动物肠道黏膜抗菌肽维持微生物区系平衡机制探讨

邹 清全礼明

（1.重庆市潼南区塘坝镇畜牧兽医站，重庆　402678；2.重庆市潼南区玉溪镇畜牧兽医站，重庆　402674）



动物肠道黏膜抗菌肽维持微生物区系平衡机制探讨

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（1.重庆市潼南区塘坝镇畜牧兽医站，重庆402678；2.重庆市潼南区玉溪镇畜牧兽医站，重庆402674）

肠道微生物作为宿主的共生生物，能改善消化、吸收、合成维生素以及抑制病原菌的生长。同时宿主通过控制肠道微生物数量、组成及分布来维持肠道微生物的动态平衡。在此过程中，与微生物菌群相互作用的肠上皮细胞发挥了极其重要的作用。宿主肠道免疫防御系统产生的一类对抗外源性病原体致病作用的防御性肽类活性物质，称为抗菌肽。在肠道内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，在调节肠道微生物菌群结构与肠黏膜屏障的动态平衡中发挥着重要作用。

1　动物消化道微生物概述

动物肠道微生物菌群组成复杂，主要包含细菌，也包括一些真核生物、病毒和古细菌。在正常情况下，动物肠道内大约含有200 种正常菌群，每克肠道内容物含 109个细菌以上，主要以厌氧菌为主。其数量和种类可随动物种类、年龄、饲料、抗菌物质、环境、疾病等因素变动，在同一动物的不同消化道中也有差异。正常情况下，消化道微生物的种类、数量、定植部位相对稳定。微生物之间及微生物与宿主之间处于互惠共生、相互制约的动态平衡。此时，微生物具有营养、提高免疫力、拮抗等作用。一旦平衡被破坏，菌群失调，则可能引起动物生产能力的降低，甚至产生疾病。

2　常驻微生物和上皮屏障功能之间的关系

肠道上皮屏障构成宿主抵御微生物和有害物质的第 1 道防线，采用不同的保护机制，形成错综复杂的固有免疫措施网络。肠上皮细胞利用模式识别受体来监测固有肠道菌群，通过病原相关分子模式或微生物相关分子模式来识别微生物。研究发现，监测肠道菌群的 MAMP/PAMP-PRR 对于肠道屏障功能至关重要。当受到各自配体的刺激时，PRR 诱导第 1 道防线发挥快速、连续的防御措施。这些防御措施包括抗菌肽、协调信号分子以及黏蛋白的产生和释放。激活的防御措施旨在消除潜在的危险，并且引导后续的趋化因子调解的急性炎症细胞的补充和进一步促进NF-κB 介导的反应。近年来，对特定PRR 功能以及总体肠道固有识别机制的研究促进了对防御屏障的认识。研究热点也由此从短时间内对病原体的免疫反应转移到共生微生物的可持续动态平衡。显然，在这个结构体系中，PRR 必须允许一定量的肠道菌群的存在，以避免持续的过度激活。保持低活性的机制是限制 P RR 的表达。此外，在小肠上皮中发现 PRR的选择性表达通过细胞内胞壁酰二肽传感的NOD2 进 行，主要位于潘氏细胞内。抑制 PRR 介导的炎症信号的第 2 个重要因素是肠黏液层的存在。小肠上皮被单一的独立黏液层所覆盖，而结肠有 2 个明显的黏液区，内层附着而外层低密度区域保持游离。在结肠内，外在的黏液层构成共生微生物的栖息地，而内在的黏液层是一个无菌的密封层。这种黏液层不仅是物理屏蔽，它还能保留上皮细胞产生的抗菌物质，从而组成防止微生物附着和入侵的第 1道防线。因此，通过 PRR 监测肠道菌群，肠道上皮细胞迅速而有效地表达抗菌肽、协调信号分子、黏蛋白，以抵御外来病原微生物，防止肠道微生物菌群的失调和易位，同时肠道菌群的平衡和黏液层的存在调节 PPR 的活性，使细胞因子及其他促炎症因子维持在正常的低水平状态，从而使常驻微生物和上皮屏障功能之间的平衡得以维持。如果某一环节出现异常，如抗菌肽或黏蛋白的表达减少，便会使菌群失调或易位，上皮屏障功能失效，并引起相应的疾病。

3　肠道抗菌肽防御素与微生物动态平衡关系

肠上皮细胞针对细菌、病毒、原生动物和真菌产生特定的防御物质，防御素是其中一种。肠道防御素是一类富含半胱氨酸残基的低分子质量的内源性抗菌肽，包括α- 防御素、β-防御素和θ-防御素，其转录诱导和分泌依赖于 PRR。防御素除了能直接杀死病原体外，还可以调节机体的免疫反应。PC 位于肠腺底部，能合成和分泌多种抗菌效应分子，其中就包括小肠 PC 防御素。

4　α-防御素在肠道内的作用

5　小结

用营养学方法调控肠道微生物区系，预防消化道微生物区系平衡的破坏而带来的一系列疾病，无疑符合于治“未病”这一理念，也体现动物疾病控制中“防重于治”这一方针。抗菌肽是控制肠道菌群的关键，一旦产生和分泌异常，可能导致由细菌引起的消化道等疾病。除了直接杀灭病原体、调节肠道菌群，抗菌肽还有调节适应性免疫应答的作用。抗菌肽、肠道菌群、先天免疫信号、上皮细胞增殖途径之间的相互作用极其复杂。肠道中抗菌功能的紊乱会影响屏障功能的有效性并可能促进微生物菌群的变化。此外，肠道菌群成分的改变可以影响上皮防御，并使其变得不稳定。对肠上皮的宿主 - 微生物相互作用的进一步研究有助于我们更好地理解这些现象，并有望获得改善动物肠道健康与提高生产性能的新对策。弄清抗菌肽合成和释放的机制后，通过用其各自最敏感的微生物感染，我们或许可以找到如何通过动物高效生产抗菌肽的方法，以解决生物化学合成肽类成本高的问题，使抗菌肽广泛运用于生产实践及临床疾病治疗。

α-防御素的蛋白质结构特征包括：（1）由 32～36 个氨基酸残基组成；（2）分子内含有 6 个保守的半胱氨酸形成的 3 对二硫键，形成稳定的反向平行的 3 股 β-折叠片结构域；（3）具有一个 3 ～ 4 ku的保守双亲性结构，带有阳离子和疏水性残基。小肠 α-防御素对肠道微生物的调节主要依赖于其广谱、高效的抗微生物活性，在肠隐窝和肠腔中发挥作用。小肠通过感知肠道有害细菌后释放 α-防御素。α-防御素在肠隐窝内维持一定浓度，从而保护邻近的细胞免受肠道细菌侵袭。与此同时，α-防御素选择性地杀灭肠道内的微生物。