乳酸菌及其代谢产物对肠道炎症的调控作用研究进展

李少慧，张英春，，*，张兰威，马 放

（1.哈尔滨工业大学食品科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150090；2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨 150090）

炎症性肠病（Inflammatory bowel disease，IBD）主要包括节段性肠炎（Crohn’s）和溃疡性结肠炎（Ulcerative colitis，UC），是一种末端回肠的慢性炎症和病因不明的结肠病，被假定为一种肠道免疫失调现象[1]。肠道炎症时，组织中一些炎症细胞因子、趋化因子发生高度表达后，肠上皮细胞受炎症介质刺激分泌多种促炎细胞因子如白介素（IL-8）和肿瘤坏死因子（TNF-α）等，这些促炎细胞因子能趋化肠黏膜固有层炎性细胞，放大炎性反应，如果肠道长时间维持高水平的IL-8和TNF-α，就会引起一些慢性的肠道疾病[2-3]。乳酸菌是人体肠道内主要的生理性益生菌，具有很多重要的生理功能。目前的文献报道中，乳酸菌及其代谢产物对肠炎的调节机制主要集中在其对炎症因子的调节，通过抑制肠道上皮细胞中的某些信号途径进而对炎性因子的产生进行调控，从而发挥抗肠炎作用。乳酸菌在肠道炎症调控中涉及到的一些细胞信号途径包括核因子-κB（Nuclear factor-κB，NF-κB），胞外信号调节激酶（Extracellular signalregulated kinase，ERK），蛋白激酶B（Protein kinase B，PKB）和丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen activated protein kinase，MAPK）途径等，其中NF-κB信号途径和p38 MAPK信号途径是主要的调节途径[4-7]。

本论文主要是对乳酸菌活菌体、乳酸菌胞外代谢产物、乳酸菌DNA等对肠道炎症的调控作用进行综述。

1 乳酸菌活菌体对肠道炎症的调控作用研究

目前报道表明，乳酸菌活菌体可通过抑制肠上皮细胞中的炎性因子，从而发挥抗肠炎作用。有些乳酸菌株可刺激免疫系统（单核细胞和巨噬细胞），并诱导促炎细胞因子和抗炎细胞因子IL-10的产生，使两者达到动态平衡，从而对肠道炎症进行调控[8-11]。

Sun等[12]研究了卷曲乳杆菌（L.crispatus）K313和K243在体外的黏附性、抗炎性及其对布伦登芦普沙门氏菌（Salmonella braenderup）H981感染肠上皮细胞的调节作用。研究表明，两种L.crispatus均能下调由Salmonella braenderupH981诱导的促炎基因的转录水平。酶联免疫实验进一步证实了，L.crispatusK313和K243能抑制Salmonella braenderupH981刺激的IL-8分泌，这表明两种菌株均能减轻Salmonella braenderupH981刺激的炎症反应。Pinto等[3]研究了植物乳杆菌（L.plantarum）BFE1685和鼠李糖乳杆菌（LGG）对HT-29细胞对抗鼠伤寒沙门氏菌的先天性免疫反应的影响作用，在HT-29细胞培养中使用TNF-α来模仿炎症条件，HT-29细胞会产生更多的IL-8，而两种乳酸菌能抑制IL-8的产生。

Lee等[13]研究表明，在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎实验小鼠中可以检测到植物乳杆菌（L.plantarum）HY115和短乳杆菌（L.brevis）HY7401的抗炎作用。L.plantarumHY115和L.brevisHY7401通过抑制I-κB磷酸化而抑制NF-κB途径，从而抑制IL-1β、TNF-α和干扰素-γ（IFN-γ）等的mRNA表达，进而抑制IL-1β和IL-6的蛋白表达。实验表明，乳酸菌主要是通过抑制DSS诱导的NF-κB的活性来调控肠道炎症。Liu等[14]研究了福菜中提取的植物乳杆菌（L.plantarum）K68的抗肠炎作用及免疫活性。K68可显著抑制LPS诱导的小鼠巨噬细胞（RAW264.7 cells）中TNF-α和前列腺素E2（PGE2）的产生，并能刺激人外周血单核细胞（HPBMCs）中干扰素-γ（IFN-γ）的产生。在K68组，促炎性细胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6也显著减少。K68组表现出抗炎作用和免疫调节作用，进而改善DSS诱导的实验性结肠炎，主要是通过抑制NF-κB的活性和糖胺聚糖的降解来调控炎症细胞因子的表达。

