乳酸菌對(duì)豬免疫功能調(diào)節(jié)作用及其機(jī)制研究進(jìn)展

冷來福 黃金秀 劉作華 王 琪*

(1.西南大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，重慶 402460；2.重慶市畜牧科學(xué)院，重慶 402460；3.國家生豬技術(shù)創(chuàng)新中心，重慶 402460)

近年來，抗生素的濫用使病原菌的耐藥性、動(dòng)物產(chǎn)品的藥物殘留等問題越來越凸顯，給養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和人類的健康造成了一定的威脅，許多國家已經(jīng)禁止使用抗生素類添加劑[1]。因此，尋找一種能夠有效替代抗生素的物質(zhì)成為了研究重點(diǎn)。乳酸菌是腸道菌群的重要組成部分，同時(shí)也是一種重要的益生菌來源[2-3]。研究表明，在飼糧中添加適量乳酸菌具有提高豬只生長性能、調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、提高免疫力及抗病力等益生作用[4-7]。盡管已有大量報(bào)道證實(shí)，乳酸菌對(duì)豬具有調(diào)節(jié)免疫功能的作用，但相關(guān)作用機(jī)制的報(bào)道較少。因此，本文旨在綜述乳酸菌對(duì)豬的免疫功能調(diào)節(jié)作用及具體機(jī)制，以期為乳酸菌在養(yǎng)豬業(yè)中的應(yīng)用提供理論參考。

1 乳酸菌概述

乳酸菌屬于革蘭氏陽性菌，單個(gè)、成雙或成短鏈排列，主要包括乳桿菌屬、鏈球菌屬、明串珠菌屬、雙歧桿菌屬、片球菌屬和腸球菌屬等[8-9]。乳酸菌按形態(tài)可分為桿狀和球狀兩大類，厭氧或兼性厭氧，無芽孢，能夠發(fā)酵碳水化合物和產(chǎn)生乳酸。乳酸菌對(duì)動(dòng)物胃腸道環(huán)境具有較強(qiáng)的耐受性。研究表明，乳酸菌的生物膜具有一定的耐酸和耐膽鹽性，能夠促進(jìn)乳酸菌在胃腸道黏膜的定植，并增強(qiáng)其定植的持久性[10]。Hou等[11]研究發(fā)現(xiàn)，羅伊氏乳桿菌基因組序列編碼了大多數(shù)已知的黏附因子，包括黏液結(jié)合蛋白、纖維連接蛋白等黏附因子。還有研究表明，乳酸菌對(duì)豬小腸黏液也有較強(qiáng)的黏附性，其中對(duì)回腸黏液的黏附力最強(qiáng)[11-12]。

大量研究表明，乳酸菌具有提高動(dòng)物生產(chǎn)性能、改善腸道健康、增強(qiáng)機(jī)體免疫力等益生作用，如約氏乳桿菌BS15可降低新生仔豬的腹瀉率，提高其斷奶后的體重[13]；嗜酸乳桿菌顯著提高斷奶仔豬的平均日增重[14]，提高仔豬的生長性能。鼠李糖乳桿菌LB1、植物乳桿菌可通過增加回腸絨毛表面積和改變腸道絨隱比來維持仔豬腸道完整性[15-16]；飼喂嗜酸乳桿菌或唾液乳桿菌能增加仔豬腸道有益菌的數(shù)量并減少有害菌的數(shù)量，調(diào)節(jié)腸道的菌群結(jié)構(gòu)及豐度[17-18]，從而促進(jìn)仔豬腸道健康。羅伊氏乳桿菌通過促進(jìn)仔豬腸道發(fā)育、提高血清干擾素-γ(IFN-γ)、白細(xì)胞介素-4(IL-4)和免疫球蛋白(Ig)G的水平，進(jìn)而改善仔豬的免疫功能[19]?？诜l(fā)酵乳桿菌I5007可提高仔豬回腸中IFN-γ、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的mRNA表達(dá)水平，從而調(diào)節(jié)仔豬腸道免疫功能[20]。

2 乳酸菌對(duì)豬免疫功能的調(diào)節(jié)作用及其機(jī)制

乳酸菌是一種能夠影響豬健康的重要益生菌，可顯著提高豬的免疫功能。研究報(bào)道，乳酸菌可能通過促進(jìn)細(xì)胞因子分泌、改變Ig含量、調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、維持腸道結(jié)構(gòu)完整性、改變免疫因子表達(dá)等途徑，來調(diào)節(jié)豬的細(xì)胞免疫、體液免疫和腸道黏膜免疫功能。

