乳酸菌介导巨噬细胞极化作用的研究进展①

邵丽娜 杨文涛 王春凤 胡静涛

(吉林农业大学动物科学技术学院，吉林省动物微生态制剂工程研究中心，动物生产及产品质量安全教育部重点实验室，长春130118)

乳酸菌(Lacticacidbacteria，LAB)是一类能利用可发酵碳水化合物产生大量乳酸的革兰染色阳性菌，是益生菌的重要代表成员。在维持宿主机体稳态，激活免疫系统、促进免疫细胞活化、维持机体免疫平衡等方面具有重要作用[1,2]。乳酸菌以其在肠道定植黏附力好、对肠黏膜免疫调节作用突出而备受关注。研究发现乳酸菌能通过调节巨噬细胞的免疫功能以及吞噬能力来预防和治疗各种炎症疾病，是肠道内重要的一类益生菌[3]。

巨噬细胞(Macrophage，Mφ)是一类可塑性极强的免疫细胞，能吞噬和杀伤入侵机体的病原菌，是固有免疫的重要组成之一。通过识别病原体表面的模式识别受体激活并调节细胞因子的表达、免疫信号通路等阻止病原体入侵。乳酸菌可以增强Mφ吞噬病原菌的能力，同时在不同的免疫微环境下可以促进巨噬细胞分化为不同的表型[4]。近年来，乳酸菌对巨噬细胞产生免疫调节的作用机制成为研究热点，并且还发现乳酸菌能调节巨噬细胞不同表型的极化。因此，有必要对乳酸菌调节巨噬细胞极化的作用机制进行深入探索，从而为炎症疾病提供新的治疗方向。

1 巨噬细胞在不同病原感染模式下的表型变化

巨噬细胞在机体中参与特异性免疫和非特异性免疫。在特异性免疫中主要发挥细胞免疫调节和抗原递呈的功能并能激活获得性免疫。在非特异免疫中主要负责清除病原微生物与衰老细胞、促进炎症反应，并能够重构与修复损伤组织。在机体特定的组织微环境下，巨噬细胞可分化为不同的表型，即分化为经典活化的M1型和选择性活化的M2型巨噬细胞[5]。M1型和M2型巨噬细胞在机体中发挥不同的免疫功能。M1型巨噬细胞促进Th1反应，具有较强的杀菌作用，而M2型巨噬细胞促进Th2反应，具有组织重构、免疫耐受的功能[6]。一旦入侵微生物被消灭，机体组织应答就必须从杀伤过程转换为组织修复过程，巨噬细胞也会随着炎症的发展而发生变化。它们首先被TNF-α以经典方式激活杀灭摄入的病原菌，随后这些M1型巨噬细胞逐渐转变为M2型细胞，并表现出抗炎特性[7]。

当组织被病原体侵入时，单核细胞被募集并分化成巨噬细胞，巨噬细胞通过极化不同的表型来发挥不同的免疫功能来保护机体的稳态。通常在细菌感染的早期阶段巨噬细胞极化为M1型。细菌中存在的病原体相关分子模式被病原体识别受体识别时(如Toll样受体，TLR)，巨噬细胞被激活并产生大量的促炎介质，包括TNF-α、IL-1和一氧化氮(NO)，它能杀死入侵的生物并激活适应性免疫，具有促炎作用[8]。有研究表明鼠伤寒沙门氏菌(S.typhimurium C5)能增强巨噬细胞诱导型一氧化氮合酶(iNOS)表达，促使巨噬细胞向M1型极化，这种机制可能与细菌在巨噬细胞内存活和复制的能力有关，这对全身性疾病是必不可少的[9]。大肠杆菌k88诱导巨噬细胞产生大量的促炎因子TNF-α等，促使巨噬细胞向M1型极化[10]。这种机制被认为与感染伤寒沙门氏菌、沙门氏菌及大肠杆菌等病原菌的早期阶段有关[11]。如果巨噬细胞介导的炎症反应持续产生，将会使促炎细胞因子过度产生，从而导致组织损伤。因此，巨噬细胞极化成M2型巨噬细胞，分泌大量的白细胞介素-10(IL-10)和转化生长因子-β(TGF-β)抑制炎症以缓解炎症反应促进伤口愈合、有助于组织修复和重塑促进[12]。

