胞壞死甚或肝功能衰竭。酒精性肝病是西方國家最常見的肝病，現(xiàn)在也成為我國常見的肝病之一。目前治療ALD的藥物研究進展緩慢，糖皮質(zhì)激素是常用的治療藥物，但是由于其副作用較大，臨床應用受到了極大的限制[4]。因此，尋找毒副作用小、具有肝保護作用的活性物質(zhì)對于ALD的預防與治療有重大的科學意義與臨床應用價值。

有研究表明，攝入體內(nèi)的酒精90%在肝臟中通過乙醇脫氫酶（alcohol dehydrogenase，ADH）和乙醛脫氫酶（aldehyde dehydrogenase，ALDH）的作用下被分解代謝[5]，當攝入的酒精量超出人體內(nèi)ADH和ALDH活性容許量時，乙醇及其代謝物乙醛就會滯留在體內(nèi)，對機體產(chǎn)生不利影響[6]。HOU R L等[7]研究表明活性氧簇（reactiveoxygen species，ROS）和氧化應激是誘發(fā)ALD的主要病理學機制。酒精在通過肝臟代謝的過程中會產(chǎn)生活性氧簇（ROS）[8]，通過靶向作用于肝細胞的脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等重要生物成分，誘發(fā)氧化應激反應并由此導致肝細胞的損傷甚至死亡。有報告稱ADH和ALDH可減輕氧化應激[9]。

食醋是歷史悠久的調(diào)味料之一，除了具有調(diào)味功能之外，食醋還具有抑制血壓升高和促進鈣吸收等保健功能。醋是醋酸菌利用酒精發(fā)酵制得的，酒精在人體中的代謝過程與醋酸發(fā)酵過程類似，是由醋酸菌利用ADH和ALDH進行的[10]。關于其功能性成分，近幾年來已有醋酸、枸櫞酸等有機酸以及多酚類的報告[11-12]。張錦華等[13]對鎮(zhèn)江香醋和山西陳醋的研究表明，食醋抗氧化活性的主要貢獻組分是多酚類物質(zhì)，兩者呈顯著正相關，食醋抗氧化能力也與食醋中美拉德反應的產(chǎn)物——類黑精含量具有正相關性。同時鎮(zhèn)江香醋可以延緩亞油酸氧化過程，香醋濃縮物不僅能抑制Cu2+誘導的低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）氧化修飾，還能阻斷己修飾的LDL繼續(xù)氧化。KONDO S等[14]對高血壓大鼠的研究表明醋酸處理可明顯降低血壓、血管緊張肽原酶，證明了食醋具有輔助調(diào)節(jié)血壓的功能。

另一方面，在傳統(tǒng)制法的醋中，也有一些醋不實施過濾，殘存有醋酸菌菌體。已有相關研究闡明具有ADH和ALDH活性的醋酸菌粉末與乙醇同時攝入可降低人體呼氣和血液中的乙醇濃度，減輕攝取乙醇對肝臟造成的損傷[9]。近年來，還有報告指出醋酸菌菌體也能作為全新的活性主體發(fā)揮功能[13]。在醋的釀造工序中醋酸菌會被過濾除去廢棄，但是從實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標的觀點出發(fā)，探索醋酸菌保健功能的意義也十分重大。

本文主要對醋酸菌菌體的免疫調(diào)節(jié)、腸道菌群調(diào)節(jié)及減輕酒精性肝損傷等全新保健功能及其作用機制進行綜述介紹。能夠減輕酒精性肝損傷的天然成分有數(shù)種，但是它們的作用大都是憑借抗氧化能力發(fā)揮的，而醋酸菌粉末的獨到之處是能夠降低呼氣和血液中的酒精濃度。因此將醋酸菌粉末與具有抗氧化作用的天然成分相結合，有望發(fā)揮加成效果，從而進一步減輕因過量飲酒導致的肝臟脂肪蓄積和氧化應激現(xiàn)象。與此同時，通過深入、詳細地探討醋酸菌的免疫調(diào)節(jié)作用，有望為近一步探索醋酸菌保健功能、開發(fā)新型食醋產(chǎn)品提供理論指導。

