益生菌調(diào)節(jié)腸道上皮屏障功能及作用機(jī)制

高 侃 汪海峰* 章文明 劉建新*

(1.浙江農(nóng)林大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，臨安 311300;2.浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，生物飼料安全與污染防控國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，杭州 310058)

腸道是一個(gè)具有多樣性的微環(huán)境，這其中生長(zhǎng)有超過(guò)500多種細(xì)菌。單層上皮細(xì)胞將共生的微生物和病原菌與下層的免疫細(xì)胞分割構(gòu)成腸道屏障，所以腸道上皮屏障是阻止感染和炎癥的防御機(jī)制的主要成分。益生菌是一類(lèi)對(duì)宿主有益的微生物，能夠減輕或者阻止疾病的發(fā)生，例如腹瀉、腸易激綜合征、炎癥性腸病等［1］。益生菌與腸道上皮屏障的相互作用機(jī)制的研究對(duì)開(kāi)發(fā)利用益生菌具有重要意義。國(guó)內(nèi)外研究顯示，益生菌通過(guò)增強(qiáng)腸道屏障、調(diào)節(jié)免疫、競(jìng)爭(zhēng)性黏附黏膜等發(fā)揮益生性功能作用，但是其調(diào)節(jié)腸道屏障的功能作用及機(jī)制仍然不完全明晰。本文擬從腸道上皮屏障及微生態(tài)系統(tǒng)組成、益生菌增強(qiáng)腸道上皮屏障功能作用、微生物與腸道上皮之間的相互作用及機(jī)制3個(gè)主要方面展開(kāi)綜述，旨在分析益生菌對(duì)腸道上皮屏障功能的調(diào)節(jié)作用及其作用機(jī)制。

1 腸道上皮屏障及微生態(tài)系統(tǒng)組成

1.1 腸道上皮細(xì)胞(IECs)

IECs被認(rèn)為是胃腸道中的免疫“哨兵”，在維持宿主先天和適應(yīng)性腸道黏膜免疫系統(tǒng)中起著重要的作用。IECs是宿主防御病原菌入侵或者致炎性物質(zhì)刺激的第1道防線(xiàn)，通過(guò)產(chǎn)生大量細(xì)胞因子和趨化因子使分散在其周?chē)拿庖呒?xì)胞發(fā)揮免疫作用。IECs與腸道微生物菌群直接接觸，病原菌產(chǎn)生的炎癥反應(yīng)要比腸道中共生細(xì)菌產(chǎn)生的炎癥反應(yīng)劇烈的多［2］。但是有報(bào)道稱(chēng)，IECs對(duì)于一些不致病的共生細(xì)菌也會(huì)產(chǎn)生過(guò)度的炎癥反應(yīng)［3］，對(duì)一些共生細(xì)菌如鼠李糖乳桿菌(Lactobacillus rhamnosus)、大腸桿菌(Escherichia coli)、乳雙歧桿菌(Bifidobacterium lactis)等會(huì)產(chǎn)生炎癥細(xì)胞因子［白細(xì)胞介素-1(IL-1)、白細(xì)胞介素-8(IL-8)、腫瘤壞死因子 -α(TNF-α)等］或者趨化因子［CC 亞家族配體20(CCL20)］等［4］。

腸道上皮細(xì)胞通過(guò)適應(yīng)機(jī)制來(lái)限制細(xì)菌的生長(zhǎng)，減少與細(xì)菌的直接接觸以及防止細(xì)菌進(jìn)入黏膜下層組織來(lái)防止自身產(chǎn)生過(guò)度的炎癥反應(yīng)。破壞這層細(xì)胞屏障會(huì)導(dǎo)致機(jī)體對(duì)微生物菌群的免疫耐受能力下降，產(chǎn)生異常的免疫反應(yīng)，甚至?xí)l(fā)炎癥性腸病、潰瘍性結(jié)腸炎等［1］。單層上皮細(xì)胞將共生的微生物、病原菌和杯狀細(xì)胞分泌的黏液與下層的免疫細(xì)胞分割構(gòu)成腸道屏障(圖1)，所以腸道上皮屏障是阻止感染和炎癥的主要防御機(jī)制。

