酪酸菌对肠道黏膜免疫作用机制的研究进展

夏天保，冯会贤，李海洋，陈金永，谭　静，胡艳平，董　敏

（1.雏鹰农牧集团股份有限公司饲料生产中心，河南 新郑 451100；2.河南农业大学牧医工程学院）

专论综述

酪酸菌对肠道黏膜免疫作用机制的研究进展

夏天保1，冯会贤2，李海洋1，陈金永1，谭静1，胡艳平1，董敏1

（1.雏鹰农牧集团股份有限公司饲料生产中心，河南 新郑 451100；2.河南农业大学牧医工程学院）

畜禽黏膜免疫系统是机体免疫系统的重要组成成分，也是免疫系统的第一道防线，黏膜免疫系统能够准确识别其表面的多种抗原并迅速做出反应，对病原体或有害抗原产生体液免疫和细胞免疫应答，从而达到对畜禽的免疫效果。酪酸菌作为一种活的有机体存在于肠道黏膜表面，对肠黏膜具有双重的保护作用，一方面它可以在肠道内黏附定植，调节肠道菌群平衡；另一方面酪酸菌的菌体细胞、代谢产物和细胞壁成分等都可能刺激机体的肠道黏膜免疫系统，从而引发肠道黏膜免疫。

酪酸菌；黏膜免疫；作用机制

益生菌是指添加于动物饲料中有助于肠道菌群平衡，并能促进动物生长的物质或微生物。直至目前，益生菌通常被认为是能够改善宿主体内微生态平衡，发挥有益作用，进而达到提高宿主健康水平和生长状态的活菌制剂［1］。近年来，随着人们健康意识的提高，越来越多的学者认识到益生菌对肠道黏膜免疫及健康的重要性。很多学者对其的研究结果表明，肠道内益生菌可以激活机体的免疫细胞，并释放免疫性物质，从而增强机体自身免疫力，增加肠道黏膜对外界的抵抗力。丁酸梭菌作为益生菌的一种，是近年来研究推广的一种新型微生态制剂，其在提高机体免疫，调节肠道微生态平衡、产生益生物质、稳定胃肠道功能及抗肠道炎症等方面具有一定作用。笔者就国内外研究报道，主要从酪酸菌对肠道黏膜免疫的角度进行探讨。

1　酪酸菌的生物学特性

酪酸菌又名酪酸杆菌，是人和动物的正常肠道菌之一，由于其代谢所产生的酪酸又叫丁酸，即也被称为丁酸梭菌。在自然界中存在于奶酪、天然酸奶、树叶、土壤中，也是人和动物的正常肠道菌之一，革兰氏阳性，严格厌氧。酪酸梭菌菌体呈直杆状或稍有弯曲，单个或对生，短链，后期产生芽孢，偏心或次端生，使得菌体中部膨大呈现梭形。菌落乳白色，边缘不规则，圆形稍凸，不透明，表面略有光泽，微有酸臭味［2-3］。酪酸菌耐高温，耐酸，在体内能耐受胃液、胆汁酸和消化液的作用，室温条件下具有良好的稳定性，便于储存。酪酸菌只对新生霉素、万古霉素、四环素及先锋霉素V等少数抗生素敏感，对强力霉素、链霉素、红霉素、环丙沙星、庆大霉素等其他多种抗生素具有很强的耐药性，可与某些抗生素同时使用，不影响其他细菌感染的治疗。

2　肠道黏膜免疫

肠道除了是机体消化、吸收营养物质的场所，其黏膜免疫也是机体防止感染的第一道防线。肠道黏膜免疫是指动物有机体与肠道黏膜表面的免疫［4］。肠黏膜屏障包括机械屏障、免疫屏障以及微生态屏障，这三个屏障在维持肠道微生态平衡，抵御病原体的入侵具有重要作用［5］。其中任何一个屏障遭到破坏，都会导致肠道免疫功能的异常。肠道黏膜免疫系统是机体免疫系统内最大也是最为复杂的部分，这不仅仅是因为肠道的内环境非常复杂，使得肠道黏膜免疫系统持续性受到包括病原体和共生菌群等的信号刺激，同时还因为肠道黏膜免疫系统需要依靠严格的调节机制来识别这些信号，进而启动一系列免疫反应。黏膜免疫系统主要是通过分泌slgA发挥作用，sIgA通过与病原微生物的表面抗原结合，阻止病原微生物在肠道黏膜上皮层定植和繁殖［6］，而达到保护肠上皮细胞免受微生物入侵。