1 醋酸菌特征及新功能

醋酸細菌是一種專性需氧細菌革蘭氏陰性菌，表現(xiàn)出一種獨特的代謝形式，通過這種形式，它們通常通過膜結合脫氫酶部分氧化糖或乙醇等多種底物生產(chǎn)醋酸[14]。因其具有較強的乙醇氧化能力和乙酸合成能力，且具有較強的耐酸性，常用于醋發(fā)酵。醋酸菌在顯微鏡下，一般以單個、成對或成鏈出現(xiàn)，呈橢圓或桿狀、直形或彎曲。一般不產(chǎn)芽孢和莢膜，菌落呈灰色，一般不產(chǎn)生色素但少數(shù)菌株產(chǎn)水溶性色素。醋酸菌不形成芽孢，菌體周生或端生鞭毛，因而具有運動能力。生長最優(yōu)pH值是5.0～6.5，而它們能夠在更低pH值（3～4）下生長。除少量種屬中的菌株具有一定的耐熱性，絕大部分的醋酸菌最適生長溫度在28～30 ℃之間。以醋化醋酸桿菌（Acetobacter aceti）為代表的醋酸桿菌屬能氧化乙酸鹽和乳酸鹽，能氧化乙醇產(chǎn)乙酸，泛醌為Q-9型。以液化葡糖醋桿菌（Gluconacetobacter liquefaciens）為典型菌株的葡糖醋桿菌屬能氧化葡糖酸鹽和醋酸鹽，能氧化酒精產(chǎn)醋，輔酶Q為Q-10型。

醋酸菌是重要的工業(yè)用菌之一。醋酸菌在工業(yè)生產(chǎn)中主要用于釀造食醋、酵素及果醋飲料。目前，食用酵素釀造的優(yōu)良菌株分為醋酸桿菌屬和葡萄糖桿菌屬兩個屬。植物酵素采用現(xiàn)代生物發(fā)酵技術，以水果、藥食同源中藥材等植物為主要原料，利用微生物深層液態(tài)發(fā)酵而成，醋酸菌除能將乙醇氧化為醋酸外，也能夠氧化糖類、糖醇、有機酸等物質(zhì)，其口味獨特、營養(yǎng)價值豐富并具有一定的保健功能。

有報告指出，口服攝取醋酸菌菌體可以減輕酒精性肝損傷[15-16]。醋酸菌減輕酒精性肝損傷的作用機理是通過ADH、ALDH降低酒精及乙醛濃度[17]，并利用抗氧化作用去除活性氧[18]。中國農(nóng)業(yè)大學程永強課題組探究了含醋酸菌粉末的食品（acetic acid bacterial powder-containing food，AF）對急性酒精性肝損傷的緩解作用[19]，利用美國癌癥研究所（institute ofcancer research，ICR）小鼠（雄性，20～22 g），隨機分為對照組、乙醇組和乙醇+AF組。乙醇組按12 mL/kg口服給予體積分數(shù)為50%乙醇。乙醇+AF組中按小鼠體質(zhì)量分別進行低、中、高3種不同劑量的AF灌胃處理（0.033 g/kg、0.067 g/kg、0.200 g/kg）。通過測量肝損傷的血清標志物、氧化應激標志物、甘油三酸酯（triglyceride，TG），并進行肝組織病理學觀察，從而比較不同濃度AF對肝臟損傷的緩解作用。結果表明，與對照組相比，通過乙醇攝入可以觀察到血清丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（alanine aminotransferase，ALT）水平升高和肝臟還原型谷胱甘肽（glutathione，GSH）水平降低。通過攝入0.200 mg/kg的AF可以緩解相應指標的變化。攝入乙醇引起肝臟TG水平升高和組織病理學評分降低，而AF給藥可緩解肝臟TG水平升高織病理學評分降低。結果表明，攝入AF可減輕急性酒精性肝損傷。

2 醋酸菌作用機制分析

2.1 與LPS有關的受體

脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）是革蘭氏陰性菌的主要組成成分，適量的LPS可以激發(fā)機體的免疫反應從而正向調(diào)節(jié)其免疫功能，但是髙濃度的LPS則會引起機體嚴重的炎性反應，故LPS對機體的免疫功能具有雙重的調(diào)節(jié)作用。大量文獻表明，在LPS介導的信號轉(zhuǎn)導通路中，有脂多糖結合蛋白（lipopolysaccharide binding protein，LBP）、白細胞分化抗原（cluster of differentiation 14，CD14）等多種與LPS的雙重作用有關的受體[20]。當胞外信號傳至胞內(nèi)后，激活轉(zhuǎn)接分子髓樣分化因子（molecular myeloid differentiation，MyD88），白介素1受體關聯(lián)激酶-1（interleukin-1 receptor-associated kinases，IRAK-1）、IRAK-4通過MyD88和MyD88轉(zhuǎn)接蛋白類似物聚集到受體復合物中，使IRAK-1發(fā)生磷酸化并從復合物中解離，隨后腫瘤壞死因子受體相關因子-6（tumor necrosis factor-associated factor，TRAF-6）接受到信號完成活化?；罨蟮腡RAF-6通過激活核因子-kB誘導激酶（nuclear factor-kB-inducing kinase，NIK）和轉(zhuǎn)化生長因子-β-活化激酶1（transforming growth factor-β-activated kinase1，TAK1）進行信號轉(zhuǎn)導，激活相應的核因子-kB（nuclear factor-kB，NF-kB）和絲裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinases，MAPK）兩條通路，如圖1所示[21]。

