動(dòng)物腸道黏膜抗菌肽維持微生物區(qū)系平衡機(jī)制探討

鄒 清全禮明

（1.重慶市潼南區(qū)塘壩鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站，重慶　402678；2.重慶市潼南區(qū)玉溪鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站，重慶　402674）

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動(dòng)物腸道黏膜抗菌肽維持微生物區(qū)系平衡機(jī)制探討

鄒 清1全禮明2

（1.重慶市潼南區(qū)塘壩鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站，重慶402678；2.重慶市潼南區(qū)玉溪鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站，重慶402674）

腸道微生物作為宿主的共生生物，能改善消化、吸收、合成維生素以及抑制病原菌的生長(zhǎng)。同時(shí)宿主通過(guò)控制腸道微生物數(shù)量、組成及分布來(lái)維持腸道微生物的動(dòng)態(tài)平衡。在此過(guò)程中，與微生物菌群相互作用的腸上皮細(xì)胞發(fā)揮了極其重要的作用。宿主腸道免疫防御系統(tǒng)產(chǎn)生的一類(lèi)對(duì)抗外源性病原體致病作用的防御性肽類(lèi)活性物質(zhì)，稱(chēng)為抗菌肽。在腸道內(nèi)最有代表性的抗菌肽是防御素、C 型凝集素、核糖核酸酶和 S100 蛋白，在調(diào)節(jié)腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)與腸黏膜屏障的動(dòng)態(tài)平衡中發(fā)揮著重要作用。

1　動(dòng)物消化道微生物概述

動(dòng)物腸道微生物菌群組成復(fù)雜，主要包含細(xì)菌，也包括一些真核生物、病毒和古細(xì)菌。在正常情況下，動(dòng)物腸道內(nèi)大約含有200 種正常菌群，每克腸道內(nèi)容物含 109個(gè)細(xì)菌以上，主要以厭氧菌為主。其數(shù)量和種類(lèi)可隨動(dòng)物種類(lèi)、年齡、飼料、抗菌物質(zhì)、環(huán)境、疾病等因素變動(dòng)，在同一動(dòng)物的不同消化道中也有差異。正常情況下，消化道微生物的種類(lèi)、數(shù)量、定植部位相對(duì)穩(wěn)定。微生物之間及微生物與宿主之間處于互惠共生、相互制約的動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，微生物具有營(yíng)養(yǎng)、提高免疫力、拮抗等作用。一旦平衡被破壞，菌群失調(diào)，則可能引起動(dòng)物生產(chǎn)能力的降低，甚至產(chǎn)生疾病。

2　常駐微生物和上皮屏障功能之間的關(guān)系

腸道上皮屏障構(gòu)成宿主抵御微生物和有害物質(zhì)的第 1 道防線，采用不同的保護(hù)機(jī)制，形成錯(cuò)綜復(fù)雜的固有免疫措施網(wǎng)絡(luò)。腸上皮細(xì)胞利用模式識(shí)別受體來(lái)監(jiān)測(cè)固有腸道菌群，通過(guò)病原相關(guān)分子模式或微生物相關(guān)分子模式來(lái)識(shí)別微生物。研究發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)腸道菌群的 MAMP/PAMP-PRR 對(duì)于腸道屏障功能至關(guān)重要。當(dāng)受到各自配體的刺激時(shí)，PRR 誘導(dǎo)第 1 道防線發(fā)揮快速、連續(xù)的防御措施。這些防御措施包括抗菌肽、協(xié)調(diào)信號(hào)分子以及黏蛋白的產(chǎn)生和釋放。激活的防御措施旨在消除潛在的危險(xiǎn)，并且引導(dǎo)后續(xù)的趨化因子調(diào)解的急性炎癥細(xì)胞的補(bǔ)充和進(jìn)一步促進(jìn)NF-κB 介導(dǎo)的反應(yīng)。近年來(lái)，對(duì)特定PRR 功能以及總體腸道固有識(shí)別機(jī)制的研究促進(jìn)了對(duì)防御屏障的認(rèn)識(shí)。研究熱點(diǎn)也由此從短時(shí)間內(nèi)對(duì)病原體的免疫反應(yīng)轉(zhuǎn)移到共生微生物的可持續(xù)動(dòng)態(tài)平衡。顯然，在這個(gè)結(jié)構(gòu)體系中，PRR 必須允許一定量的腸道菌群的存在，以避免持續(xù)的過(guò)度激活。保持低活性的機(jī)制是限制 P RR 的表達(dá)。此外，在小腸上皮中發(fā)現(xiàn) PRR的選擇性表達(dá)通過(guò)細(xì)胞內(nèi)胞壁酰二肽傳感的NOD2 進(jìn) 行，主要位于潘氏細(xì)胞內(nèi)。抑制 PRR 介導(dǎo)的炎癥信號(hào)的第 2 個(gè)重要因素是腸黏液層的存在。小腸上皮被單一的獨(dú)立黏液層所覆蓋，而結(jié)腸有 2 個(gè)明顯的黏液區(qū)，內(nèi)層附著而外層低密度區(qū)域保持游離。在結(jié)腸內(nèi)，外在的黏液層構(gòu)成共生微生物的棲息地，而內(nèi)在的黏液層是一個(gè)無(wú)菌的密封層。這種黏液層不僅是物理屏蔽，它還能保留上皮細(xì)胞產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)，從而組成防止微生物附著和入侵的第 1道防線。因此，通過(guò) PRR 監(jiān)測(cè)腸道菌群，腸道上皮細(xì)胞迅速而有效地表達(dá)抗菌肽、協(xié)調(diào)信號(hào)分子、黏蛋白，以抵御外來(lái)病原微生物，防止腸道微生物菌群的失調(diào)和易位，同時(shí)腸道菌群的平衡和黏液層的存在調(diào)節(jié) PPR 的活性，使細(xì)胞因子及其他促炎癥因子維持在正常的低水平狀態(tài)，從而使常駐微生物和上皮屏障功能之間的平衡得以維持。如果某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，如抗菌肽或黏蛋白的表達(dá)減少，便會(huì)使菌群失調(diào)或易位，上皮屏障功能失效，并引起相應(yīng)的疾病。

