乳酸桿菌對腸道健康的調(diào)節(jié)作用研究進展

肖悅崢，劉佳琦，全梅芳

(湖南師范大學(xué)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系，湖南長沙 410006)

腸道健康主要依靠腸道的三大屏障，即腸道黏膜屏障、腸道免疫屏障和腸道生物屏障[1]。腸道黏膜屏障由完整的腸上皮細(xì)胞及其間的細(xì)胞連接和腸道黏液層構(gòu)成，腸道免疫屏障由腸道免疫細(xì)胞及其分泌物構(gòu)成，腸道生物屏障由腸道內(nèi)正常菌群構(gòu)成，三大屏障之間的良性互作是維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)。腸道在炎癥、感染及應(yīng)激條件下，免疫功能紊亂，屏障組成發(fā)生改變；如果腸道屏障受損，也可能誘發(fā)多種疾病，如腸炎、神經(jīng)疾病、代謝性疾病等[2]。因此，保護腸道健康是維持機體穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)。乳酸桿菌(Lactobacillus)屬于革蘭陽性菌，發(fā)酵碳水化合物(主要指葡萄糖)產(chǎn)生大量乳酸，在自然界分布廣泛，也是得到廣泛應(yīng)用的益生菌之一。作為腸道菌群的重要組成成員，乳酸桿菌能夠調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)環(huán)境，促進腸道的生長和發(fā)育，它除了參與腸道微生物屏障的構(gòu)成，還通過各個途徑影響其他屏障，在腸道健康的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[3]。本文將針對乳酸桿菌和腸道健康之間的關(guān)系，分別從乳酸桿菌改善腸道菌群組成、保護腸道黏膜屏障、調(diào)節(jié)腸道免疫反應(yīng)三個方面進行綜述，為今后乳酸桿菌制劑的研究和開發(fā)提供參考。

1 改善腸道菌群的組成

在腸道微生態(tài)環(huán)境中，腸道菌群互相依存與制約，保持一定的數(shù)量和比例，與免疫系統(tǒng)相互作用并保持動態(tài)平衡，作為宿主的生物屏障，能有效抵御腸道疾病[4]。腸道菌群可分為共生菌、條件致病菌和致病菌。雙歧桿菌和乳酸桿菌是共生菌的主要成員，定植在腸道內(nèi)，組成相對穩(wěn)定，并且在一定程度上抑制條件致病菌的大量繁殖，減少其對人體造成危害。沙門菌和致病性大腸埃希菌[5]是常見的致病菌，從外界攝入后可以在腸道內(nèi)大量繁殖造成多種疾病。

在腸道菌群失衡動物模型實驗中，陳大衛(wèi)等[6]給小鼠喂養(yǎng)由發(fā)酵乳桿菌(Lactobacillusfermentum)Xn，植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)La、Yd及鼠李糖乳桿菌(Lactobacillusrhamnosus)J等比例配制的混合菌懸液及其發(fā)酵乳后，增加了小鼠腸道菌群多樣性，并且，腸道中擬桿菌屬、毛螺菌屬、瘤胃球菌屬、布勞特氏菌屬及乳酸菌屬的豐度增加，梭菌屬和埃希菌屬的豐度降低。蘭慧等人[7]分別給結(jié)腸炎模型小鼠喂養(yǎng)植物乳桿菌GMNL-662和胚芽乳酸桿菌 Lp299v后，降低了阿克曼氏菌屬、瘤胃球菌屬占比，增加了普雷沃氏菌屬、毛螺菌屬、乳酸桿菌屬的占比。在非酒精性脂肪肝(NAFLD)大鼠模型中，NAFLD組大鼠腸道中引起肥胖和炎癥的細(xì)菌群顯著增加，而益生菌含量顯著降低。WANG等[8]用乳酸桿菌菌株L.plantarumMA2懸液灌胃后，厚壁菌門與擬桿菌門的比例升高，降低了作為條件致病菌的變形菌門的豐度。并且，MA2組大鼠腸道菌群優(yōu)勢屬為Lactobacillus、Ruminococcaceae和[Eubacterium]_coprostanoligenes組，與正常大鼠腸道優(yōu)勢菌群組成相似。 由此可見乳酸桿菌干預(yù)可以改變腸道菌群結(jié)構(gòu)，增加腸道菌群多樣性，改善腸道微生態(tài)，優(yōu)化腸道內(nèi)環(huán)境。乳酸桿菌調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)的作用機制主要有以下幾個方面：(1)乳酸桿菌將糖類等碳水化合物發(fā)酵成乳酸和其他脂肪酸，維持腸道的酸性環(huán)境，抑制有害微生物的生長[9]。(2)乳酸桿菌分泌具有抗菌作用的物質(zhì)如乳酸、抗菌肽細(xì)菌素和過氧化氫等。(3)乳酸桿菌可以黏附在腸道中的相應(yīng)受體位點上，當(dāng)病原體與宿主黏膜結(jié)合時與病原體發(fā)生競爭[10]。