圖1 脂多糖介導的信號通路作用機制Fig.1 Action mechanism of lipopolysaccharide mediated signaling pathway

NF-kB通路是通過NIK激活NF-kB抑制蛋白激酶（inhibitor of kappa-B kinase，IKK），誘導IKK發(fā)生磷酸化，從而解除NF-kB的抑制，NF-kB從胞漿中釋放至細胞核啟動相關基因轉(zhuǎn)錄。MAPK通路是通過TAK1激活C-Jun N-氨基端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）、p38等最后激活轉(zhuǎn)錄因子（activating protein-1，AP-1），誘導相關細胞因子基因的表達[22]。

2.1.1 脂多糖結合蛋白

脂多糖結合蛋白（LBP）是一種急性期反應蛋白，先由肝臟和腸上皮細胞合成分泌成單鏈多肽，再經(jīng)糖基化后形成糖蛋白。LBP主要存在于人和動物的血清中，不同的動物種屬之間具有高度的同源性。LBP的生物學功能具有雙重效應，低濃度時啟動致炎位點，增強機體的致敏性、引發(fā)機體的促炎效應；高濃度時則啟動抗炎位點，增強機體的抗炎效應從而發(fā)揮抑制炎癥、保護機體的作用。

當機體處于炎癥急性期便產(chǎn)生一種自身調(diào)節(jié)機制來防止過度免疫，從而來保護機體。此時，血漿中的LBP會急劇升高，高濃度的LBP可以抑制LPS介導的炎性細胞因子的釋放，從而使細胞信號轉(zhuǎn)導的激活受到抑制[23]。機體中的高密度脂蛋白（high-density lipoprotein，HDL）具有中和LPS的作用，在一定濃度內(nèi)，HDL濃度的增加可以有效增強LPS損傷的保護作用，而且高濃度的LBP可以促進LPS與HDL的結合。LBP是一種脂轉(zhuǎn)運分子，當LPS/LBP達到一定的比例時，LBP會使LPS多聚體發(fā)生解聚，催化LPS單體向HDL轉(zhuǎn)運并組成復合體，從而降低LPS的毒性。但是，LPS與HDL結合的速率要比LPS與其膜受體CD14（membrane CD14，mCD14）分子結合的速率低得多，所以在HDL中和高濃度LPS引起的刺激效應之前就已發(fā)生嚴重的炎癥反應。與此同時LBP還可以促進磷脂與mCD14分子結合，抑制LPS與mCD14的分子結合，從而抑制LPS誘導的反應。

2.1.2 CD14分子

CD14分子是LPS的關鍵受體之一，它的N段富含亮氨酸重復單位，能夠特異性識別LPS，并且對LPS具有高親和性。CD14分子屬于細胞表面糖蛋白，主要功能是在LBP分子的協(xié)助下與LPS結合活化LPS從而介導細胞對LPS的反應，在相應細胞的應答中發(fā)揮關鍵作用。CD14分子有兩種存在方式：mCD14和可溶性的受體CD14（soluble CD14，sCD14）。mCD14分子主要存在于單核巨噬細胞表面，少部分存在于中性粒細胞表面，在不同組織中的單核巨噬細胞表面，其表達水平有一定的差異。

當機體發(fā)生急性炎癥時，sCD14分子的濃度會急劇升高從而抑制過度的全身性反應，對機體產(chǎn)生保護，這樣的一種對機體的保護機制與LBP所引發(fā)的保護機制相似。對于單核巨噬細胞，高濃度的sCD14可以促使髓源性細胞表面上與mCD14結合的LPS發(fā)生解離進入血液，然后血液中的LPS與sCD14結合來減弱LPS對細胞的激活反應[20]；也可以通過LBP的作用，促進LPS的轉(zhuǎn)運從而加快LPS的排出。另外，當sCD14濃度過高時，還可以形成LPS-LBP-sCD14三聯(lián)復合體，形成的三聯(lián)復合體與細胞膜上的受體結合產(chǎn)生內(nèi)化而被清除。