圖1 腸道屏障示意圖Fig.1 Schematic diagram of intestinal tract barrier［5］

1.2 腸道微生物菌群

動(dòng)物腸道是一個(gè)具有生物多樣性的微環(huán)境，其中生長(zhǎng)著幾百種細(xì)菌、古生菌以及真菌，不同微生物菌群之間的交互作用形成腸道微生物穩(wěn)態(tài)。腸道微生物菌群在腸道新陳代謝、腸道上皮細(xì)胞功能、免疫系統(tǒng)以及炎癥反應(yīng)信號(hào)通路等方面發(fā)揮著重要的作用。一般正常動(dòng)物體內(nèi)腸道微生物菌群組成相對(duì)恒定，而當(dāng)機(jī)體處于外環(huán)境變化或者接受抗生素治療時(shí)，動(dòng)物體內(nèi)腸道微生物菌群組成會(huì)發(fā)生改變。一些疾病的發(fā)生常伴隨腸道微生物菌群失調(diào)，如腸易激綜合征、炎癥性腸病、結(jié)腸癌、酒精肝以及肥胖和其他代謝失調(diào)［6-7］?；加袧冃越Y(jié)腸炎等疾病的個(gè)體與健康個(gè)體相比，腸道微生物菌群的多樣性減少，但是其機(jī)制仍然不完全清楚［8］。

益生菌為腸道微生物重要組成部分，在腸道中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用?；诩?xì)菌培養(yǎng)技術(shù)和分子生物學(xué)檢測(cè)技術(shù)證明益生菌能夠改變動(dòng)物腸道微生物菌群的組成。尼氏大腸桿菌(Escherichia coli Nissle 1917，EcN)是一種常用的益生菌，普遍用于治療腸道感染疾病，?majs等［8］用EcN飼喂母豬2周后檢測(cè)腸道微生物菌群組成變化，結(jié)果顯示與沒(méi)有飼喂EcN母豬腸道微生物菌群組成相比較，服用EcN的母豬腸道大腸桿菌菌群多樣性減少。

1.3 益生菌

根據(jù)定義，益生菌的概念源于希臘語(yǔ)“對(duì)生命有益的細(xì)菌”，益生菌通常是定植于動(dòng)物腸道、生殖系統(tǒng)內(nèi)，能產(chǎn)生確切健康功效的活性有益微生物(細(xì)菌或者酵母)的總稱(chēng)。常見(jiàn)的益生菌包括乳酸桿菌屬(Lactobacillus)、雙歧桿菌屬(Bifidobacteria)、鏈球菌屬(Streptococcus)以及少部分大腸桿菌等。一些乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)和腸球菌(Enterococcus)也常被使用。益生菌主要從健康的個(gè)體中分離得到，除了對(duì)宿主有益，和共生腸道微生物菌群沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。益生菌發(fā)揮功能的機(jī)制包括對(duì)免疫功能進(jìn)行調(diào)節(jié)、對(duì)共生細(xì)菌和病原菌發(fā)揮直接干預(yù)作用而阻止機(jī)體感染、對(duì)腸道穩(wěn)態(tài)的修復(fù)以及致病性毒素的降解［9］。乳酸桿菌處理過(guò)的豬腸道上皮細(xì)胞通過(guò)Toll樣受體4(TLR4)介導(dǎo)產(chǎn)生的白細(xì)胞介素-6(IL-6)、IL-8表達(dá)量與未用乳酸桿菌處理的細(xì)胞的IL-6、IL-8表達(dá)量比較相對(duì)降低，顯示乳酸桿菌發(fā)揮免疫保護(hù)作用［10］。對(duì)于病毒感染過(guò)的無(wú)菌豬產(chǎn)生的炎癥反應(yīng)，乳酸桿菌能夠通過(guò)調(diào)節(jié)致炎性細(xì)胞因子和抗炎性細(xì)胞因子的相對(duì)水平達(dá)到維持體內(nèi)免疫平衡狀態(tài)［11］。