3　酪酸菌对肠道黏膜免疫的作用机制

3.1肠道黏膜免疫系统对酪酸菌的识别

在肠黏膜免疫系统识别酪酸菌的过程中，Toll样受体（TLRs）和核苷酸寡聚结构域（NODs）起着主要作用。TLRs通过识别酪酸菌的固有成分，活化树突状细胞以克服T细胞的抑制效应影响随后的T细胞应答，继而引发固有免疫和适应性免疫，消除致病菌并形成肠道内微生物菌群NOD蛋白能够在肠上皮细胞的胞质溶胶内定植，通过胞内吸收并识别所有革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的胞壁酰二肽和内消旋的二氨基庚二酸基序，引发固有免疫和获得性免疫应答。

3.2酪酸菌的黏附定植

酪酸菌定植于宿主肠道后，对维持肠道微生物区系平衡，调节机体免疫功能具有重要作用。而黏附是酪酸菌定植宿主肠道的关键，因此明确酪酸菌的黏附机制对提高黏附能力及肠道黏膜免疫都具有重要意义［7］。酪酸菌的黏附过程基本可以概括为两个阶段［8］：第一阶段是非特异性的，借趋化作用使细菌和易感宿主细胞表面接近及定位，继之细菌黏附素与易感宿主细胞表面处于静电荷及疏水性结合；第二阶段是特异性的，即在第一阶段的基础上，黏附素进一步与相应的特异性受体结合，即黏附素-受体学说。

3.2.1黏附素

黏附素是细菌表面存在的一些特殊结构和相关蛋白质，具有使细菌黏附到宿主靶细胞的作用，化学本质是特定的蛋白质或糖脂成分，可存在于微生物的细胞壁、外膜蛋白、鞭毛、菌毛及微毛等结构。黏附素的种类随不同菌种及同一菌种的不同菌株而异。黏附素不但可以介导微生物对靶位点的附着，激发基于黏附的细胞内信号传导途径，而且可以通过竞争抑制等机制阻断具有类似受体结构的微生物的黏附活性［9］，这是酪酸菌抑菌作用的一个重要方面。

3.2.2黏附素受体

黏附素受体也是酪酸菌粘附所必需的物质之一，其成分可能比较复杂，大部分是具有脂肪酸结合位点的蛋白质或糖类。酪酸菌的黏附是其黏附素与肠上皮细胞黏附素受体特异性结合的过程。在畜禽体内，细菌黏附是黏附在上皮细胞表面的黏液层上。黏液中含量最多的蛋白是黏液素，黏液素中含有微量的甘露糖（＜0.1%），这些甘露糖的存在对许多病原菌的黏附具有重要意义。肠道存在一定量与这些病原菌的结合受体结构相似的寡糖时，寡糖将竞争性地与病原菌结合，减少病原菌与肠黏膜上皮细胞结合的机会。寡糖也可能结合到肠黏膜上皮细胞上，使上皮细胞的结构改变而不适合病原菌附着。郑跃杰等［10］用胰蛋白酶和过碘酸钠处理Lovo细胞后，发现其与双歧杆菌的黏附明显降低，从而证实双歧杆菌黏附素可能识别肠上皮细胞上特异的糖蛋白。用各种糖类进行抑制实验的结果进一步表明，双歧杆菌黏附素的受体可能与D-甘露糖有关。

3.3酪酸菌诱导的肠道免疫反应

3.3.1对肠黏膜分泌sIgA的诱导作用

IgA是机体黏膜防御感染的关键因素，主要由固有淋巴细胞和淋巴结分泌，IgA二聚体通过与肠黏膜上皮细胞产生的分泌小体结合，进而形成sIgA。sIgA（分泌性免疫球蛋白）为机体内分泌量最多的免疫球蛋白，主要由肠黏膜固有层中的IgA+B浆细胞分泌。酪酸菌进入消化道后，在肠道具有抗原识别部位的淋巴组织上发挥作用，活化肠黏膜内的相关淋巴组织，使sIgA抗体分泌增加，进而形成黏膜上的抗体。酪酸菌的代谢产物和整个细胞等抗原物质能通过M细胞进入肠内淋巴组织，激活Th2细胞，产生大量的IL-5，而IL-5是有效的IgA产生因子，能激活肠内淋巴组织生发中心的B细胞，使其转化为浆细胞，促使IgA分泌的增加。肠道中的派尔集合淋巴结为主要的IgA生成部位，而免疫球蛋白IgM的B细胞聚集到派尔集合淋巴结中，受到树突状细胞核T细胞的激活，IL-6、IL-10，和TGF-β促使IgM的B细胞转化为能够生成IgA的B细胞，最终使B细胞分化为IgA浆细胞，而浆细胞为肠道黏液中的主要淋巴细胞，可促进IgA的分泌。