巨噬细胞极化也参与病毒和寄生虫感染模型，M2型巨噬细胞可抑制炎症并促进组织愈合和清除凋亡细胞并加速炎症的消退[13]。流感病毒可以诱导巨噬细胞极化，其模式为早期极化为具有较强杀伤活性的M1型巨噬细胞，后期极化为兼具杀伤活性和组织损伤修复活性的M2b型巨噬细胞[14]。此外，M2型巨噬细胞具有调控蠕虫感染的各种病理特征的作用，包括T细胞反应的抑制、纤维化的调节等。还有研究表明弓形虫感染巨噬细胞后能够明显诱导静息状态的巨噬细胞朝向M2型的方向极化，从而改变巨噬细胞的表型和功能。本研究为进一步阐明弓形虫与机体免疫系统相互作用提供了实验依据[15]。还有一些研究结果表明在新孢子虫感染小鼠后期能够诱导小鼠腹腔巨噬细胞极化为M2型巨噬细胞[16]。巨噬细胞的极化为如何提高宿主抵抗病毒和寄生虫感染的研究提供思路和依据。M1型和M2型巨噬细胞在机体内互相转化以提高宿主抵抗病原的能力，同时能维持机体稳态，这将成为临床上治疗炎症疾病的切入点。

2 乳酸菌对巨噬细胞极化的作用影响

乳酸菌作为肠道益生菌，定植在动物肠道从而增加黏膜底层细胞出现大量的淋巴细胞、巨噬细胞等这些免疫细胞能够维持动物的肠道稳态。刘东方等[17]研究发现乳酸菌可以显著增强巨噬细胞吞噬活性和提高NO分泌水平，表明它可以激活免疫细胞及调节细胞因子分泌发挥一定的免疫增强作用。研究发现ELISA法检测脂多糖(LPS)处理后的巨噬细胞上清液，发现乳酸菌能促进LPS诱导的巨噬细胞上清液中产生IL-10[18，19]。表明乳酸菌能促进巨噬细胞发挥它的抗炎作用，对机体进行免疫调节，使机体处于一种平衡的状态。此外，乳酸菌的细胞壁成分如：肽聚糖和多糖也能显著增强巨噬细胞的吞噬能力，并且提高胞内游离Ca2+离子浓度，从而增强巨噬细胞杀伤肿瘤细胞的活性[20]。王辑等[21]给免疫抑制小鼠模型不同剂量的植物乳杆菌JLK0142的胞外多糖发现胞外多糖可以提高RAW264.7巨噬细胞的增殖，并且显著地增强了巨噬细胞的吞噬能力及NO分泌量。表明植物乳杆菌JLK0142胞外多糖能有效提高RAW264.7巨噬细胞的免疫活力。这些研究表明乳酸菌可以激活巨噬细胞活性，使其大量分裂增殖，增加其表面受体的含量而显著增强其吞噬能力，促使其分泌细胞因子，从而发挥其抗感染的效应[22]。