2 益生菌增強(qiáng)腸道上皮屏障功能的作用

2.1 促進(jìn)黏液層的形成

在腸道組織結(jié)構(gòu)中，杯狀細(xì)胞分布于整個(gè)腸道(圖2)。杯狀細(xì)胞能夠分泌黏蛋白，高度糖基化的黏蛋白分布于細(xì)胞膜或者分泌進(jìn)腸腔中形成一層黏液層。在18種糖基化黏蛋白中，黏蛋白2(MUC2)是一類(lèi)主要存在于腸道黏膜的糖基化黏蛋白。MUC2的N端和C端沒(méi)有被糖基化，中間的半胱氨酸殘基處高度糖基化，多糖基團(tuán)具有抑制蛋白質(zhì)降解的作用，同時(shí)可以提高親水性，通過(guò)二硫鍵的連接構(gòu)成了黏液層的骨架。黏液層能夠保護(hù)腸道上皮細(xì)胞免受病原微生物的侵襲，同時(shí)是腸道蠕動(dòng)的潤(rùn)滑劑。黏蛋白能夠與腸道上皮細(xì)胞表面的糖基結(jié)合構(gòu)成黏液層的下層，直接與黏膜接觸，而上層則相對(duì)疏松。黏液層的厚度從50μm到800μm不等，在30μm厚度的區(qū)域是離上皮細(xì)胞最近的無(wú)菌區(qū)域(圖1)。綜上所述，黏液層是腸道屏障的第1道防線(xiàn)，病原微生物必須先突破黏液層才能到達(dá)上皮細(xì)胞。經(jīng)過(guò)不斷的進(jìn)化，微生物形成了多種方法降解黏液層達(dá)到入侵上皮細(xì)胞的目的，比如幽門(mén)螺桿菌能夠切斷二硫鍵，綠膿桿菌(P.aeruginosa)和阿米巴蟲(chóng)具有蛋白酶能夠分解黏蛋白，一些微生物還具有糖苷酶功能，能夠分解糖苷鍵等。當(dāng)腸道某區(qū)域發(fā)生炎癥反應(yīng)，那么該區(qū)域的黏液層會(huì)變薄，使病原微生物入侵上皮細(xì)胞變得更加容易。

圖2 益生菌與腸道上皮屏障作用機(jī)制示意圖Fig.2 Schematic diagram of mechanism between probiotics and intestinal epithelial barrier［12］

益生菌能夠通過(guò)增加黏蛋白的分泌量來(lái)增強(qiáng)腸道屏障功能，阻止病原微生物的侵襲。一些研究顯示，某些乳酸桿菌能夠黏附在Caco-2細(xì)胞或者HT29細(xì)胞表面增加黏蛋白MUC2分泌量，阻止大腸桿菌的入侵和黏附［13］，但也有研究顯示，嗜酸乳桿菌(Lactobacillus acidophilus)不需要黏附在HT29細(xì)胞表面就可以有效增加MUC2的分泌量［14］。由于體內(nèi)試驗(yàn)研究較少，體內(nèi)的研究結(jié)果并不一致，用益生菌制劑VSL#3飼喂小鼠14 d發(fā)現(xiàn)沒(méi)有改變黏蛋白分泌量和黏液層厚度［15］，而另一研究用相同劑量的VSL#3飼喂小鼠7 d MUC2表達(dá)量就增加了60倍［16］。因此，益生菌是否在體內(nèi)試驗(yàn)中有效增加黏蛋白分泌和增加黏液層厚度還需要進(jìn)一步的研究證明。

