乳酸菌胞外多糖的理化特性及免疫调节机制研究进展

吴彤，房晓彬，闵伟红，王辑

(吉林农业大学食品科学与工程学院，小麦和玉米深加工国家工程实验室，长春130118)

0 引言

乳酸菌EPS是指乳酸菌在生长代谢过程中分泌到细胞壁外的黏液多糖或荚膜多糖的总称[1]。EPS具有多种生理功能，包括增强人体免疫力[2-3]、抑制有害菌黏附[4]、降血压[5]、抗氧化[6]、抗肿瘤[7]、抗溃疡[8]、抗病毒[4]和改善肠道微生态环境等[9-10]。由于乳酸菌EPS具有独特的理化及流变学特性，因此可作为增稠剂、稳定剂、乳化剂、胶凝剂、填充剂和持水剂应用到食品、医药、石油化工以及生化产品等领域。尤其在食品领域中，EPS可作为新型天然的食品添加剂应用到发酵食品中，从而改善食品的质构、口感、流变学特性和风味等指标，同时赋予产品一定的营养保健功效。

乳酸菌EPS作为天然的大分子活性物质，在调节机体免疫过程中具有很好的免疫原性。更加值得注意的是乳酸菌EPS的来源具有可追溯性，同时不会产生毒副作用，是理想的天然免疫佐剂。因此，本文将就乳酸菌EPS的理化特性及免疫调节相关作用机制进行论述，为预防和治疗与免疫系统功能异常相关的疾病提供新的思路，也为开发以乳酸菌EPS为原料的功能性食品提供基础理论依据。

1 乳酸菌胞外多糖的理化特性

乳酸菌EPS对机体没有毒副作用，且来源是安全可靠的，目前已作为天然安全无公害的食品级添加剂，在一些欧美国家已经部分取代传统工业添加剂应用于发酵乳制品生产中。乳酸菌EPS对食品品质的贡献目前主要表现在酸乳生产中，在改善酸乳的黏度、质地、结构和口感方面具有很大的开发应用潜力[11]。EPS的理化特性主要包括：（1）改善发酵乳制品的质地、组织状态、风味和感官[12]。产EPS的乳酸菌已成功应用于低脂奶酪生产中，改善干酪的质地、保水性和融化性能等[13-14]。Perry等[15]用产胞外多糖的S.thermophilusM R-1C和L.delb.bulgaricusMR-1R作为发酵剂生产干酪，与不产EPS的发酵剂（S.thermophilusTAO 61）相比，干酪的质地得到明显提高。Aw ad等[16]将以产EPS的菌株S.thermophilus CHCC 3534和L.lactis ssp.crem oris JFR 1作为发酵剂制作低脂切达奶酪，其质地、加热溶解性能和口感与全脂奶酪相比没有显著差别，这大大提高了低脂奶酪的品质。R aw som等[17]人研究发现，利用产EPS发酵剂生产发酵乳，能够防止乳清析出，改善产品的质地和组织状态，使产品不需要再添加任何的稳定剂，增加了食品安全性和营养价值，并延长了商品的货架期。(2)改变发酵乳制品的流变学特性。尽管乳酸菌产EPS的产量不高，但一般较低浓度的EPS就可以对发酵乳制品品质起到较好的效果。利用EPS替代增稠剂，可以使发酵乳制品口感润滑、黏度增加、剪切应力提高。

产EPS的乳酸菌在非乳产品的开发中也具有良好的应用前景。如产EPS的乳酸菌应用于面团的发酵中，不仅可以增高发酵力，而且还可以改善馒头或面包的质地、结构和风味，产生的EPS还可以作为益生元，提高其营养价值[18-19]。

2 乳酸菌胞外多糖的免疫调节活性

免疫系统的紊乱不仅会产生多种疾病，而且与人类的衰老有关。研究表明，乳杆菌EPS在一般情况下对机体的免疫器官、特异性和非特异性免疫、细胞和体液免疫都有一定影响，能够在一定程度上增强机体的免疫调节能力。在体内实验中，Bleau等[20]给免疫缺陷小鼠灌胃L.rhamnosus RW-9595M EPS，分析血清中溶血素抗体水平和小鼠免疫器官与体重的比值，最终证明这株细菌所产EPS能够增加脾、胸腺指数和抗体积数，同时能显著促进细胞白介素-10（IL-10）的分泌。王辑[21]利用L.plantarum YW 11所产的EPS喂食人结肠癌细胞HT-29荷瘤裸鼠以考察EPS的体内抗肿瘤及免疫调节活性，结果发现，EPS可提高荷瘤裸鼠脾脏中自然杀伤细胞和细胞毒性淋巴细胞的细胞活性，并可促进荷瘤裸鼠血清中细胞因子IL-10、IL-2和TN F-α的分泌。在体外实验中，Shao等[22]研究了浓度分别为 10、100、1000μg/m L的 L.rhamnosus KF5 EPS对脾淋巴细胞增殖的影响，结果发现，脾细胞的增殖速度与EPS浓度呈现良好的剂量依赖关系，当EPS浓度为1 000μg/m L时获得了最高的增殖活性。Liu等[3]研究发现L.paracasei subsp.paracasei N TU 101和L.plantarum N TU 102所产的EPS能激活巨噬细胞R aw 234.7的免疫活性，通过诱导一氧化氮合酶产生来刺激NO的释放，同时诱导巨噬细胞分泌细胞因子IL-6、TN F-α、IL-1β。但是，由于乳杆菌EPS结构的复杂性和来源的广泛性，在机理上对EPS口服后是如何发挥免疫调节作用依然不清楚，导致学术界和消费者人们对这类产品的质量和功效心存疑虑，严重制约了该类食品市场的发展。