2.2 免疫調(diào)節(jié)功能

醋酸菌在菌體外具有脂多糖（LPS），大量文獻表明，LPS具有免疫調(diào)節(jié)的功能。眾所周知，攝入酒精會降低機體的細胞免疫力。有報告指出，口服攝入LPS會激發(fā)機體的自然免疫力[19]。通過各種試驗，就醋酸菌對免疫調(diào)節(jié)的影響進行了評價。對小鼠巨噬細胞系J774.1添加醋酸菌并進行培養(yǎng)，結果發(fā)現(xiàn)，IL-12的產(chǎn)生有所增加[20]。此外，對BALB/c小鼠喂食含有10%醋酸菌的飼料，結果發(fā)現(xiàn)，脾臟原代培養(yǎng)細胞中干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）的產(chǎn)生有所增加。進而，對人自然殺傷（natural killer，NK）細胞細胞系KHYG-1添加醋酸菌100 μg/mL進行預培養(yǎng)，然后作為效應細胞，與K562細胞進行共培養(yǎng)，評價NK細胞的細胞毒性，結果發(fā)現(xiàn)，醋酸菌使得NK細胞的細胞毒性顯著提高[21]。還有報告指出，IFN-γ及NK活性降低會促進肝纖維化的發(fā)展[22]，而醋酸菌可能會經(jīng)由IFN-γ或NK細胞減輕酒精性肝損傷。并且，LPS會激活Treg細胞[23]，醋酸菌可以減輕與過敏有關的鼻子癥狀[24-26]，從而判斷醋酸菌有可能會控制炎癥過度反應。酒精性肝損傷與免疫之間存在密切關聯(lián)，因此，醋酸菌的免疫調(diào)節(jié)功能可能有助于減輕酒精性肝損傷。

參與細胞免疫的因子（NK細胞或IFN-γ）對酒精所致的肝纖維化能起到預防作用。由此可以判斷，細胞免疫調(diào)節(jié)就是醋酸菌減輕酒精性肝損傷的新機理。另外，我們都知道，攝入酒精會增加感染的風險[27]，還會使引發(fā)過敏癥狀的IgE增加[28]。針對這類由酒精引起的免疫系統(tǒng)紊亂問題，醋酸菌也有可能會減輕相關癥狀。

馮彩玲等[3]研究了不同劑量（100 μg/mL、200 μg/mL和400 μg/mL）的牛樟芝粗多糖（crude polysaccharide，CP）和醇提物后的水提物（water extract after extraction by ethanol，WEE）對酒精誘導的HepG2細胞氧化損傷的保護作用。研究結果表明：WEE和CP能提高細胞的抗氧化應激能力，降低胞內(nèi)ROS，對酒精誘導的HepG2細胞氧化損傷起到明顯的保護作用，提示多糖是牛樟芝解酒保肝的重要活性成分之一。GAO B等[29]研究發(fā)現(xiàn)，菌絲糖蛋白能抑制氧化應激，對脂多糖誘導的大鼠肝損傷起到明顯的保護作用。

免疫低下動物中病原體誘導的幾種炎癥模型表明，Treg對于預防有害的免疫反應是必要的。之前有研究證明Treg對炎癥趨化因子特別敏感，發(fā)現(xiàn)細菌代謝產(chǎn)物可以直接激活Treg并增強其效應器功能。Toll樣受體（Toll-like receptors，TLR）是先天免疫系統(tǒng)的經(jīng)典組成部分，在分化決定族抗原4（cluster ofdifferentiation 4，CD4-T）-T淋巴細胞亞群中選擇性表達，具有調(diào)節(jié)適應性免疫反應的功能，其比例相當高。在細菌感染期間，通過TLR對Treg的非特異性激活被抗原的特異性識別放大。此外，特定的遲發(fā)型超敏反應和移植物抗宿主反應，以及移植物排斥和經(jīng)典免疫，都被證明通過用不同劑量的脂多糖預處理小鼠而被下調(diào)或消除。所以脂多糖能夠促進Treg的存活和增殖并增強其抑制功能，從而判斷醋酸菌的免疫調(diào)節(jié)功能是通過LPS的介導實現(xiàn)的。