2.2 分泌抗菌因子

在腸道抗菌多肽中有2大類(lèi)家族，抗菌肽和防御素(圖2)。腸道上皮細(xì)胞在受到病原微生物入侵時(shí)能夠連續(xù)分泌α-螺旋抗菌多肽。防御素進(jìn)一步可以分類(lèi)成主要由小腸潘氏細(xì)胞合成分泌的α-防御素和由腸道上皮細(xì)胞分泌的β-防御素。β-防御素具有抗菌功能，能夠阻止病原微生物如細(xì)菌、真菌和一些病毒入侵上皮細(xì)胞。益生菌不僅可以提高腸道上皮合成和分泌抗菌肽和防御素，還可以通過(guò)產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFA)或者細(xì)菌素直接阻止病原體生長(zhǎng)。益生菌合成分泌的抗菌因子可以看作是腸道上皮屏障的重要組成部分，尤其是一些能夠抑制或者殺死病原體的抗菌因子。有體外試驗(yàn)研究表明，乳酸桿菌能夠通過(guò)分泌乙酸和乳酸降低pH，從而抑制大腸桿菌等病原體的生長(zhǎng)繁殖［17］。SCFA能夠破壞革蘭氏陰性菌病原體如腸出血性大腸桿菌、綠膿桿菌和沙門(mén)桿菌(S.typhimurium)等的外層細(xì)胞膜從而殺死病原體，SCFA的穿透能力能夠輔助其他抗菌因子更加容易地進(jìn)入病原體細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮抗菌作用。細(xì)菌素是一類(lèi)可以由益生菌或者共生微生物合成分泌的多肽，能夠殺死細(xì)菌或者抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。細(xì)菌素不僅能夠穿透革蘭氏陰性菌的細(xì)胞膜內(nèi)層，還可以干擾細(xì)菌的細(xì)胞壁合成，唾液乳桿菌(L.salivarius)能夠合成分泌細(xì)菌素ABP-118抑制芽孢桿菌屬(Bacillus)、利斯特菌屬(Listeria)、腸球菌屬(Enterococcus)和葡萄球菌屬(Staphylococcus)等的生長(zhǎng)繁殖，而大部分乳酸桿菌的生長(zhǎng)不受其抑制，說(shuō)明細(xì)菌素ABP-118對(duì)于腸道微生物定植具有選擇性以及限制病原微生物的生長(zhǎng)繁殖［18］。

2.3 促進(jìn)腸道分泌型免疫球蛋白 A(sIgA)的分泌

在腸道黏液中存在有大約80%的漿細(xì)胞，同時(shí)腸道黏液中的免疫球蛋白A(IgA)比其他部位多(圖2)，派爾集合淋巴結(jié)是主要的IgA生成部位。免疫球蛋白M(IgM)的B細(xì)胞聚集到派爾集合淋巴結(jié)中受到T細(xì)胞和樹(shù)突細(xì)胞激活增殖，IL-6、白細(xì)胞介素-10(IL-10)和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)使IgM的B細(xì)胞轉(zhuǎn)換成能夠生成IgA的B細(xì)胞，最終B細(xì)胞分化成IgA漿細(xì)胞。IgA二聚體通過(guò)腸道上皮細(xì)胞上的免疫球蛋白受體被分泌到腸腔中，即sIgA。IgG和IgA都存在于腸道黏液中，IgA被認(rèn)為是黏液免疫反應(yīng)中最主要的一類(lèi)抗體，IgG則被認(rèn)為是在外來(lái)抗原的黏液免疫反應(yīng)中起到了重要的作用［19］。

在腸道屏障的黏液層中，sIgA通過(guò)與病原微生物的表面抗原結(jié)合來(lái)保護(hù)腸道上皮細(xì)胞不受微生物侵襲。sIgA包裹病原微生物后形成一層親水性的膜，能被腸道上皮細(xì)胞上的多糖黏蛋白所排斥。IgA與抗原結(jié)合形成的復(fù)合體還能結(jié)合到一些免疫細(xì)胞(如中性粒細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、單核細(xì)胞以及巨噬細(xì)胞等)的人 IgA Fc受體 FcαRI(CD89)上，受體被激活后能夠使免疫細(xì)胞發(fā)揮抗菌作用，包括細(xì)胞毒性作用、吞噬作用和生成抗菌性過(guò)氧化物等，根據(jù)細(xì)胞種類(lèi)的不同以及IgA配體的不同還能激活抗炎性信號(hào)通路或者致炎性信號(hào)通路［20］。免疫排斥功能不僅能保護(hù)腸道上皮細(xì)胞免受病原微生物的侵襲，同時(shí)還能維持腸道微生物菌群的穩(wěn)態(tài)［21］。

