乳酸杆菌对肠道健康的调节作用研究进展

肖悦峥，刘佳琦，全梅芳

(湖南师范大学医学院临床医学系，湖南长沙 410006)

肠道健康主要依靠肠道的三大屏障，即肠道黏膜屏障、肠道免疫屏障和肠道生物屏障[1]。肠道黏膜屏障由完整的肠上皮细胞及其间的细胞连接和肠道黏液层构成，肠道免疫屏障由肠道免疫细胞及其分泌物构成，肠道生物屏障由肠道内正常菌群构成，三大屏障之间的良性互作是维持肠道内稳态的基础。肠道在炎症、感染及应激条件下，免疫功能紊乱，屏障组成发生改变；如果肠道屏障受损，也可能诱发多种疾病，如肠炎、神经疾病、代谢性疾病等[2]。因此，保护肠道健康是维持机体稳态的基础。乳酸杆菌(Lactobacillus)属于革兰阳性菌，发酵碳水化合物(主要指葡萄糖)产生大量乳酸，在自然界分布广泛，也是得到广泛应用的益生菌之一。作为肠道菌群的重要组成成员，乳酸杆菌能够调节肠道微生态环境，促进肠道的生长和发育，它除了参与肠道微生物屏障的构成，还通过各个途径影响其他屏障，在肠道健康的调节中发挥重要作用[3]。本文将针对乳酸杆菌和肠道健康之间的关系，分别从乳酸杆菌改善肠道菌群组成、保护肠道黏膜屏障、调节肠道免疫反应三个方面进行综述，为今后乳酸杆菌制剂的研究和开发提供参考。

1 改善肠道菌群的组成

在肠道微生态环境中，肠道菌群互相依存与制约，保持一定的数量和比例，与免疫系统相互作用并保持动态平衡，作为宿主的生物屏障，能有效抵御肠道疾病[4]。肠道菌群可分为共生菌、条件致病菌和致病菌。双歧杆菌和乳酸杆菌是共生菌的主要成员，定植在肠道内，组成相对稳定，并且在一定程度上抑制条件致病菌的大量繁殖，减少其对人体造成危害。沙门菌和致病性大肠埃希菌[5]是常见的致病菌，从外界摄入后可以在肠道内大量繁殖造成多种疾病。

在肠道菌群失衡动物模型实验中，陈大卫等[6]给小鼠喂养由发酵乳杆菌(Lactobacillusfermentum)Xn，植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)La、Yd及鼠李糖乳杆菌(Lactobacillusrhamnosus)J等比例配制的混合菌悬液及其发酵乳后，增加了小鼠肠道菌群多样性，并且，肠道中拟杆菌属、毛螺菌属、瘤胃球菌属、布劳特氏菌属及乳酸菌属的丰度增加，梭菌属和埃希菌属的丰度降低。兰慧等人[7]分别给结肠炎模型小鼠喂养植物乳杆菌GMNL-662和胚芽乳酸杆菌 Lp299v后，降低了阿克曼氏菌属、瘤胃球菌属占比，增加了普雷沃氏菌属、毛螺菌属、乳酸杆菌属的占比。在非酒精性脂肪肝(NAFLD)大鼠模型中，NAFLD组大鼠肠道中引起肥胖和炎症的细菌群显著增加，而益生菌含量显著降低。WANG等[8]用乳酸杆菌菌株L.plantarumMA2悬液灌胃后，厚壁菌门与拟杆菌门的比例升高，降低了作为条件致病菌的变形菌门的丰度。并且，MA2组大鼠肠道菌群优势属为Lactobacillus、Ruminococcaceae和[Eubacterium]_coprostanoligenes组，与正常大鼠肠道优势菌群组成相似。 由此可见乳酸杆菌干预可以改变肠道菌群结构，增加肠道菌群多样性，改善肠道微生态，优化肠道内环境。乳酸杆菌调节肠道微生态的作用机制主要有以下几个方面：(1)乳酸杆菌将糖类等碳水化合物发酵成乳酸和其他脂肪酸，维持肠道的酸性环境，抑制有害微生物的生长[9]。(2)乳酸杆菌分泌具有抗菌作用的物质如乳酸、抗菌肽细菌素和过氧化氢等。(3)乳酸杆菌可以黏附在肠道中的相应受体位点上，当病原体与宿主黏膜结合时与病原体发生竞争[10]。