乳酸菌既能促使巨噬细胞活化又能在机体发生感染的不同阶段使巨噬细胞极化不同的表型。当病原微生物感染突破机体的免疫屏障时，病原微生物会激活巨噬细胞，释放大量的炎症因子加剧机体炎症反应。同时乳酸菌会促使巨噬细胞向不同的表型极化而表现不同的免疫防御功能，从而缓解机体的炎症反应。粪肠球菌(Enterococcusfaecalis)为消化道内正常存在的一类微生物，在肠黏膜具有较强的耐受和定植能力，并且是一种兼性厌氧的乳酸菌，它能调节巨噬细胞极化。Christoffersen等[23]研究发现粪肠球菌诱导巨噬细胞的iNOS表达增加且精氨酸酶-1表达降低，诱导分泌相对较低水平的IL-10和分泌高水平诱导的TNF-α。这些结果表明粪肠球菌可诱导巨噬细胞M1型极化。为乳酸菌如何调控宿主防御提供了新的见解。乳酸杆菌作为乳酸菌的一种，它的黏附力较好，近年来被用来研究炎症疾病甚多。有研究表明在炎症疾病中，乳酸菌能促进M2型巨噬细胞的增加，从而有利于炎症的缓解。Sohn等[24]在研究中发现副干酪乳酸杆菌(Lactobacillusparacasei)在非酒精性脂肪性肝炎(Nonalcoholic steatohepatitis，NASH)模型中肝窦内表面的吞噬细胞-库普弗细胞(Kupffer cell)有着不同的表型极化。表明副干酪乳杆菌可降低NASH患者的肝脏脂肪堆积和血清丙氨酸氨基转移酶(Alanine aminotrans-ferase，ALT)水平，降低肠道通透性。另外，副干酪乳杆菌减少由NASH引起的库普弗细胞浸润，抑制促炎性M1型库普弗细胞应答并被激活抗炎性M2型应答，从而在NASH中诱导M2型库普弗细胞极化。副干酪乳杆菌通过库普弗细胞M2型极化来降低NASH模型中肠通透性并减轻肝脏脂肪变性。在抵抗病原菌的侵入时，M1型与M2型巨噬细胞存在一种平衡关系，以维持内环境的稳态。最新一项研究发现给老鼠饲喂益生菌解淀粉芽孢杆菌BaSC06后，发现BaSC06可直接促进巨噬细胞M1型极化，增加其对沙门氏菌的杀伤功能，这与Ji等[25]的研究一致。此外，还发现BaSC06调节的肠道菌群能够促进巨噬细胞向M2型极化，维持肠道稳态和炎症平衡。表明饲喂BaSC06后诱导的肠道M1型和M2型巨噬细胞共同发挥抵抗沙门氏菌感染的效果[26]。因此，我们得出结论乳酸菌对巨噬细胞的极化和炎症发生过程相关。炎症发生早期，乳酸菌促进巨噬细胞分泌大量促炎因子可以杀伤胞内的病原菌。而在炎症发生晚期，乳酸菌抑制巨噬细胞分泌大量抑炎因子IL-10来杀伤胞外的病原体，还可以进行组织修复和伤口愈合[27]。乳酸菌主要通过使巨噬细胞极化不同的表型，调节着炎症疾病发生、发展和终止的一系列过程。这些研究使我们对乳酸菌改善炎症的机制有了进一步的认识。

3 乳酸菌通过TLRs/Notch/NF-κB信号通路对巨噬细胞极化的调控

巨噬细胞M1-M2极化是一个严格控制的过程，可以在其特定的微环境中相互转化M1和M2表型，整个过程需要信号通路来调节网络。参与巨噬细胞极化调节的信号通路有TLR、Notch、NF-кB等。这些通路之间的相互作用不仅能调节巨噬细胞的免疫功能还能调控巨噬细胞极化。因此，鉴定乳酸菌与巨噬细胞极化的动态变化并了解其相互作用对于阐明疾病治疗进展至关重要。

TLR信号能介导炎症疾病并且与巨噬细胞极化调控密切相关[28]。研究表明嗜酸乳杆菌的肽聚糖(Whole peptidoglycan，WPG)能通过激活小鼠脾脏中TLR2从而抑制NF-κB信号通路，对β-乳球蛋白过敏症状有一定的抑制作用，从而缓解β-乳球蛋白过敏反应[29]。副干酪乳杆菌通过对宋内志贺菌(S.sonnei)的刺激导致TLR4表达量减少，表明副干酪乳杆菌对TLR4介导的信号通路起到一定的抑制作用[30]。这些研究表明乳酸菌可能通过抑制TLR4受体从而控制NF-κB的活性，抑制巨噬细胞向促炎性的M1型巨噬细胞极化，促进向抑炎型M2型巨噬细胞极化，达到缓解机体炎症反应的目的。炎症反应与巨噬细胞极化密不可分，在巨噬细胞极化过程中TLR受体和NF-κB信号通路起着关键性的作用。