研究表明，當(dāng)腸道上皮受到病原微生物侵襲時(shí)，益生菌能提高機(jī)體產(chǎn)生病原體特異性和非特異性的sIgA，但是并沒(méi)有提高益生菌特異性的sIgA的分泌量，當(dāng)用酪乳桿菌(L.casei)飼喂小鼠之后，IgA和IL-6的分泌量增加，但并不產(chǎn)生對(duì)益生菌酪乳桿菌特異性的抗體，表明腸道免疫系統(tǒng)對(duì)于益生菌沒(méi)有特異性［22］。不是所有的益生菌在sIgA表達(dá)方面都具有一樣的效果，益生菌鼠李糖乳桿菌和乳雙歧桿菌混合物并沒(méi)有引起小鼠腸道sIgA分泌量的增高，而當(dāng)小鼠用益生元或者合生元飼喂后卻引起sIgA的分泌量提高［23］，表明刺激物的多樣性能夠增強(qiáng)腸道免疫系統(tǒng)的免疫排斥反應(yīng)。

2.4 競(jìng)爭(zhēng)黏附腸道上皮細(xì)胞

益生菌可以通過(guò)與病原微生物競(jìng)爭(zhēng)性黏附腸道上皮細(xì)胞的結(jié)合位點(diǎn)來(lái)對(duì)抗入侵的病原微生物(圖2)，鼠李糖乳桿菌和嗜酸乳桿菌可以競(jìng)爭(zhēng)性附著于HEp-2細(xì)胞系和T84細(xì)胞系的黏附位點(diǎn)，減少細(xì)胞表面的黏附位點(diǎn)從而阻止如腸致病性大腸埃希菌等病原微生物的入侵［24］。研究顯示，乳酸桿菌的保護(hù)作用能夠通過(guò)熱激失活，但是一些乳酸桿菌的表面蛋白依舊能夠與腸道上皮細(xì)胞結(jié)合。汪海峰等［25］對(duì)于S層蛋白、黏膜結(jié)合蛋白和胞外間質(zhì)黏附的調(diào)節(jié)性表面蛋白等乳酸桿菌表面蛋白結(jié)構(gòu)特征及其在腸道黏附中的作用與機(jī)制做了全面的綜述。研究表明，經(jīng)純化的瑞士乳桿菌(L.helveticus)的表面蛋白能夠阻止腸毒性大腸埃希桿菌對(duì)腸道上皮細(xì)胞的黏附，維持腸道屏障的完整性［26］。

一些乳酸桿菌還能夠直接與沙門(mén)氏菌等病原微生物競(jìng)爭(zhēng)位于Caco-2細(xì)胞表面和黏液層的位點(diǎn)，替換已經(jīng)結(jié)合在黏附位點(diǎn)上的病原微生物［27］，相關(guān)研究顯示，益生菌EcN能夠分泌一種非細(xì)菌素的成分作用于病原微生物或者宿主細(xì)胞來(lái)減弱一些病原微生物的黏附［8］，布拉氏酵母菌(S.boulardii)分泌的一種熱不穩(wěn)定的物質(zhì)能夠降低病原菌在上皮細(xì)胞上的黏附能力［28］，以上表明益生菌能夠通過(guò)多種方式阻止病原微生物黏附于腸道上皮，從而增強(qiáng)腸道屏障功能。

2.5 增進(jìn)緊密連接形成

腸道上皮細(xì)胞的胞間連接，是腸道屏障發(fā)揮功能的基礎(chǔ)。許多成分構(gòu)成了胞間連接復(fù)合體:緊密連接、黏附連接、間隙連接以及細(xì)胞橋粒等(圖3)。腸道上皮細(xì)胞的緊密連接相關(guān)復(fù)合體蛋白包含有胞內(nèi)和細(xì)胞表面蛋白。胞內(nèi)蛋白有ZO-1、ZO-2、ZO-3、Cingulin、7H6、Symplekin 以及ZA-1。膜蛋白包括在緊密連接中發(fā)現(xiàn)的多種跨膜蛋白，如Occludin、Claudin等，用來(lái)連接周?chē)哪c道上皮細(xì)胞組成緊密連接。