2 保护肠道黏膜屏障

肠上皮细胞通过细胞连接紧密排列，细胞之间的连接由紧密连接(tight junction, TJ)、黏附连接和桥粒等组成[11]，相邻肠上皮细胞及其细胞间的连接和肠道表面黏液外层构成肠道黏膜屏障。其中最重要的细胞连接是紧密连接[12]，多种蛋白参与紧密连接的组成，如Occludin、Claudin、Zonular occludins-1(ZO-1)和Zonular occludins-2(ZO-2)，它们构成肠道屏障的微观支架，通过维持肠道紧密连接来增强肠屏障功能[13]。某些乳酸杆菌通过上调TJ蛋白的表达来减弱屏障破坏，如嗜酸乳杆菌(L.acidophilus)和植物乳杆菌(L.plantarum)分别在体内和体外模型中增加Occludin蛋白的表达[14-15]。

研究表明，Toll样受体(TLR)是调节肠道紧密连接蛋白的重要分子，而乳酸杆菌能刺激TLR2与配体相结合[16]，增强紧密连接蛋白的功能。植物乳杆菌通过刺激TLR2信号诱导ZO-1蛋白的重新定位[17]，副干酪乳杆菌通过增加TLR2和p-Akt的表达起到预防肠道上皮功能障碍的作用[18]。AL-SADI等[19]给小鼠喂养嗜酸乳杆菌LA1后，LA1依赖性附着在肠上皮细胞的顶膜表面，引起肠上皮细胞TLR2膜表达迅速增加，TLR2通过形成TLR2/TLR1和TLR2/TLR6异络合物，迅速增强了小鼠肠道紧密连接屏障功能。

乳酸杆菌对肠道黏膜屏障功能的影响可能是由不同的细菌结构和化学成分介导的，从鼠李糖乳杆菌中分离的可溶性蛋白可通过诱导Occludin和ZO-1蛋白的再分布来改善体外肠道上皮屏障的破坏[20]。并且，用分离的蛋白质进行预处理可以降低上皮对离子和大分子糖类的屏障渗透性。低聚果糖和丁酸是乳酸杆菌发酵过程中产生的细菌代谢产物，添加低聚果糖和丁酸会导致某些蛋白质(包括ZO-1和Occludin)重新分布到肠道紧密连接结构附近[21-22]，从而加强屏障保护作用。

肠道黏液蛋白是肠上皮表面黏液层的主要成分，作为肠道黏膜屏障的最外层，能有效阻止病原菌的入侵。CARIO等[23]发现，在HT-29肠上皮细胞系中，添加嗜酸乳杆菌A4细胞提取物(10.0 mg/mL)后，MUC2黏蛋白的表达增加，大肠杆菌O157∶H7附着上皮细胞的程度显著降低，提示嗜酸乳酸杆菌可通过诱导MUC2黏蛋白的表达抑制大肠杆菌O157∶H7的附着。在溃疡性结肠炎相关结直肠癌小鼠模型中，喂养益生菌gasseri乳酸菌505 (LG)与新型益生元tricuspidata库德菌叶提取物(CT)的混合制剂后，通过结肠屏障实验显示，作为肠道内黏液层生物标志物的MUC2黏蛋白和肠三叶因子(TFF3)的表达上调[24]。