2.1 乳酸菌對(duì)豬細(xì)胞免疫的調(diào)節(jié)作用

動(dòng)物機(jī)體的細(xì)胞免疫應(yīng)答過程主要由T細(xì)胞介導(dǎo)。其中，細(xì)胞毒性T細(xì)胞(CD8+細(xì)胞)對(duì)帶有抗原標(biāo)記的T細(xì)胞、表達(dá)抗原的靶細(xì)胞具有特異性殺傷作用，輔助性T細(xì)胞(CD4+細(xì)胞)則參與誘導(dǎo)細(xì)胞免疫反應(yīng)發(fā)生的過程。Wang等[20]研究表明，補(bǔ)充發(fā)酵乳桿菌I5007可增加仔豬外周血CD4+細(xì)胞百分比，而在仔豬飼糧中添加約氏乳桿菌BS15可提高CD3+CD4+細(xì)胞百分比和降低CD3+CD8+細(xì)胞百分比，調(diào)節(jié)CD3+CD4+/CD3+CD8+的比值及外周血液中的T細(xì)胞亞群比例[13]，進(jìn)而提高仔豬的細(xì)胞免疫功能。鼠李糖乳桿菌GG可促進(jìn)早期斷奶仔豬腸道T淋巴細(xì)胞的增殖，提高仔豬腸道中CD3+和CD4+細(xì)胞的數(shù)量，且這種影響具有長期性[21]。以上結(jié)果表明，乳酸菌可通過調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞亞群的比例、促進(jìn)T淋巴細(xì)胞的增殖等途徑改善豬的細(xì)胞免疫功能。

此外，還有研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞免疫反應(yīng)也受到樹突狀細(xì)胞(DC)和自然殺傷(NK)細(xì)胞的調(diào)節(jié)。DC是機(jī)體內(nèi)功能最強(qiáng)的抗原提呈細(xì)胞，參與調(diào)節(jié)機(jī)體固有的免疫反應(yīng)及適應(yīng)性免疫反應(yīng)，是二者相互聯(lián)系的樞紐[22]。DC表面的分子標(biāo)記物在抗原提呈及與T淋巴細(xì)胞的相互作用中發(fā)揮著重要的作用[23]。研究證實(shí)，約氏乳桿菌顯著提高了豬單核細(xì)胞來源樹突狀細(xì)胞(MoDCs)中Toll樣受體(TLR)2、TLR4和TLR6的mRNA表達(dá)水平及表面分子標(biāo)記物CD80、組織相容復(fù)合體Ⅱ(MHCⅡ)和CD172a的表達(dá)；增強(qiáng)MoDCs誘導(dǎo)CD4+細(xì)胞增殖的能力；促進(jìn)Th1型細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)[24]。NK細(xì)胞可通過顆粒胞吐作用、Fas/Fas配體系統(tǒng)、抗體依賴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性、產(chǎn)生一氧化氮及TNF-α等途徑自發(fā)清除腫瘤細(xì)胞或病毒感染細(xì)胞，進(jìn)而調(diào)節(jié)先天免疫系統(tǒng)；此外，NK細(xì)胞還可通過產(chǎn)生細(xì)胞因子激活其他免疫細(xì)胞調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫系統(tǒng)[25]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，熱滅活的嗜酸乳桿菌可通過增強(qiáng)細(xì)胞溶解性及細(xì)胞毒性、提高粒溶素的表達(dá)、促進(jìn)細(xì)胞的顆粒胞吐作用等途徑激活NK細(xì)胞[26]。DC和NK細(xì)胞是動(dòng)物體內(nèi)不可或缺的免疫細(xì)胞，參與調(diào)節(jié)機(jī)體的多種免疫應(yīng)答反應(yīng)。乳酸菌在動(dòng)物體內(nèi)定植后，可激活DC和NK細(xì)胞，再通過促進(jìn)T淋巴細(xì)胞的增殖及細(xì)胞因子的表達(dá)、清除機(jī)體內(nèi)的壞死細(xì)胞及其他異物等途徑參與調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫應(yīng)答反應(yīng)。