圖3 細(xì)胞間緊密連接示意圖Fig.3 Schematic diagram of intercellular junction［29］

病原微生物通過(guò)各種毒力因子攻擊緊密連接蛋白入侵腸道屏障。大腸桿菌通過(guò)將Occludin蛋白從緊密連接處轉(zhuǎn)移至胞質(zhì)內(nèi)從而摧毀緊密連接。梭狀芽胞桿菌(C.difficile)的毒力因子A和B通過(guò)溶解蛋白Occludin、ZO-1、ZO-2進(jìn)入腸道屏障。一種從霍亂弧菌提取的Zonulin蛋白通過(guò)與細(xì)胞膜受體結(jié)合后分解胞內(nèi)的緊密連接。Zonulin蛋白的失調(diào)在許多疾病中都出現(xiàn)，導(dǎo)致細(xì)胞間連接不完整引起病原微生物的侵襲感染［30］。

益生菌通過(guò)提高緊密連接蛋白的表達(dá)量實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)腸道上皮的屏障功能。Dai等［31］在蛋白水平的研究顯示，益生菌VSL#3能夠通過(guò)激活p38和胞外信號(hào)調(diào)劑激酶(ERK)信號(hào)分子通路保護(hù)腸道上皮屏障，提高緊密連接蛋白的表達(dá)量增強(qiáng)腸道上皮屏障功能。Resta-Lenert等［32］研究表明，嗜熱乳酸鏈球菌(Streptococcus thermophilus)和嗜酸乳桿菌能夠激活 p38、ERK、c-Jun氨基末端激酶(JNK)、磷酸肌醇3激酶(PI3K)信號(hào)分子通路，提高ZO-1和Occludin蛋白磷酸化表達(dá)量，增強(qiáng)HT-29細(xì)胞和Caco-2細(xì)胞的屏障功能，這與Dai等［31］研究結(jié)果相一致?；蛩降难芯匡@示，植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)MB452能夠改變腸上皮細(xì)胞緊密連接相關(guān)基因的表達(dá)量，如編碼Occludin和細(xì)胞骨架的基因［33］。同樣有報(bào)道稱(chēng)EcN能提高腸道上皮細(xì)胞的緊密連接蛋白表達(dá)，Ukena等［34］用EcN飼喂小鼠后ZO-1的mRNA表達(dá)量和蛋白表達(dá)量都相應(yīng)上升，同時(shí)修復(fù)腸道黏膜層增強(qiáng)上皮屏障功能。

益生菌在腸道中還有其他的免疫調(diào)控效應(yīng)，包括增強(qiáng)樹(shù)突細(xì)胞和T細(xì)胞免疫功能，阻止致炎性細(xì)胞因子的合成以及增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞的作用［35］。益生菌刺激腸道免疫系統(tǒng)的功能和機(jī)制需要做進(jìn)一步深入研究。

3 微生物與腸道上皮相互作用及機(jī)制

3.1 受體

微生物菌群通過(guò)與黏膜免疫系統(tǒng)交互作用，調(diào)節(jié)腸道上皮與黏膜系統(tǒng)的生長(zhǎng)、存活以及炎癥控制。本課題組章文明等［36］對(duì)腸道上皮細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)相關(guān)受體做了全面的綜述。腸道黏膜具有跨膜或者胞質(zhì)內(nèi)的受體，即模式識(shí)別受體(PRRs)，它們通過(guò)特異性識(shí)別并結(jié)合特異性微生物大分子配體(圖4)。這些配體即是微生物相關(guān)分子模式(MAMPs)，包括脂多糖、鞭毛、肽聚糖以及甲?；嚯?表1)。跨膜PRRs包括外膜和內(nèi)體漿質(zhì)隔室的代表Toll樣受體(TLRs)，以及胞內(nèi)受體的代表核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域NOD樣受體(NLRs)，它們能夠保護(hù)胞質(zhì)內(nèi)隔室。微生物配體與黏膜受體的相互作用使機(jī)體產(chǎn)生免疫耐受，從而使核心微生物菌群可以穩(wěn)定地生長(zhǎng)。益生菌或者共生菌群能夠競(jìng)爭(zhēng)腸道上皮細(xì)胞受體位點(diǎn)，抑制病原微生物黏附，阻止病原微生物在腸道中形成規(guī)模，所以建立一個(gè)由多種原生共生微生物種群構(gòu)成的穩(wěn)定微生物菌群對(duì)宿主是有利的。在中性粒細(xì)胞的表面，跨膜受體屬于甲?；嚯氖荏w(FPRs)，是一類(lèi)高親和力的 PRRs［37］。當(dāng)有對(duì)應(yīng)的MAMP激活FPRs時(shí)，F(xiàn)PRs能夠激活中性粒細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，產(chǎn)生還原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸脫氫酶(NADPH)氧化物依賴(lài)的活性氧以提高嗜菌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性。一些中性粒細(xì)胞的FPRs在IECs上被發(fā)現(xiàn)，表明IECs上的FPRs可能與在吞噬細(xì)胞中的作用相類(lèi)似，維持腸道微生物穩(wěn)態(tài)平衡。