3 调节肠道免疫反应

益生菌中的乳杆菌是母乳中的重要成分，在人出生以后，就发挥着驱动机体免疫系统发育成熟和平衡免疫反应的作用。研究发现，乳酸杆菌作为宿主的非特异性免疫调节剂，它可以通过菌体本身或者代谢产生的活性物质来刺激宿主免疫细胞，比如影响细胞因子，如CD4、TNF-α、NrF2、HO-1、IL-6、IL-8和IL10的表达水平，抑制NF-κB通路或者调节相关免疫细胞的数量，从而促进肠黏膜免疫系统发育成熟，并平衡机体的肠道免疫反应[25]。

某些乳酸杆菌可能通过影响小鼠血清中细胞因子的表达来减轻小鼠溃疡性结肠炎，RATHER等[26]从乳酸杆菌sakei probio65中分离出一种生物活性产物SEL001，给溃疡性结肠炎小鼠模型口服SEL001后，细胞因子CD4、TNF-α和IL-6的表达水平显著降低；并且，通过抑制TNF-α的表达，乳酸杆菌saki S1明显抑制了腹膜巨噬细胞中IL-6的表达[27]；在脂多糖刺激的腹腔巨噬细胞中，短乳杆菌G-101诱导IL-10表达的活性最强，且明显抑制了TNF-α、IL-6的表达[28]。有些研究还发现乳酸杆菌在显著降低TNF-α表达的同时，还增加了NrF2和HO-1的表达[29]。NF-κB是重要的炎症反应枢纽分子。某些乳酸杆菌如乳酸菌saki S1可能通过抑制NF-κB通路减轻炎症反应，可作为功能性食品治疗结肠炎[27]。在小鼠结肠炎模型研究中，短乳杆菌G-101通过抑制IRAK1/NF-κB、MAPK和AKT信号通路，从而减少了IRAK-1磷酸化、NF-κB活化和COX-2和iNOS的表达[28]。LI等[30]研究发现，给溃疡性结肠炎小鼠喂养发酵乳杆菌HFY06和阿拉伯木聚糖的混合制剂后，下调了肠道内NF-κB-65的mRNA表达，上调了IκB-α的mRNA表达，从而抑制了NF-κB信号通路的激活，并抑制了炎症因子TNF-α、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和环氧合酶(COX-2)的释放，从而发挥抗结肠炎作用。

某些乳酸杆菌还可以通过调节相关免疫细胞的数量来影响免疫反应。JANG等[31]发现，向溃疡性结肠炎小鼠注射发酵乳杆菌KBL374或KBL375后，增加了小鼠体内肠系膜淋巴结中调节性T细胞的数量。短乳杆菌G-101还可以抑制小鼠结肠中M1巨噬细胞标志物的表达，促进M2巨噬细胞的表达，从而促使M1巨噬细胞极化为M2样巨噬细胞，改善结肠炎[28]。

4 总结与展望

本文综述了乳酸杆菌可以通过改善肠道菌群的组成、保护肠道黏膜屏障以及调节肠道免疫反应三个方面的机制调节机体肠道健康，从而维持机体内环境稳态，改善机体的健康状况。目前，乳酸杆菌在生产实践中的应用正在逐步加强，以乳酸杆菌为基础制备的各种微生态制剂越来越广泛地应用于食品工业和医疗保健，常用的益生乳杆菌有:嗜酸乳杆菌NCFM (LactobacillusacidophilusNCFM)、干酪乳杆菌Shirota(LactobacilluscaseiShirota)、植物乳杆菌WCSF1(LactobacillusplantarumWCSF1)、鼠李糖乳杆菌GG(LactobacillusrhamnosusGG) 等[32]。值得一提的是，除了能够维护肠道健康，乳酸杆菌还有调节机体脂质代谢、抗肿瘤、促进营养物质吸收、抗衰老等功效，其作用机制以及应用前景值得我们进一步探讨与研究。并且，乳酸杆菌维护肠道健康的作用具有种属差异，不同种属的乳酸杆菌，其主要作用途径和部位可能不同。今后还需要更多体内实验的证据，来进一步明确乳酸杆菌对肠道健康的调节作用。