肠道黏膜免疫中，sIgA经肠黏膜上皮细胞释放到肠腔内，和肠黏膜表面的正常菌群混合，可抑制病原微生物在黏膜表面的定植及有害肠道抗原的穿透，中和细菌毒素，维持肠道内的正常菌群平衡。sIgA缺陷或不足时，肠腔内的多种抗原，如病原、食物大分子等易引起肠黏膜免疫性炎症。

3.3.2对IgE分泌的抑制作用

经口耐受指口服某种抗原后，机体黏膜免疫系统对该抗原产生全身性不应答或低应答的状态，而对其他抗原仍可产生正常免疫应答。经口耐受是机体免疫系统的重要组成部分，对机体自稳定状态的维持具有重要意义。肠黏膜外周淋巴组织中成熟的淋巴细胞，对曾经口服过的抗原能够产生口服耐受，而当经口耐受受到抑制时，就会出现以血清中IgE分泌增多为特征的变态反应性疾病。

IgE即反应素，是引起I型变态反应的主要抗体，主要由消化道和呼吸道黏膜固有层中浆细胞分泌，分布于这些部位的浆膜细胞，外分泌液和血流内。有研究证明肠道正常菌群在经口耐受的产生中起决定性作用，而无菌动物则不能产生口服耐受，益生菌可使Th2和调节性T细胞产生TGF-β和IL-10，从而诱导口服耐受的产生，进而抑制IgE的产生。酪酸菌进入消化道后，被肠黏膜上的派伊尔氏结内特有的M细胞摄取，传递给派伊尔氏结内的抗原递呈细胞，低剂量的抗原诱导T细胞产生IL-4、IL-10和转移生长因子-β（TGF-β），抑制Th1细胞的分化，使机体产生口服耐受。干酪乳杆菌能诱导IFN-γ的分泌，但可抑制IL-4和IL-5的分泌，并显著抑制所有IgE和抗原特异性IgE的分泌，其主要是通过IL-12的增加，诱导Th1型T细胞的产生，而Th1型T细胞药也能抑制IgE的产生。

3.3.3对部分细胞因子的作用

存在于肠上皮细胞的TOLL-样受体能识别诸多细菌及细菌产物并被其激活，酪酸菌激活的是TOLL-样受体2（TLR2）调节的骨髓分化因子88（MyD88）的非依赖性途径，即TLR2接受刺激后导致适量NF-κB、IL-8、IL-6及TNF-α的分泌。而IL-6、IL-8、TNF-α等致炎性细胞因子是启动黏膜相关的免疫细胞（如树突状细胞、巨噬细胞）和肠上皮细胞相互作用所必需的，这些细胞因子又可增强上皮细胞的刺激作用，启动所有相关免疫细胞的相互作用，进而刺激宿主的非特异性免疫，以抵抗病原菌的感染且防止了自身免疫紊乱，而非依赖于MyD88激活NF-κB，进而导致IL-8、IL-6及TNF-α的过度分泌。丁酸具有抗炎症效应，体现在能改变肠道pH而抑制部分NF-κB转移因子的活力，自然降低炎症细胞因子（IL-8、IL-6）的过度表达。

有研究发现，食物过敏引起特应性反应的患儿的吞噬细胞活性与对照组婴儿相比，有所提高。表明过敏病人吞噬细胞活性介质的生成和释放提高，而使用酪酸菌可以缓减过敏反应，由此可以推测酪酸菌调节健康个体和病人吞噬细胞的活动有所不同，对健康个体起免疫刺激作用，对病人起降低炎症反应的作用。

4　小结

为使酪酸菌得到更好的应用，首先应对其作用机制进行了解。酪酸菌通过调节肠道菌群平衡、竞争黏附位点、促进肠道sIgA的分泌、抑制IgE的分泌等方式增强机体免疫力，进而发挥益生作用。在畜禽体，不同酪酸菌的不同菌株诱导的肠道局部免疫反应和全身系统免疫反应的机制也不尽相同，它们究竟通过何种具体、全面的机制发挥免疫作用仍不清楚，有待进一步的深入研究。

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1004-5090（2016）10-0008-03

（2016-08-16）