圖4 微生物與腸道上皮相互作用示意圖Fig.4 Schematic diagram of interaction between microbe and intestinal epithelium［38］

表1 模式識(shí)別受體與微生物相關(guān)分子模式Table 1 PRRs and MAMPs［38］

3.2 信號(hào)通路

在腸道黏膜中，PRRs的激活啟動(dòng)調(diào)節(jié)通路，如核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)通路、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路以及細(xì)胞凋亡蛋白酶依賴(lài)的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生各類(lèi)細(xì)胞因子和趨化因子或者引起細(xì)胞凋亡(圖4)。NF-κB被認(rèn)為是在炎癥反應(yīng)中起重要作用的一類(lèi)因子，能夠調(diào)控一些細(xì)胞因子的表達(dá)，如 TNF-α、IL-6、γ-干擾素(IFN-γ)等［39］，MAPK在炎癥反應(yīng)中也發(fā)揮著非常重要的調(diào)節(jié)作用，不同配體與相應(yīng)的PRRs結(jié)合后通過(guò)p38、ERK、JNK的磷酸化來(lái)激活MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生免疫應(yīng)答效應(yīng)，激活的MAPK受各類(lèi)與炎癥反應(yīng)相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)節(jié)，比如細(xì)胞因子以及其基因，通過(guò)NF-κB從胞質(zhì)進(jìn)入核內(nèi)與DNA結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng)，所以抑制NF-κB通路和MAPK通路對(duì)于治療炎癥反應(yīng)是一項(xiàng)有效的措施［39］。

腸道黏膜對(duì)于微生物的轉(zhuǎn)錄應(yīng)答是不同的，一些PRR配體為益生菌或者共生細(xì)菌受體，而腸道黏膜對(duì)于這些細(xì)菌的應(yīng)答并不引起腸道黏膜的炎癥反應(yīng)，這些益生菌或者共生細(xì)菌通過(guò)減輕病原細(xì)菌誘導(dǎo)產(chǎn)生的致炎性免疫因子應(yīng)答反應(yīng)來(lái)發(fā)揮保護(hù)腸道上皮屏障的作用。由病原菌或者其他應(yīng)激信號(hào)引起的炎癥或者細(xì)胞凋亡，是由NF-κB信號(hào)通路和細(xì)胞凋亡蛋白酶依賴(lài)的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)來(lái)控制，大部分益生菌通過(guò)阻止上皮細(xì)胞蛋白酶功能和阻止NF-κB的負(fù)調(diào)節(jié)因子抑制蛋白-κB(IκB)降解，或者通過(guò)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)依賴(lài)的信號(hào)通路將 NF-κB亞基 p65從細(xì)胞核中輸導(dǎo)出來(lái)從而限制 NF-κB通路［39］。益生菌還能夠誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)信號(hào)通路和MMP3K信號(hào)通路，介導(dǎo)抗炎和抗細(xì)胞凋亡作用［11］。細(xì)菌脂蛋白和腸道上皮細(xì)胞Toll樣受體2(TLR2)相互作用能夠激活骨髓分化主要響應(yīng)基因88(Myd88)，隨后集合快速集合死亡域(FADD)激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶8信號(hào)通路發(fā)生細(xì)胞凋亡［40-41］。鞭毛在細(xì)胞凋亡應(yīng)答中起了重要作用，Toll樣受體5(TLR5)和鞭毛相互作用啟動(dòng)促炎反應(yīng)信號(hào)通路和促細(xì)胞凋亡信號(hào)通路，具有鞭毛結(jié)構(gòu)的病原微生物與腸道上皮細(xì)胞接觸，通過(guò)激活TLR5來(lái)啟動(dòng)促炎反應(yīng)的產(chǎn)生，巨噬細(xì)胞利用胞內(nèi)白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)轉(zhuǎn)換酶蛋白酶激活因子(IPAF)或者凋亡抑制蛋白-5(NAIP-5)來(lái)識(shí)別胞質(zhì)內(nèi)鞭毛，應(yīng)答IL-1或者引起細(xì)胞凋亡［42］。

