乳酸菌胞外多糖的理化特性及免疫調節機制研究進展

吳彤，房曉彬，閔偉紅，王輯

(吉林農業大學食品科學與工程學院，小麥和玉米深加工國家工程實驗室，長春130118)

0 引言

乳酸菌EPS是指乳酸菌在生長代謝過程中分泌到細胞壁外的黏液多糖或莢膜多糖的總稱[1]。EPS具有多種生理功能，包括增強人體免疫力[2-3]、抑制有害菌黏附[4]、降血壓[5]、抗氧化[6]、抗腫瘤[7]、抗潰瘍[8]、抗病毒[4]和改善腸道微生態環境等[9-10]。由于乳酸菌EPS具有獨特的理化及流變學特性，因此可作為增稠劑、穩定劑、乳化劑、膠凝劑、填充劑和持水劑應用到食品、醫藥、石油化工以及生化產品等領域。尤其在食品領域中，EPS可作為新型天然的食品添加劑應用到發酵食品中，從而改善食品的質構、口感、流變學特性和風味等指標，同時賦予產品一定的營養保健功效。

乳酸菌EPS作為天然的大分子活性物質，在調節機體免疫過程中具有很好的免疫原性。更加值得注意的是乳酸菌EPS的來源具有可追溯性，同時不會產生毒副作用，是理想的天然免疫佐劑。因此，本文將就乳酸菌EPS的理化特性及免疫調節相關作用機制進行論述，為預防和治療與免疫系統功能異常相關的疾病提供新的思路，也為開發以乳酸菌EPS為原料的功能性食品提供基礎理論依據。

1 乳酸菌胞外多糖的理化特性

乳酸菌EPS對機體沒有毒副作用，且來源是安全可靠的，目前已作為天然安全無公害的食品級添加劑，在一些歐美國家已經部分取代傳統工業添加劑應用于發酵乳制品生產中。乳酸菌EPS對食品品質的貢獻目前主要表現在酸乳生產中，在改善酸乳的黏度、質地、結構和口感方面具有很大的開發應用潛力[11]。EPS的理化特性主要包括：（1）改善發酵乳制品的質地、組織狀態、風味和感官[12]。產EPS的乳酸菌已成功應用于低脂奶酪生產中，改善干酪的質地、保水性和融化性能等[13-14]。Perry等[15]用產胞外多糖的S.thermophilusM R-1C和L.delb.bulgaricusMR-1R作為發酵劑生產干酪，與不產EPS的發酵劑（S.thermophilusTAO 61）相比，干酪的質地得到明顯提高。Aw ad等[16]將以產EPS的菌株S.thermophilus CHCC 3534和L.lactis ssp.crem oris JFR 1作為發酵劑制作低脂切達奶酪，其質地、加熱溶解性能和口感與全脂奶酪相比沒有顯著差別，這大大提高了低脂奶酪的品質。R aw som等[17]人研究發現，利用產EPS發酵劑生產發酵乳，能夠防止乳清析出，改善產品的質地和組織狀態，使產品不需要再添加任何的穩定劑，增加了食品安全性和營養價值，并延長了商品的貨架期。(2)改變發酵乳制品的流變學特性。盡管乳酸菌產EPS的產量不高，但一般較低濃度的EPS就可以對發酵乳制品品質起到較好的效果。利用EPS替代增稠劑，可以使發酵乳制品口感潤滑、黏度增加、剪切應力提高。

產EPS的乳酸菌在非乳產品的開發中也具有良好的應用前景。如產EPS的乳酸菌應用于面團的發酵中，不僅可以增高發酵力，而且還可以改善饅頭或面包的質地、結構和風味，產生的EPS還可以作為益生元，提高其營養價值[18-19]。

2 乳酸菌胞外多糖的免疫調節活性

免疫系統的紊亂不僅會產生多種疾病，而且與人類的衰老有關。研究表明，乳桿菌EPS在一般情況下對機體的免疫器官、特異性和非特異性免疫、細胞和體液免疫都有一定影響，能夠在一定程度上增強機體的免疫調節能力。在體內實驗中，Bleau等[20]給免疫缺陷小鼠灌胃L.rhamnosus RW-9595M EPS，分析血清中溶血素抗體水平和小鼠免疫器官與體重的比值，最終證明這株細菌所產EPS能夠增加脾、胸腺指數和抗體積數，同時能顯著促進細胞白介素-10（IL-10）的分泌。王輯[21]利用L.plantarum YW 11所產的EPS喂食人結腸癌細胞HT-29荷瘤裸鼠以考察EPS的體內抗腫瘤及免疫調節活性，結果發現，EPS可提高荷瘤裸鼠脾臟中自然殺傷細胞和細胞毒性淋巴細胞的細胞活性，并可促進荷瘤裸鼠血清中細胞因子IL-10、IL-2和TN F-α的分泌。在體外實驗中，Shao等[22]研究了濃度分別為 10、100、1000μg/m L的 L.rhamnosus KF5 EPS對脾淋巴細胞增殖的影響，結果發現，脾細胞的增殖速度與EPS濃度呈現良好的劑量依賴關系，當EPS濃度為1 000μg/m L時獲得了最高的增殖活性。Liu等[3]研究發現L.paracasei subsp.paracasei N TU 101和L.plantarum N TU 102所產的EPS能激活巨噬細胞R aw 234.7的免疫活性，通過誘導一氧化氮合酶產生來刺激NO的釋放，同時誘導巨噬細胞分泌細胞因子IL-6、TN F-α、IL-1β。但是，由于乳桿菌EPS結構的復雜性和來源的廣泛性，在機理上對EPS口服后是如何發揮免疫調節作用依然不清楚，導致學術界和消費者人們對這類產品的質量和功效心存疑慮，嚴重制約了該類食品市場的發展。