3 乳酸菌胞外多糖的免疫调节机制

首先，乳杆菌EPS的口服给药途径离不开肠道黏膜免疫反应。肠黏膜是机体面积最大的免疫器官，时刻在接触大量的抗原，是机体的第一道防线。随着对黏膜免疫研究的日益重视，黏膜免疫组织结构也逐渐清晰，黏膜免疫组织可分为特殊分化的肠道相关淋巴组织和弥散分布的淋巴细胞两类。前者如派氏结、肠系膜淋巴结和盲肠等部位的淋巴组织，后者包括上皮间淋巴细胞和固有层等处的淋巴细胞。肠道黏膜免疫在功能上有一个突出特点，即对食物中含有的大量抗原物质及肠道环境中存在的正常菌群产生免疫耐受，并能正常识别病原微生物中的抗原成分，从而产生相应的免疫反应。乳酸菌EPS的免疫调节功能是通过增强细胞介导的免疫反应，如促进T/B淋巴细胞增殖、激活NK细胞杀伤肿瘤细胞、提高单核细胞吞噬能力、促有丝分裂、释放细胞因子，从而增强宿主免疫防护作用[23]。Vindero la等[24]报道，给小鼠喂食乳酸菌胞外多糖能增加小鼠肠道产生免疫球蛋白IgA细胞的数量。

人类肠道是一个复杂的微生态系统，维持肠道菌群的平衡状态，对于预防或治疗因肠道菌群失衡引起的疾病是非常重要的。最新研究表明，机体免疫系统与肠道菌群有紧密的联系，肠道菌群与机体免疫系统处于相互影响的动态平衡中。一方面，免疫系统功能影响肠道微生物菌群的组成。如Hansen等[25]在检测IL-10分泌量不足的小鼠肠道菌群构成时发现其肠道微生物的多样性减少，在检测结肠炎引起肠黏膜免疫受损的小鼠肠道菌群构成时发现其肠道大肠杆菌、放线菌、变形菌等微生物的数量有所提高，而产气芽孢梭菌等微生物的数量大量降低。另一方面，肠道微生物菌群的组成反过来又会影响宿主的免疫系统功能。Sjögren等[26]研究发现，婴儿早期粪便中双歧杆菌的数量和肠黏膜SIgA分泌的浓度呈显著相关性，表明双歧杆菌的种类及数量可以促进肠黏膜SIgA分泌系统的发育及成熟。Li等[27]研究双歧杆菌所产生的EPS对小鼠肠道菌群的作用，发现该EPS能显著增加乳杆菌和厌氧菌的生长，并能对肠杆菌、肠球菌和脆弱拟杆菌起到抑制作用。Gom ez[28]等人从青春双歧杆菌ATCC 15703培养物的上清液中分离得到的胞外物质，能诱导鼠肝的脾变活性，从胞外物质中分离得到的EPS，显示出较高的淋巴增值应答内部促进作用。Zimm er等[29]发现EPS在人体肠道内经过微生物的代谢产生有机酸，抑制肠道内的大肠埃希菌等有害菌的生长。肠道菌群是通过刺激机体在肠道形成更多的免疫效应细胞和淋巴器官，增加免疫因子的分泌以及激活免疫应答等途径来促进机体免疫系统的发育和功能的调节。肠道是机体与外源物质直接接触的部位，肠道组织中存在大量的蛋白，这些蛋白表达的变化可反映出机体对外源物质的响应。利用蛋白组学方法，研究EPS对小鼠肠道组织蛋白的表达情况，可从蛋白水平上揭示EPS的作用机制。

乳酸菌EPS的免疫调节活性常与其理化特性有关（分子量、单糖组成、所带电荷）。如H idalgo-Cantabrana等[30]研究发现EPS带有电荷或较小分子量会产生较强强或温和的免疫刺激，而那些具有较大分子量的EPS会产生较弱的免疫刺激甚至是免疫抑制活性。由于乳酸菌EPS具有菌株特异性，不同菌株产生

的EPS差异性很大，不同的EPS具有各自特定的功能，因此在对新分离的乳酸菌EPS的功能筛选时，对其进行免疫活性的研究是很有必要的。

4 结语

乳酸菌是公认的食品级安全微生物（generally recognized as safe,GRAS），在食品工业中有着广泛的应用。乳酸菌EPS作为重要的代谢产物，来源安全，对机体无毒害作用。但在实际生产中乳酸菌EPS转化效率较低，生产成本较高，要实现工业化生产还有待进一步的研究。现阶段国内外有关EPS的研究还主要集中于影响EPS的生物合成条件。随着产EPS相关基因、活性多糖结构与活性关系的进一步确定，并且结合糖代谢控制和生物信息学分析，弄清其遗传背景，可为通过基因工程获得高产优质EPS菌株奠定基础。另外，面对肿瘤疾病目前只能依赖具有多种副作用的传统化学药物治疗的现状，人们正在不断寻求新的更加有效的天然抗肿瘤生物活性产品，通过分子生物学与病理学等研究手段，探明其相关作用机制。产EPS菌株具有良好的加工特性，将产EPS菌株应用到除酸奶以外的其它乳制品中（冰淇淋、发酵乳饮料、干酪），研究产EPS菌株对产品品质的影响。可见乳酸菌EPS可作为新型的生物活性产品，在医疗、食品科学及人类健康等方面的应用已成为今后研究的重点。

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