3　腸道抗菌肽防御素與微生物動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系

腸上皮細(xì)胞針對(duì)細(xì)菌、病毒、原生動(dòng)物和真菌產(chǎn)生特定的防御物質(zhì)，防御素是其中一種。腸道防御素是一類(lèi)富含半胱氨酸殘基的低分子質(zhì)量的內(nèi)源性抗菌肽，包括α- 防御素、β-防御素和θ-防御素，其轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)和分泌依賴(lài)于 PRR。防御素除了能直接殺死病原體外，還可以調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫反應(yīng)。PC 位于腸腺底部，能合成和分泌多種抗菌效應(yīng)分子，其中就包括小腸 PC 防御素。

4　α-防御素在腸道內(nèi)的作用

5　小結(jié)

用營(yíng)養(yǎng)學(xué)方法調(diào)控腸道微生物區(qū)系，預(yù)防消化道微生物區(qū)系平衡的破壞而帶來(lái)的一系列疾病，無(wú)疑符合于治“未病”這一理念，也體現(xiàn)動(dòng)物疾病控制中“防重于治”這一方針?？咕氖强刂颇c道菌群的關(guān)鍵，一旦產(chǎn)生和分泌異常，可能導(dǎo)致由細(xì)菌引起的消化道等疾病。除了直接殺滅病原體、調(diào)節(jié)腸道菌群，抗菌肽還有調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫應(yīng)答的作用?？咕?、腸道菌群、先天免疫信號(hào)、上皮細(xì)胞增殖途徑之間的相互作用極其復(fù)雜。腸道中抗菌功能的紊亂會(huì)影響屏障功能的有效性并可能促進(jìn)微生物菌群的變化。此外，腸道菌群成分的改變可以影響上皮防御，并使其變得不穩(wěn)定。對(duì)腸上皮的宿主 - 微生物相互作用的進(jìn)一步研究有助于我們更好地理解這些現(xiàn)象，并有望獲得改善動(dòng)物腸道健康與提高生產(chǎn)性能的新對(duì)策。弄清抗菌肽合成和釋放的機(jī)制后，通過(guò)用其各自最敏感的微生物感染，我們或許可以找到如何通過(guò)動(dòng)物高效生產(chǎn)抗菌肽的方法，以解決生物化學(xué)合成肽類(lèi)成本高的問(wèn)題，使抗菌肽廣泛運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐及臨床疾病治療。

α-防御素的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特征包括：（1）由 32～36 個(gè)氨基酸殘基組成；（2）分子內(nèi)含有 6 個(gè)保守的半胱氨酸形成的 3 對(duì)二硫鍵，形成穩(wěn)定的反向平行的 3 股 β-折疊片結(jié)構(gòu)域；（3）具有一個(gè) 3 ～ 4 ku的保守雙親性結(jié)構(gòu)，帶有陽(yáng)離子和疏水性殘基。小腸 α-防御素對(duì)腸道微生物的調(diào)節(jié)主要依賴(lài)于其廣譜、高效的抗微生物活性，在腸隱窩和腸腔中發(fā)揮作用。小腸通過(guò)感知腸道有害細(xì)菌后釋放 α-防御素。α-防御素在腸隱窩內(nèi)維持一定濃度，從而保護(hù)鄰近的細(xì)胞免受腸道細(xì)菌侵襲。與此同時(shí)，α-防御素選擇性地殺滅腸道內(nèi)的微生物。