2 乳酸菌的胞外代谢物对肠道炎症的调控作用研究

据报道，乳酸菌的胞外代谢物对肠道炎症有抑制作用，部分乳酸菌的代谢物可通过特定的信号途径对肠道炎症中产生的炎性因子进行调节，从而发挥抗肠炎作用。

2.1 乳酸菌的胞外多肽对肠道炎症的调控作用

Chon等[5]研究了植物乳杆菌（L.plantarum）10hk2的特定代谢物（蛋白质和多糖）对LPS刺激的RAW264.7细胞产生促炎细胞因子的抑制作用。在LPS刺激的RAW264.7细胞中，L.plantarum10hk2分泌的胞外多肽（一种强IL-10诱导剂）可通过两种信号途径抑制LPS刺激产生的炎性因子。一种是NF-κB信号途径，另一种是p38 MAPK信号途径。在NF-κB信号途径中，NF-κB位于细胞质，作为非活性复合物与I-κB结合，当有炎症刺激存在时，将激活IKK复合物，使I-κB磷酸化而降解，导致NF-κB与之分离，分离后的NF-κB易位到细胞核，进而促进TNF-α和IL-6的mRNA表达，而L.plantarum10hk2分泌的胞外多肽可抑制I-κB磷酸化从而抑制NF-κB信号途径，进而抑制炎性因子TNF-α和IL-6等的mRNA表达。在p38 MAPK信号途径中，LPS可激活p38 MAPK，激活后的p38 MAPK可调节TNF、IL-1、IL-6等致炎因子和IL-12等抗炎因子的生成，从而影响生物体内炎症因子与抗炎因子的平衡，决定炎症的进程，而L.plantarum10hk2可抑制p38 MAPK的激酶活性，使其失去结合三磷酸腺苷（ATP）的能力，从而抑制其对炎性因子基因的调控，进而抑制炎性因子表达，降低炎性因子的分泌。在LPS刺激的巨噬细胞株中，L.plantarum10hk2产生的胞外代谢物可诱导大量IL-10的分泌和少量TNF-α和IL-6的产生。IL-10通过促进I-κB蛋白表达抑制NF-κB活化的方式干扰促炎细胞因子的产生。有关乳酸菌胞外多肽对肠道炎症的调节作用的研究，为乳酸菌代谢产物对肠道炎症的预防治疗提供了理论依据。

Mechoud等[6]研究了罗伊氏乳杆菌（L.reuteri）CRL1098的可溶性因子Lr-S（5785Da分泌肽）调节外周血单核细胞（PBMC）产生TNF-α的能力及“脂筏”的作用。“脂筏”是许多致病菌与宿主细胞质膜相互作用并位于宿主细胞质膜上的一个特定区域。CRL1098菌株产生的Lr-S是发挥调节作用的原因。用Lr-S处理PBMC后可降低TNF-α的产生，此过程有“脂筏”的参与。Lr-S降低促炎细胞因子TNF-α的分泌，主要是通过ERK和p38 MAPK途径，实验通过对磷酸化ERK（p-ERK）和磷酸化p38 MAPK（p-p38 MAPK）的研究发现，PBMC经Lr-S处理后，p-ERK和p-p38 MAPK的量均提高了，说明Lr-S可使ERK和p38 MAPK磷酸化而失去激酶的活性，从而抑制其对炎性因子基因的调控，降低炎性因子的分泌，进而发挥抗肠炎作用。在PBMC与L.reuteriCRL1098共培养中，TNF-α分泌降低，而IL-10的分泌没有明显变化。从而得出结论，经Lr-S处理后的PBMC中，TNF-α的产量显著降低，而IL-10的产量无明显变化，说明Lr-S对炎性因子TNF-α有显著的抑制作用。相对于对照组，在打乱“脂筏”的PBMC中，L.reuteriCRL 1098对TNF-α生成的抑制作用提高了，说明“脂筏”有限制蛋白质介入的作用。

2.2 乳酸菌的代谢物乳酸对肠道炎症的调控作用

Xu等[4]用乳酸菌的代谢物乳酸（LA）对LPS刺激的大鼠肠道黏膜微血管内皮细胞（RIMMVECs）进行处理，发现p-IκBα/IκBα和p65的蛋白水平降低，这表明LA能通过降低IκBα磷酸化和阻断IKK复合物降解来抑制NF-κB的活性，从而降低TNF-α和IL-6的mRNA表达水平。所以LA可以减少NF-κB信号途径中炎症因子的产生。Liu等[15]对乳酸菌代谢物乳酸的抗肠炎作用也作了研究。乳酸对LPS（阳性对照组）诱导的RIMMVECs中NF-κB p65活性有抑制作用。用乳酸预处理后的细胞，TNF-α和IL-6的蛋白质水平显著下降。免疫印迹分析表明，用乳酸预处理组的NF-κB p65水平显著低于只用LPS处理的，相对于无LPS处理的组（空白对照组）无变化。这些结果表明，乳酸可以抑制LPS诱导的NF-κB的活性，进而下调TNF-α和IL-6的产生。因此，可以得出结论，LA在RIMMVECs中起到了关键的抗炎作用。