2.2 乳酸菌對(duì)豬體液免疫的調(diào)節(jié)作用

來源于骨髓B淋巴細(xì)胞所產(chǎn)生的Ig介導(dǎo)了動(dòng)物的體液免疫應(yīng)答反應(yīng)[27]。Ig主要包括IgA、IgM、IgG、IgE和IgD，其中，IgA主要分為血清型和分泌型免疫球蛋白A(SIgA)，具有降低致病菌黏附率、抗炎、抗感染等作用[28]；IgM和IgG具有抗菌、抗病毒、調(diào)節(jié)免疫功能等作用；IgE與變態(tài)反應(yīng)有關(guān)，對(duì)嗜堿性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞具有高度親和性[29]。此外，血液中總蛋白、白蛋白、尿素氮等含量也能在一定程度上反映動(dòng)物的體液免疫水平。

新生仔豬的體液免疫主要由隨初乳進(jìn)入其血液循環(huán)的母源IgG調(diào)控[27]。NS復(fù)合乳酸菌顯著提高母豬分娩時(shí)血清和初乳中的IgG、IgA和IgM的含量，并使哺乳期母豬乳汁的Ig始終維持在較高水平[27]；口服發(fā)酵乳桿菌I5007可顯著提高仔豬血液中IgM、IgG和IgA的含量[30]。仔豬斷奶后，受斷奶應(yīng)激的影響，原有的腸道菌群平衡被破壞，使仔豬的免疫機(jī)能下降。有研究表明，斷奶仔豬飼糧中添加植物乳桿菌和低聚果糖可顯著提高血清IgG和IgA含量[31]，而植物乳桿菌發(fā)酵的液體飼料可顯著提高仔豬血清中IgG和IgM的含量[32]。此外，植物乳桿菌、復(fù)合乳酸菌(由乳酸片球菌ZPA017和副干酪乳桿菌ZLP018組成)發(fā)酵的液體飼料可顯著提高生長育肥豬血液中總蛋白、IgG和IgM含量，降低尿素氮和總膽固醇的含量[33-34]。

體液免疫是動(dòng)物免疫系統(tǒng)的重要組成部分，也是保障動(dòng)物健康的重要屏障。研究顯示，乳酸菌可能是通過提高血液中總蛋白、白蛋白、Ig和葡萄糖含量，降低尿素氮和總膽固醇含量來調(diào)節(jié)豬的體液免疫。

