乳酸桿菌對腸道健康的調節作用研究進展

肖悅崢，劉佳琦，全梅芳

(湖南師范大學醫學院臨床醫學系，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胞及其間的細胞連接和腸道黏液層構成，腸道免疫屏障由腸道免疫細胞及其分泌物構成，腸道生物屏障由腸道內正常菌群構成，三大屏障之間的良性互作是維持腸道內穩態的基礎。腸道在炎癥、感染及應激條件下，免疫功能紊亂，屏障組成發生改變；如果腸道屏障受損，也可能誘發多種疾病，如腸炎、神經疾病、代謝性疾病等[2]。因此，保護腸道健康是維持機體穩態的基礎。乳酸桿菌(Lactobacillus)屬于革蘭陽性菌，發酵碳水化合物(主要指葡萄糖)產生大量乳酸，在自然界分布廣泛，也是得到廣泛應用的益生菌之一。作為腸道菌群的重要組成成員，乳酸桿菌能夠調節腸道微生態環境，促進腸道的生長和發育，它除了參與腸道微生物屏障的構成，還通過各個途徑影響其他屏障，在腸道健康的調節中發揮重要作用[3]。本文將針對乳酸桿菌和腸道健康之間的關系，分別從乳酸桿菌改善腸道菌群組成、保護腸道黏膜屏障、調節腸道免疫反應三個方面進行綜述，為今后乳酸桿菌制劑的研究和開發提供參考。

1 改善腸道菌群的組成

在腸道微生態環境中，腸道菌群互相依存與制約，保持一定的數量和比例，與免疫系統相互作用并保持動態平衡，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，組成相對穩定，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，陳大衛等[6]給小鼠喂養由發酵乳桿菌(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]分別給結腸炎模型小鼠喂養植物乳桿菌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組大鼠腸道菌群優勢屬為Lactobacillus、Ruminococcaceae和[Eubacterium]_coprostanoligenes組，與正常大鼠腸道優勢菌群組成相似。 由此可見乳酸桿菌干預可以改變腸道菌群結構，增加腸道菌群多樣性，改善腸道微生態，優化腸道內環境。乳酸桿菌調節腸道微生態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酵成乳酸和其他脂肪酸，維持腸道的酸性環境，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如乳酸、抗菌肽細菌素和過氧化氫等。(3)乳酸桿菌可以黏附在腸道中的相應受體位點上，當病原體與宿主黏膜結合時與病原體發生競爭[10]。

2 保護腸道黏膜屏障

腸上皮細胞通過細胞連接緊密排列，細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]，相鄰腸上皮細胞及其細胞間的連接和腸道表面黏液外層構成腸道黏膜屏障。其中最重要的細胞連接是緊密連接[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)是調節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的表達起到預防腸道上皮功能障礙的作用[18]。AL-SADI等[19]給小鼠喂養嗜酸乳桿菌LA1后，LA1依賴性附著在腸上皮細胞的頂膜表面，引起腸上皮細胞TLR2膜表達迅速增加，TLR2通過形成TLR2/TLR1和TLR2/TLR6異絡合物，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菌結構和化學成分介導的，從鼠李糖乳桿菌中分離的可溶性蛋白可通過誘導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，用分離的蛋白質進行預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酵過程中產生的細菌代謝產物，添加低聚果糖和丁酸會導致某些蛋白質(包括ZO-1和Occludin)重新分布到腸道緊密連接結構附近[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]發現，在HT-29腸上皮細胞系中，添加嗜酸乳桿菌A4細胞提取物(10.0 mg/mL)后，MUC2黏蛋白的表達增加，大腸桿菌O157∶H7附著上皮細胞的程度顯著降低，提示嗜酸乳酸桿菌可通過誘導MUC2黏蛋白的表達抑制大腸桿菌O157∶H7的附著。在潰瘍性結腸炎相關結直腸癌小鼠模型中，喂養益生菌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，通過結腸屏障實驗顯示，作為腸道內黏液層生物標志物的MUC2黏蛋白和腸三葉因子(TFF3)的表達上調[24]。

3 調節腸道免疫反應

益生菌中的乳桿菌是母乳中的重要成分，在人出生以后，就發揮著驅動機體免疫系統發育成熟和平衡免疫反應的作用。研究發現，乳酸桿菌作為宿主的非特異性免疫調節劑，它可以通過菌體本身或者代謝產生的活性物質來刺激宿主免疫細胞，比如影響細胞因子，如CD4、TNF-α、NrF2、HO-1、IL-6、IL-8和IL10的表達水平，抑制NF-κB通路或者調節相關免疫細胞的數量，從而促進腸黏膜免疫系統發育成熟，并平衡機體的腸道免疫反應[25]。

某些乳酸桿菌可能通過影響小鼠血清中細胞因子的表達來減輕小鼠潰瘍性結腸炎，RATHER等[26]從乳酸桿菌sakei probio65中分離出一種生物活性產物SEL001，給潰瘍性結腸炎小鼠模型口服SEL001后，細胞因子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胞中IL-6的表達[27]；在脂多糖刺激的腹腔巨噬細胞中，短乳桿菌G-101誘導IL-10表達的活性最強，且明顯抑制了TNF-α、IL-6的表達[28]。有些研究還發現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，可作為功能性食品治療結腸炎[27]。在小鼠結腸炎模型研究中，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]研究發現，給潰瘍性結腸炎小鼠喂養發酵乳桿菌HFY06和阿拉伯木聚糖的混合制劑后，下調了腸道內NF-κB-65的mRNA表達，上調了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、誘導型一氧化氮合酶(iNOS)和環氧合酶(COX-2)的釋放，從而發揮抗結腸炎作用。

某些乳酸桿菌還可以通過調節相關免疫細胞的數量來影響免疫反應。JANG等[31]發現，向潰瘍性結腸炎小鼠注射發酵乳桿菌KBL374或KBL375后，增加了小鼠體內腸系膜淋巴結中調節性T細胞的數量。短乳桿菌G-101還可以抑制小鼠結腸中M1巨噬細胞標志物的表達，促進M2巨噬細胞的表達，從而促使M1巨噬細胞極化為M2樣巨噬細胞，改善結腸炎[28]。

4 總結與展望

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節腸道免疫反應三個方面的機制調節機體腸道健康，從而維持機體內環境穩態，改善機體的健康狀況。目前，乳酸桿菌在生產實踐中的應用正在逐步加強，以乳酸桿菌為基礎制備的各種微生態制劑越來越廣泛地應用于食品工業和醫療保健，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，乳酸桿菌還有調節機體脂質代謝、抗腫瘤、促進營養物質吸收、抗衰老等功效，其作用機制以及應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實驗的證據，來進一步明確乳酸桿菌對腸道健康的調節作用。