3 乳酸菌胞外多糖的免疫調節機制

首先，乳桿菌EPS的口服給藥途徑離不開腸道黏膜免疫反應。腸黏膜是機體面積最大的免疫器官，時刻在接觸大量的抗原，是機體的第一道防線。隨著對黏膜免疫研究的日益重視，黏膜免疫組織結構也逐漸清晰，黏膜免疫組織可分為特殊分化的腸道相關淋巴組織和彌散分布的淋巴細胞兩類。前者如派氏結、腸系膜淋巴結和盲腸等部位的淋巴組織，后者包括上皮間淋巴細胞和固有層等處的淋巴細胞。腸道黏膜免疫在功能上有一個突出特點，即對食物中含有的大量抗原物質及腸道環境中存在的正常菌群產生免疫耐受，并能正常識別病原微生物中的抗原成分，從而產生相應的免疫反應。乳酸菌EPS的免疫調節功能是通過增強細胞介導的免疫反應，如促進T/B淋巴細胞增殖、激活NK細胞殺傷腫瘤細胞、提高單核細胞吞噬能力、促有絲分裂、釋放細胞因子，從而增強宿主免疫防護作用[23]。Vindero la等[24]報道，給小鼠喂食乳酸菌胞外多糖能增加小鼠腸道產生免疫球蛋白IgA細胞的數量。

人類腸道是一個復雜的微生態系統，維持腸道菌群的平衡狀態，對于預防或治療因腸道菌群失衡引起的疾病是非常重要的。最新研究表明，機體免疫系統與腸道菌群有緊密的聯系，腸道菌群與機體免疫系統處于相互影響的動態平衡中。一方面，免疫系統功能影響腸道微生物菌群的組成。如Hansen等[25]在檢測IL-10分泌量不足的小鼠腸道菌群構成時發現其腸道微生物的多樣性減少，在檢測結腸炎引起腸黏膜免疫受損的小鼠腸道菌群構成時發現其腸道大腸桿菌、放線菌、變形菌等微生物的數量有所提高，而產氣芽孢梭菌等微生物的數量大量降低。另一方面，腸道微生物菌群的組成反過來又會影響宿主的免疫系統功能。Sj?gren等[26]研究發現，嬰兒早期糞便中雙歧桿菌的數量和腸黏膜SIgA分泌的濃度呈顯著相關性，表明雙歧桿菌的種類及數量可以促進腸黏膜SIgA分泌系統的發育及成熟。Li等[27]研究雙歧桿菌所產生的EPS對小鼠腸道菌群的作用，發現該EPS能顯著增加乳桿菌和厭氧菌的生長，并能對腸桿菌、腸球菌和脆弱擬桿菌起到抑制作用。Gom ez[28]等人從青春雙歧桿菌ATCC 15703培養物的上清液中分離得到的胞外物質，能誘導鼠肝的脾變活性，從胞外物質中分離得到的EPS，顯示出較高的淋巴增值應答內部促進作用。Zimm er等[29]發現EPS在人體腸道內經過微生物的代謝產生有機酸，抑制腸道內的大腸埃希菌等有害菌的生長。腸道菌群是通過刺激機體在腸道形成更多的免疫效應細胞和淋巴器官，增加免疫因子的分泌以及激活免疫應答等途徑來促進機體免疫系統的發育和功能的調節。腸道是機體與外源物質直接接觸的部位，腸道組織中存在大量的蛋白，這些蛋白表達的變化可反映出機體對外源物質的響應。利用蛋白組學方法，研究EPS對小鼠腸道組織蛋白的表達情況，可從蛋白水平上揭示EPS的作用機制。

乳酸菌EPS的免疫調節活性常與其理化特性有關（分子量、單糖組成、所帶電荷）。如H idalgo-Cantabrana等[30]研究發現EPS帶有電荷或較小分子量會產生較強強或溫和的免疫刺激，而那些具有較大分子量的EPS會產生較弱的免疫刺激甚至是免疫抑制活性。由于乳酸菌EPS具有菌株特異性，不同菌株產生

的EPS差異性很大，不同的EPS具有各自特定的功能，因此在對新分離的乳酸菌EPS的功能篩選時，對其進行免疫活性的研究是很有必要的。

4 結語

乳酸菌是公認的食品級安全微生物（generally recognized as safe,GRAS），在食品工業中有著廣泛的應用。乳酸菌EPS作為重要的代謝產物，來源安全，對機體無毒害作用。但在實際生產中乳酸菌EPS轉化效率較低，生產成本較高，要實現工業化生產還有待進一步的研究。現階段國內外有關EPS的研究還主要集中于影響EPS的生物合成條件。隨著產EPS相關基因、活性多糖結構與活性關系的進一步確定，并且結合糖代謝控制和生物信息學分析，弄清其遺傳背景，可為通過基因工程獲得高產優質EPS菌株奠定基礎。另外，面對腫瘤疾病目前只能依賴具有多種副作用的傳統化學藥物治療的現狀，人們正在不斷尋求新的更加有效的天然抗腫瘤生物活性產品，通過分子生物學與病理學等研究手段，探明其相關作用機制。產EPS菌株具有良好的加工特性，將產EPS菌株應用到除酸奶以外的其它乳制品中（冰淇淋、發酵乳飲料、干酪），研究產EPS菌株對產品品質的影響。可見乳酸菌EPS可作為新型的生物活性產品，在醫療、食品科學及人類健康等方面的應用已成為今后研究的重點。

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