NF-кB信号通路是巨噬细胞中标志性的转录因子，激活的NF-кB二聚体主要由Rel家族蛋白p50和p65亚基组成。p65活化可以启动机体的炎症反应，使巨噬细胞向M1表型极化，NF-кB的p50亚基在巨噬细胞向M2表型极化的过程中起重要作用，p50NF-кB可以抑制NF-кB的活化。Porta等[31]在p50缺陷型的小鼠中发现M1激活使炎症反应加剧。表明NF-κB的p50亚基，抑制巨噬细胞向M1极化并促进巨噬细胞向M2极化，p50亚基是M2介导炎症反应的重要组成部分。乳酸菌可以调节巨噬细胞的NF-κB信号通路，并对黏膜免疫产生相应的影响，其分泌的可溶性因子能抑制巨噬细胞NF-κB信号传导通路，从而抑制促炎细胞因子的大量释放，抑制巨噬细胞向M1表型极化[32]。许光勇等[33]用乳酸菌的代谢物乳酸(LA)对LPS刺激下的大鼠肠道黏膜微血管内皮细胞进行试验处理后，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能减少NF-κB信号中炎性细胞因子的产生，抑制巨噬细胞向M1型极化。Jang等[34]发现短乳杆菌G-101通过抑制NF-κB、MAPK和AKT途径将M1型巨噬细胞极化为M2型巨噬细胞，从而来改善小鼠的结肠炎。研究表明鼠李糖乳杆菌的上清液(LGG-CM)能够通过抑制NF-кB通路，促进巨噬细胞向M2极化，预防大肠杆菌引起的细菌性脑炎[35]。大量研究表明乳酸菌通过降低NF-кBp50亚基的蛋白水平，从而抑制NF-кB信号通路，促使巨噬细胞向抑炎性的M2型极化以发挥组织修复降低炎症反应的功能。

此外，Notch信号通路对于调节巨噬细胞的发育、分化以及成熟也具有重要作用。Notch信号通路调节巨噬细胞向M1表型极化，可以刺激巨噬细胞分泌更多的促炎细胞因子和趋化因子，使机体产生更强烈的炎症反应。当Notch信号被阻断，发现与M1表型巨噬细胞相关的炎性减少，而M2表型巨噬细胞显著增多[36]。由此可见，Notch信号在调节巨噬细胞极化方面起到了很关键的作用并且在炎症反应调节中起到一定的作用。赵洪伟等[37]发现(3，5-二氟苯乙酰基)-L-丙氨酰基-L-2-苯基甘氨酸叔丁酯(DAPT)能够抑制LPS诱导的IκBα磷酸化和NF-κBp65核转位。表明Notch1通过激活NF-κB参与LPS诱导巨噬细胞炎症介质释放。而过多的炎症因子会引“炎症因子风暴”，继而导致机体发生败血症。有研究表明鼠李糖乳杆菌能改善由沙门氏菌引起的肠道炎症的机制，使机体达到一种平衡的状态[38]。乳酸菌抑制机体炎症可能是通过抑制Notch从而控制NF-κB活化，促进巨噬细胞向M2极化。乳酸菌不仅能缓解肠道炎症，还有研究发现在急性肝衰竭(Acute liverfailure，ALF)的小鼠模型中，血浆中升高的LPS使肝组织内的巨噬细胞活化，从而激活了Notch信号通路，增加急性肝衰竭晚期重要炎症介质高迁移率族蛋白B1(High mobility group protein B1，HMGB1)和抗炎细胞因子IL-10的分泌量。乳酸菌可以通过降低ALF小鼠血浆中LPS的表达水平，来抑制巨噬细胞的活化，控制Notch的信号转导，降低HMGB1和IL-10的表达水平，对肝脏起到一定的保护作用。乳酸菌通过抑制Notch信号通路从而控制NF-κB活化来调控巨噬细胞向M2型极化，这种机制不仅能减轻炎症反应，还为治疗肝脏疾病提供新的研究方向。

机体作为一个大的信号网络通过整合多个信号分子、建立庞大的精密的信号通讯网络，实现对巨噬细胞极化的调节。因此，机体调节巨噬细胞极化的机制是一个极其复杂的过程。除了上述重要信号通路外，还涉及MAPK、JNK-STAT、JNK等其他通路。以上这些不同的信号通路能调节巨噬细胞的免疫功能，促使巨噬细胞向不同的表型极化，从而对炎症疾病有所缓解。

4 总结

乳酸菌在建立黏膜防御屏障，活化免疫细胞、抑制炎症反应等维持机体免疫平衡中具有潜在效应。特别是在抑制和改善肠道炎症方面，乳酸菌已经逐渐成为研究的热点。机体的炎症发展过程与巨噬细胞极化有着密切关联，乳酸菌调节巨噬细胞的极化很有可能是其改善肠道炎症反应的一个重要机制。乳酸菌通过影响TLRs/NF-κB/Notch等信号分子的表达，继而调节巨噬细胞分泌的细胞因子，影响巨噬细胞的极化，从而预防和治疗肠道炎症疾病。本文为乳酸菌在治疗炎症疾病方面提供了新的研究方向。