3.3 免疫反應(yīng)及產(chǎn)物

當(dāng)黏膜與微生物相互作用激活PRR，PRR通過(guò)轉(zhuǎn)錄或者轉(zhuǎn)錄后過(guò)程將信號(hào)傳遞進(jìn)胞內(nèi)，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的分子產(chǎn)物(如細(xì)胞因子、趨化因子)或者引導(dǎo)細(xì)胞凋亡反應(yīng)等(圖4)。免疫過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)胞因子分為致炎性細(xì)胞因子如 IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-γ 等和抗炎性細(xì)胞因子如IL-10、白細(xì)胞介素 -15(IL-15)等。致炎性細(xì)胞因子在腸道中的功能主要是引起腸道上皮細(xì)胞產(chǎn)生免疫反應(yīng)，激活腸道屏障中的免疫屏障的各類(lèi)免疫細(xì)胞如樹(shù)突細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等的免疫應(yīng)答。抗炎性細(xì)胞因子在腸道中的功能主要是阻止致炎性細(xì)胞因子引起腸道屏障的破壞和炎癥的發(fā)生。細(xì)胞能對(duì)細(xì)菌的刺激產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，豬腸道上皮細(xì)胞在受到鼠傷寒細(xì)菌感染之后能產(chǎn)生IL-8 和 TNF-α［43］，用內(nèi)毒素刺激腸道上皮細(xì)胞能夠使細(xì)胞產(chǎn)生IL-1β、IL-6、IL-8以及CCL2(CC亞家族配體2)、CCL20等致炎性細(xì)胞因子和趨化因子［39］。IL-10的抗炎作用是通過(guò)抑制NF-κB中的IκB的降解來(lái)影響致炎性細(xì)胞因子的合成，如TNF-α、IL-1β 以及 IL-6［44］，PI3K 通路能夠減少致炎因子如TNF-α、IL-6、IL-8等的表達(dá)，增加抗炎因子IL-10的表達(dá)［45］，可以推測(cè)IL-10在益生菌對(duì)腸道屏障的免疫保護(hù)作用中起到重要的作用。

4 小結(jié)

腸道上皮屏障是阻止病原微生物入侵的第1道防線(xiàn)，益生菌通過(guò)促進(jìn)黏液層的形成、分泌抗菌因子、促進(jìn)腸道sIgA的分泌、競(jìng)爭(zhēng)黏附位點(diǎn)、增進(jìn)緊密連接形成等多種方式來(lái)發(fā)揮益生作用。研究益生菌與腸道上皮屏障相互作用及其機(jī)制，對(duì)提高人與動(dòng)物的腸道健康水平具有重要意義。大量研究表明，益生菌通過(guò)與腸道黏膜免疫系統(tǒng)的交互作用來(lái)增強(qiáng)腸道上皮屏障功能，但益生菌通過(guò)何種具體、全面的機(jī)制發(fā)揮調(diào)節(jié)作用仍然不清楚，有關(guān)益生菌調(diào)節(jié)腸道上皮屏障的作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步的深入研究。作者目前正在從事有關(guān)乳酸桿菌對(duì)腸道上皮細(xì)胞的免疫保護(hù)作用的研究工作，以期闡明乳酸桿菌對(duì)腸道上皮細(xì)胞發(fā)揮免疫保護(hù)作用的機(jī)制。

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