2 保護腸道黏膜屏障

腸上皮細(xì)胞通過細(xì)胞連接緊密排列，細(xì)胞之間的連接由緊密連接(tight junction, TJ)、黏附連接和橋粒等組成[11]，相鄰腸上皮細(xì)胞及其細(xì)胞間的連接和腸道表面黏液外層構(gòu)成腸道黏膜屏障。其中最重要的細(xì)胞連接是緊密連接[12]，多種蛋白參與緊密連接的組成，如Occludin、Claudin、Zonular occludins-1(ZO-1)和Zonular occludins-2(ZO-2)，它們構(gòu)成腸道屏障的微觀支架，通過維持腸道緊密連接來增強腸屏障功能[13]。某些乳酸桿菌通過上調(diào)TJ蛋白的表達來減弱屏障破壞，如嗜酸乳桿菌(L.acidophilus)和植物乳桿菌(L.plantarum)分別在體內(nèi)和體外模型中增加Occludin蛋白的表達[14-15]。

研究表明，Toll樣受體(TLR)是調(diào)節(jié)腸道緊密連接蛋白的重要分子，而乳酸桿菌能刺激TLR2與配體相結(jié)合[16]，增強緊密連接蛋白的功能。植物乳桿菌通過刺激TLR2信號誘導(dǎo)ZO-1蛋白的重新定位[17]，副干酪乳桿菌通過增加TLR2和p-Akt的表達起到預(yù)防腸道上皮功能障礙的作用[18]。AL-SADI等[19]給小鼠喂養(yǎng)嗜酸乳桿菌LA1后，LA1依賴性附著在腸上皮細(xì)胞的頂膜表面，引起腸上皮細(xì)胞TLR2膜表達迅速增加，TLR2通過形成TLR2/TLR1和TLR2/TLR6異絡(luò)合物，迅速增強了小鼠腸道緊密連接屏障功能。

乳酸桿菌對腸道黏膜屏障功能的影響可能是由不同的細(xì)菌結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分介導(dǎo)的，從鼠李糖乳桿菌中分離的可溶性蛋白可通過誘導(dǎo)Occludin和ZO-1蛋白的再分布來改善體外腸道上皮屏障的破壞[20]。并且，用分離的蛋白質(zhì)進行預(yù)處理可以降低上皮對離子和大分子糖類的屏障滲透性。低聚果糖和丁酸是乳酸桿菌發(fā)酵過程中產(chǎn)生的細(xì)菌代謝產(chǎn)物，添加低聚果糖和丁酸會導(dǎo)致某些蛋白質(zhì)(包括ZO-1和Occludin)重新分布到腸道緊密連接結(jié)構(gòu)附近[21-22]，從而加強屏障保護作用。

腸道黏液蛋白是腸上皮表面黏液層的主要成分，作為腸道黏膜屏障的最外層，能有效阻止病原菌的入侵。CARIO等[23]發(fā)現(xiàn)，在HT-29腸上皮細(xì)胞系中，添加嗜酸乳桿菌A4細(xì)胞提取物(10.0 mg/mL)后，MUC2黏蛋白的表達增加，大腸桿菌O157∶H7附著上皮細(xì)胞的程度顯著降低，提示嗜酸乳酸桿菌可通過誘導(dǎo)MUC2黏蛋白的表達抑制大腸桿菌O157∶H7的附著。在潰瘍性結(jié)腸炎相關(guān)結(jié)直腸癌小鼠模型中，喂養(yǎng)益生菌gasseri乳酸菌505 (LG)與新型益生元tricuspidata庫德菌葉提取物(CT)的混合制劑后，通過結(jié)腸屏障實驗顯示，作為腸道內(nèi)黏液層生物標(biāo)志物的MUC2黏蛋白和腸三葉因子(TFF3)的表達上調(diào)[24]。

3 調(diào)節(jié)腸道免疫反應(yīng)