2.3 乳酸菌對(duì)腸道黏膜免疫的調(diào)節(jié)作用

2.3.1 乳酸菌對(duì)豬腸道黏膜免疫功能的影響

腸道屏障是腸黏膜免疫系統(tǒng)的重要組成部分，乳酸菌可通過影響豬的腸道屏障來調(diào)節(jié)其免疫功能。腸道屏障主要包括物理屏障、化學(xué)屏障、微生物屏障及免疫屏障4部分[35]。物理屏障主要由腸上皮細(xì)胞之間的緊密連接及其連接結(jié)構(gòu)構(gòu)成，是腸上皮細(xì)胞維持適宜通透性及發(fā)揮其屏障功能的基礎(chǔ)[36]。鼠李糖乳桿菌GG等益生菌能顯著降低仔豬血清內(nèi)毒素和D-乳酸含量，提高緊密連接蛋白的表達(dá)，降低腸道通透性，從而提高仔豬腸道物理屏障功能[37-41]。化學(xué)屏障是腸道的動(dòng)態(tài)防御屏障，主要由腸道內(nèi)的消化酶、杯狀細(xì)胞分泌的黏蛋白等形成的黏液層構(gòu)成[42]。研究表明，發(fā)酵乳酸桿菌I5007可提高斷奶仔豬腸道黏蛋白-2(MUC-2)和黏蛋白-3(MUC-3)的表達(dá)，從而提高仔豬的化學(xué)屏障功能[43]。微生物屏障主要由動(dòng)物腸道內(nèi)的菌群構(gòu)成。羅伊氏乳桿菌KT260178通過增加仔豬盲腸乳酸菌和雙歧桿菌等有益菌的數(shù)量，減少大腸桿菌和葡萄球菌的數(shù)量，來調(diào)節(jié)仔豬腸道菌群平衡[44]；德氏乳桿菌可提高雙歧桿菌和乳酸桿菌的相對(duì)豐度，降低梭狀芽胞桿菌的相對(duì)豐度，調(diào)節(jié)仔豬盲腸菌群結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)其微生物屏障功能[45]。腸道免疫屏障是腸道黏膜免疫系統(tǒng)的第1道防線，主要由腸道內(nèi)的淋巴組織、彌散免疫細(xì)胞、細(xì)胞因子及SIgA等構(gòu)成。乳酸菌可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的分泌來調(diào)節(jié)腸道免疫屏障功能，如植物乳桿菌ZLP001可抑制ETEC誘導(dǎo)的豬小腸上皮細(xì)胞(IPEC)-J2細(xì)胞中IL-6、IL-8和TNF-α分泌增加的現(xiàn)象[46]；唾液乳桿菌B1可增強(qiáng)仔豬腸道TNF-α、IFN-γ、IL-6、TLR-2基因的表達(dá)[47]，我們實(shí)驗(yàn)室前期研究結(jié)果也證實(shí)，新生仔豬灌喂植物乳桿菌299或羅伊氏乳桿菌I5007，可以顯著提高腸道TLR-2、TLR-9和豬β防御素-2的基因表達(dá)，從而提高豬腸道免疫屏障功能[16,48]。SIgA是腸道免疫屏障中的重要效應(yīng)因子，具有免疫清除、減少病原微生物定植、中和毒素及病毒等作用[49-51]。報(bào)道證實(shí)，乳酸菌能調(diào)節(jié)影響腸道中SIgA的分泌，仔豬飼糧中添加植物乳桿菌、羅伊氏乳桿菌、鼠李糖乳桿菌GG等益生菌，均可顯著提高小腸黏膜中SIgA含量[38,52-53]，約氏乳桿菌BS15可顯著提高仔豬糞便SIgA含量[13]，從而增強(qiáng)豬的腸道免疫功能。

綜上所述，乳酸菌可通過調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的發(fā)育、調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的分泌、提高緊密連接蛋白和黏蛋白的表達(dá)等途徑調(diào)節(jié)豬腸道屏障，進(jìn)而提高其腸道免疫功能。此外，SIgA是反映動(dòng)物腸道黏膜免疫水平的重要指標(biāo)，乳酸菌在豬腸道定植后可引發(fā)特異性免疫反應(yīng)，從而促進(jìn)SIgA的分泌，提高豬的腸道黏膜免疫水平。

2.3.2 乳酸菌對(duì)腸道黏膜免疫的影響機(jī)制

乳酸菌主要通過影響p38絲裂原激活蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinases，p38 MAPK)或肌球蛋白輕鏈激酶(myosin light chain kinase，MLCK)信號(hào)通路調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達(dá)，進(jìn)而改善腸道通透性，調(diào)節(jié)機(jī)體的腸道黏膜免疫力。羅伊氏乳桿菌LR1可增強(qiáng)IPEC-1緊密連接蛋白的表達(dá)，加入MLCK抑制劑后，羅伊氏乳桿菌LR1對(duì)緊密連接蛋白表達(dá)的增強(qiáng)作用受到抑制[54]，說明羅伊氏乳桿菌LR1對(duì)緊密連接蛋白表達(dá)的增強(qiáng)作用是通過MLCK通路實(shí)現(xiàn)的。此外，核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)及MAPK通路也在腸道炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)過程中發(fā)揮著重要調(diào)節(jié)作用[55-56]。NF-κB通路對(duì)參與免疫反應(yīng)啟動(dòng)的IL-1、TNF-α、IL-2和IL-6等促炎因子及免疫介質(zhì)具有調(diào)控作用，同時(shí)，TNF-α、IL-1等又能反饋調(diào)節(jié)NF-κB通路，從而調(diào)節(jié)其他細(xì)胞因子的分泌，引起級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)，進(jìn)一步增強(qiáng)動(dòng)物的免疫力[57]。Yang等[58]研究表明，植物乳桿菌對(duì)ETEC K88誘導(dǎo)的IL-1α、IL-6、IL-8和TNF-α的表達(dá)增強(qiáng)及抗炎細(xì)胞因子PPAR-γ的表達(dá)減弱的抑制作用可能是通過MAPK和NF-κB信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的。還有研究發(fā)現(xiàn)，干酪乳桿菌、唾液乳桿菌可提高IL-18、IL-12、IL-1β、IL-8、TNF-α、IFN-γ的mRNA表達(dá)水平以及p38 MAPK和p65 NF-κB蛋白磷酸化水平；加入通路抑制劑后，抑制了干酪乳桿菌、唾液乳桿菌對(duì)細(xì)胞因子表達(dá)水平的增強(qiáng)作用，說明干酪乳桿菌、唾液乳桿菌是通過影響p38 MAPK和p65 NF-κB通路來調(diào)節(jié)細(xì)胞因子水平[59-60]；德氏乳桿菌能顯著增加血清TNF-α以及回腸IL-4和IL-10含量，誘導(dǎo)NF-κB、MAPK和干擾素調(diào)節(jié)因子3(interferon regulatory factor 3，IRF3)信號(hào)激活，從而調(diào)節(jié)仔豬的免疫功能[61]；植物乳桿菌ZLP001可增強(qiáng)斷奶仔豬腸道防御肽(HDP)的mRNA表達(dá)，加入細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)和c-Jun N端激酶(JNK)通路抑制劑后，抑制了植物乳桿菌ZLP001對(duì)HDP表達(dá)的增強(qiáng)作用，說明植物乳桿菌ZLP001是通過影響ERK和JNK通路調(diào)節(jié)HDP的表達(dá)水平[62]。此外，體外試驗(yàn)也表明，乳酸菌可通過抑制脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的p38 MAPK及NF-κB蛋白的磷酸化來降低LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)細(xì)胞因子及趨化因子的表達(dá)[56]。