2.3 乳酸菌的活性产物—耐消化酶对肠道炎症的调控作用

Ménard等[16]将乳酸菌与革兰氏阳性菌共同培养，研究了乳酸菌分泌的代谢物对TNF-α释放的影响以及相关的作用机制。他们从培养基中获得短双歧杆菌（Bifidobacterium breve）的活性产物——耐消化酶，在炎症条件下它通过跨膜（肠细胞单层膜）运输后发挥抗肠炎作用。LPS通过外周血单核细胞诱导TNF-α的分泌，B.breve的耐消化酶能穿越肠道屏障抑制TNF-α的产生。B.breve的耐消化酶能显著抑制荧光标记内毒素（LPS-FITC）与急性单核白血病细胞（THP-1）的结合并通过抑制NF-κB信号途径抑制炎性因子的产生。

乳酸菌和宿主细胞间的联系是多方面的，涉及宿主端的全部受体，宿主可识别细菌的多种效应分子，这些效应分子中大部分是细胞壁或细胞表面相关化合物及蛋白质[17]。虽然益生菌发挥最大作用时需要与活细菌直接接触，但是一些研究表明，乳酸菌分泌的可溶性因子也能通过调节细胞因子的产生从而调节免疫系统[18-20]。然而，乳酸菌的可溶性因子对细胞因子调节的基础机制还没有得到完全了解。

3 乳酸菌DNA对肠道炎症的调控作用研究

目前文献报道，益生菌的保护作用可由自身DNA介导，且在抗炎过程中TLR9受体（Toll-like receptors，TLR）是必不可少的，活的益生菌对实验性结肠炎的衰减不是必需的，因为无生存能力的乳酸菌也有同样作用效果。

Hiramatsu等[21]对五种乳酸菌的基因组DNA的抗肠炎作用作了比较研究，这五种乳酸菌包括嗜酸乳杆菌（L.acidophilus），干酪乳杆菌（L.casei），加氏乳杆菌（L.gasseri），植物乳杆菌（L.plantarum）和罗伊氏乳杆菌（L.reuteri）。研究结果表明，嗜酸乳杆菌基因组DNA的抗肠炎作用低于其他菌株，不同乳酸菌基因组DNA的抗肠炎作用是不同的。五种乳酸菌的基因组DNA呈剂量依赖性地减少H2O2诱导IL-8的分泌并抑制H2O2诱导NF-κα/IκB-α体系的激活。研究结果表明，不同乳酸菌的基因组DNA对IL-8的抑制程度不同，相对于嗜酸乳杆菌，其他四种乳酸菌的基因组DNA对IL-8有更显著的抑制效果。用脱氧核糖核酸酶（DNase）对五种乳酸菌的基因组DNA进行处理后，发现五种乳酸菌对IL-8几乎没有抑制作用，说明其对IL-8起抑制作用的有效物质为其基因组DNA。此外，若抑制TLR9（细菌DNA的特定受体）的表达，便消除了乳酸菌基因组DNA对H2O2诱导IL-8分泌的抑制作用和乳酸菌基因组DNA对H2O2激活的NF-κα/IκB-α系统的抑制作用，表明TLR9在乳酸菌基因组DNA发挥抗肠炎作用中必不可少。

4 乳酸菌热致死菌体对肠道炎症的调控作用研究

在最近的报道中，Ueno等[7]对乳酸菌热致死菌体对肠道炎症的调节作用及其通过的信号途径作了较详细的研究。热灭活的短乳杆菌（L.brevis）SBC8803能刺激热应激蛋白（HSP）和p38 MAPK磷酸化，调节TNF-α、IL-1β和IL-12的蛋白表达量，增强氧化应激条件下的肠上皮屏障功能，维持肠道稳态，从而减轻肠道炎症程度。研究表明，热灭活的L.brevisSBC8803菌体能诱导HSPs，促使p38 MAPK磷酸化而失活，使其无法对转录因子进行调控，从而降低转录因子对炎性因子基因的调控，进而降低促炎细胞因子TNF-α、IL-1β等的产生。热灭活的L.brevisSBC8803菌体也可预防氧化应激情况下肠道组织的损伤，改善DSS诱导的结肠炎小鼠的肠道损伤并提高小鼠的生存率。热灭活的L.brevisSBC8803有助于维持肠道内环境的稳定，并能治疗肠道炎症。在不利于益生菌生存的条件下，可以采用热灭活乳酸菌的治疗策略，因为热灭活的乳酸菌菌体不需要定植也能发挥作用，这对人类的健康也是有益的。

5 展望

乳酸菌作为一种益生菌，不仅在发酵工业中应用广泛，而且在抗肠炎作用中也发挥着重要的调控作用。目前研究者已对乳酸菌的抗肠炎作用作了较为详尽的研究，但仍需对乳酸菌的其他有效成分及更多类型乳酸菌的作用机制作进一步的研究。此外，有关乳酸菌S层蛋白对肠道炎症的调节作用及其作用机制研究相对较少，阐明乳酸菌S层蛋白的抗肠炎作用，及其最佳作用剂量和调控机制将具有重要意义。筛选出具抗肠炎作用的乳酸菌菌体成分或代谢产物，并对其抗炎机制进行研究也是未来研究方向之一。

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