益生菌中的乳桿菌是母乳中的重要成分，在人出生以后，就發(fā)揮著驅(qū)動機體免疫系統(tǒng)發(fā)育成熟和平衡免疫反應(yīng)的作用。研究發(fā)現(xiàn)，乳酸桿菌作為宿主的非特異性免疫調(diào)節(jié)劑，它可以通過菌體本身或者代謝產(chǎn)生的活性物質(zhì)來刺激宿主免疫細(xì)胞，比如影響細(xì)胞因子，如CD4、TNF-α、NrF2、HO-1、IL-6、IL-8和IL10的表達水平，抑制NF-κB通路或者調(diào)節(jié)相關(guān)免疫細(xì)胞的數(shù)量，從而促進腸黏膜免疫系統(tǒng)發(fā)育成熟，并平衡機體的腸道免疫反應(yīng)[25]。

某些乳酸桿菌可能通過影響小鼠血清中細(xì)胞因子的表達來減輕小鼠潰瘍性結(jié)腸炎，RATHER等[26]從乳酸桿菌sakei probio65中分離出一種生物活性產(chǎn)物SEL001，給潰瘍性結(jié)腸炎小鼠模型口服SEL001后，細(xì)胞因子CD4、TNF-α和IL-6的表達水平顯著降低；并且，通過抑制TNF-α的表達，乳酸桿菌saki S1明顯抑制了腹膜巨噬細(xì)胞中IL-6的表達[27]；在脂多糖刺激的腹腔巨噬細(xì)胞中，短乳桿菌G-101誘導(dǎo)IL-10表達的活性最強，且明顯抑制了TNF-α、IL-6的表達[28]。有些研究還發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌在顯著降低TNF-α表達的同時，還增加了NrF2和HO-1的表達[29]。NF-κB是重要的炎癥反應(yīng)樞紐分子。某些乳酸桿菌如乳酸菌saki S1可能通過抑制NF-κB通路減輕炎癥反應(yīng)，可作為功能性食品治療結(jié)腸炎[27]。在小鼠結(jié)腸炎模型研究中，短乳桿菌G-101通過抑制IRAK1/NF-κB、MAPK和AKT信號通路，從而減少了IRAK-1磷酸化、NF-κB活化和COX-2和iNOS的表達[28]。LI等[30]研究發(fā)現(xiàn)，給潰瘍性結(jié)腸炎小鼠喂養(yǎng)發(fā)酵乳桿菌HFY06和阿拉伯木聚糖的混合制劑后，下調(diào)了腸道內(nèi)NF-κB-65的mRNA表達，上調(diào)了IκB-α的mRNA表達，從而抑制了NF-κB信號通路的激活，并抑制了炎癥因子TNF-α、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)和環(huán)氧合酶(COX-2)的釋放，從而發(fā)揮抗結(jié)腸炎作用。

某些乳酸桿菌還可以通過調(diào)節(jié)相關(guān)免疫細(xì)胞的數(shù)量來影響免疫反應(yīng)。JANG等[31]發(fā)現(xiàn)，向潰瘍性結(jié)腸炎小鼠注射發(fā)酵乳桿菌KBL374或KBL375后，增加了小鼠體內(nèi)腸系膜淋巴結(jié)中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的數(shù)量。短乳桿菌G-101還可以抑制小鼠結(jié)腸中M1巨噬細(xì)胞標(biāo)志物的表達，促進M2巨噬細(xì)胞的表達，從而促使M1巨噬細(xì)胞極化為M2樣巨噬細(xì)胞，改善結(jié)腸炎[28]。

4 總結(jié)與展望

本文綜述了乳酸桿菌可以通過改善腸道菌群的組成、保護腸道黏膜屏障以及調(diào)節(jié)腸道免疫反應(yīng)三個方面的機制調(diào)節(jié)機體腸道健康，從而維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，改善機體的健康狀況。目前，乳酸桿菌在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用正在逐步加強，以乳酸桿菌為基礎(chǔ)制備的各種微生態(tài)制劑越來越廣泛地應(yīng)用于食品工業(yè)和醫(yī)療保健，常用的益生乳桿菌有:嗜酸乳桿菌NCFM (LactobacillusacidophilusNCFM)、干酪乳桿菌Shirota(LactobacilluscaseiShirota)、植物乳桿菌WCSF1(LactobacillusplantarumWCSF1)、鼠李糖乳桿菌GG(LactobacillusrhamnosusGG) 等[32]。值得一提的是，除了能夠維護腸道健康，乳酸桿菌還有調(diào)節(jié)機體脂質(zhì)代謝、抗腫瘤、促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收、抗衰老等功效，其作用機制以及應(yīng)用前景值得我們進一步探討與研究。并且，乳酸桿菌維護腸道健康的作用具有種屬差異，不同種屬的乳酸桿菌，其主要作用途徑和部位可能不同。今后還需要更多體內(nèi)實驗的證據(jù)，來進一步明確乳酸桿菌對腸道健康的調(diào)節(jié)作用。