越來越多的研究表明，乳酸菌在動(dòng)物腸黏膜定植后可通過促進(jìn)緊密連接蛋白的表達(dá)、調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的分泌等途徑來增強(qiáng)腸道黏膜免疫力(圖1)。乳酸菌增強(qiáng)動(dòng)物腸道黏膜免疫力的途徑主要有：1)乳酸菌激活MLCK和MAPK通路來調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達(dá)并調(diào)節(jié)腸道通透性，進(jìn)而調(diào)節(jié)動(dòng)物的腸道黏膜免疫；2)乳酸菌激活MAPK和NF-κB通路來調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的分泌和表達(dá)，從而調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)；3)乳酸菌通過調(diào)節(jié)SIgA的分泌調(diào)節(jié)腸道黏膜免疫反應(yīng)。

MLCK：肌球蛋白輕鏈激酶 myosin light-chain kinase；NF-κB：核因子-κB nuclear factor-kappa B；MLC：肌球蛋白輕鏈 myosin light chain kinase；TJ：緊密連接蛋白 tight junction protein；MAPK：絲裂原活化蛋白激酶 mitogen-activated protein kinases；MAPKK：MAPK激酶 mitogen-activated protein kinases kinase；MAPKKK：MAPKK激酶：mitogen-activated protein kinases kinase kinase；IKK：IκB激酶 IκB kinase；TNF-α：腫瘤壞死因子-α tumor necrosis factor-alpha；IL：白細(xì)胞介素 interleukin；IFN-γ：干擾素-γ interferon-γ。圖1 乳酸菌對(duì)腸道黏膜免疫的影響機(jī)制Fig.1 Effect mechanism of lactic acid bacteria on intestinal mucosal immune

3 小 結(jié)

乳酸菌對(duì)豬的胃腸道環(huán)境具有較強(qiáng)的耐受性及黏附性，能夠在其消化道內(nèi)定植并形成一層穩(wěn)定的生物屏障，降低致病菌在豬胃腸道的定植率，進(jìn)而改善豬的腸道健康狀況。給豬補(bǔ)充外源乳酸菌，在維持豬腸道菌群平衡、保證腸道結(jié)構(gòu)完整性、改善腸黏膜免疫功能、促進(jìn)免疫細(xì)胞的生長發(fā)育、調(diào)節(jié)體液免疫等方面具有重要作用。乳酸菌作為一種重要的益生菌來源，對(duì)促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展具有重要的作用。因此，未來需對(duì)乳酸菌在動(dòng)物胃腸道的定植及其影響動(dòng)物免疫功能的具體機(jī)制作更為深入的研究，為益生菌在養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用提供理論依據(jù)。