2.3 腸道菌群調(diào)節(jié)功能

哺乳動物生來基本上是無菌的，但是在出生后上皮表面很快就被數(shù)量驚人的細菌占據(jù)。哺乳動物的腸道有一個巨大而復雜的微生物群落，最廣泛的微生物群落位于遠端腸道，腸道菌群的數(shù)量是人體體細胞和生殖細胞總數(shù)的約10倍。對無菌小鼠的研究表明，腸道菌群在免疫系統(tǒng)的發(fā)展中起著至關重要的作用[30-32]。

已經(jīng)證明，在綠色熒光小鼠中，腸道相關淋巴組織（gut-associated lymphoid tissue，GALT）是最大的免疫器官。綠色熒光動物的固有層CD4+T細胞、產(chǎn)生免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IgA）的B細胞和上皮內(nèi)T細胞的含量均有減少[32-33]。對比實驗還表明，腸上皮細胞的基因表達譜是由腸道菌群的存在形成的，上調(diào)的基因有助于腸表面抗菌分子的分泌和腸道血管生成的調(diào)節(jié)[34-35]。腸道菌群不僅影響GALT，而且影響全身的免疫。綠色熒光小鼠血清免疫球蛋白水平降低，其腸系膜淋巴結和脾臟更小，細胞更少[36]。目前雖然尚不清楚腸道微生物群和微生物成分是否在Tregs的發(fā)育和功能中起作用[37-38]，但是Tregs被認為是建立免疫穩(wěn)態(tài)的關鍵因素。已經(jīng)證明具有調(diào)節(jié)功能的細胞是表達Foxp3的CD4+T細胞[39]。調(diào)節(jié)性T細胞（Tregs）通過抑制免疫系統(tǒng)的激活，來保持免疫系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和對自身抗原和無害外源抗原的耐受性[40]。這些細胞的耗竭或功能喪失會導致炎癥性疾病[41]。

大量的腸道微生物群及其產(chǎn)物與腸粘膜的上皮表面密切接觸。免疫（無菌）模型是闡明腸道微生物群功能的重要工具，尤其是它們對粘膜和系統(tǒng)免疫的影響。無菌動物沒有活細菌，但它們的無菌食品含有微生物成分和其他免疫原性成分。通過對腸道菌群的存在和含有各種細菌污染物的無菌飲食的質(zhì)量（通過LPS含量來測量）是否會影響無免疫小鼠免疫系統(tǒng)的成熟的研究表明，腸道菌群的存在，以及在較小程度上無菌飲食的存在，推動了B細胞和T細胞的擴張。最突出的是CD4+T細胞的擴增。此外，還觀察到腸道菌群的存在和富含脂多糖的無菌飲食都會影響脾細胞的體外細胞因子譜。腸道菌群和富含脂多糖的飲食都增加白細胞介素-12的產(chǎn)生，減少白細胞介素-4的產(chǎn)生。與此同時，腸道菌群的存在增加了白細胞介素-10和干擾素-γ的產(chǎn)生。所以活的腸道菌群和無菌飲食中所含的微生物成分（脂多糖）能夠通過刺激免疫系統(tǒng)的發(fā)育和擴張來發(fā)揮調(diào)節(jié)功能。

3 未來展望

食醋作為調(diào)味料之一，其特殊的發(fā)酵方式和工藝使其產(chǎn)品具有獨特的風味特征，并含有包括酚類在內(nèi)的抗氧化性成分。除了具有調(diào)味功能之外，食醋還具有抗氧化清除自由基，輔助降血壓、血糖、血脂和促進鈣吸收等保健功能。目前對香醋的活性功能研究較多，但是對食醋中的醋酸菌體功能研究較少，作為醋酸菌的全新功能性及作用機理，本文介紹了其減輕酒精性肝損傷的作用、免疫調(diào)節(jié)作用和腸道菌群調(diào)節(jié)作用。研究報告稱能夠減輕酒精性肝損傷的天然成分有數(shù)種，但是它們的作用大都是憑借抗氧化能力發(fā)揮的。而醋酸菌粉末與其他天然成分相比，其獨到之處是能夠降低呼氣和血液中的酒精濃度。將醋酸菌粉末與具有抗氧化作用的天然成分相結合，有望發(fā)揮加乘效果，從而進一步減輕因過量飲酒導致的肝臟脂肪蓄積和氧化應激現(xiàn)象。

免疫系統(tǒng)與感染癥及過敏性疾病密切相關，人們都希望能在發(fā)病前對這些疾病加以預防。因此，通過食品成分實現(xiàn)免疫平衡的意義十分深遠。通過深入、詳細地探討醋酸菌的免疫調(diào)節(jié)作用，有望未來能將醋酸菌應用到更加高效的功能性食品中。