乳酸杆菌S层蛋白的作用

翁璐婷 吴浪 陈亮

摘要：乳酸杆菌S-层蛋白（surface-layer protein，slp）是细菌最外层结构，对乳酸杆菌的黏附、分子结合、维持稳定等方面都具有重要意义。它由许多规则、排列整齐的蛋白亚基以非共价结合的形式锚定在细胞壁上，其高度的结构规整性和在几种基质中的自组装特性，使它成为理想的结构。基于乳酸杆菌S层蛋白的粘附性、稳定性、细胞调节等特性，已经衍生出许多其他功能。本文将从乳酸杆菌S层蛋白的基本特点出发，结合现有的研究，对其主要作用做一综述。

关键词：乳酸杆菌、S层、益生菌

【中图分类号】 Q939.11+7 【文献标识码】 A      【文章编号】2107-2306（2022）10--01

细菌表面S层广泛存在于革兰阴性和革兰阳性细菌以及古生菌表面，S层作为细菌的最外层，对细菌起着一定的保护作用，也被认为是细菌形状的决定因素，同时还可作为一些分子、离子以及酶的结合位点，另外还可以参与细菌的黏附过程[1]。乳酸杆菌是一种革兰阳性细菌，广泛分布于人体消化道和泌尿生殖道[2]，乳酸杆菌的S层蛋白表面具有疏水性，带正电荷，通常呈碱性[3]。近年来，随着对乳酸杆菌S层研究的不断深入，其在生物技术、纳米技术等领域的潜力逐渐显现，本文旨在对乳酸杆菌S层的作用进行概括，为今后的研究工作奠定基础。

1. 黏附作用

乳酸杆菌作为一种肠道益生菌，首先取决于它对肠道的粘附性，目前已经有大量的研究表明，乳酸杆菌的S层对人体以及一些动物的肠道具有黏附作用。Wang， R. 等[4]从中国百岁老人的唾液中分离出了一种唾液乳杆菌，证明其S层蛋白CbpA可以粘附在肠上皮细胞HT-29上，随后在宿主中定植。与野生型相比，CbpA缺失突变体的粘附显著降低。提出CbpA作为多官能表面蛋白，通过切割宿主细胞外基质并参与粘附。Frece， Jiang等[5]发现嗜酸乳杆菌M92对小鼠回肠上皮细胞有黏附作用，当用5mol/L的LiCl去除其S层蛋白后，粘附力明显下降。并且在模拟胃液和胰液的环境中，相较于去除S层蛋白的M92，保留S层的存活率更高。这说明嗜酸乳杆菌M92的S层蛋白在介导对肠上皮黏附的同时，还具有保护细菌的作用，這对于建立肠道益生菌具有重要意义。

2. 抗感染

基于乳酸杆菌S层的黏附作用，许多研究者还发现S层蛋白具有抗感染的功效。有学者研究发现，乳酸杆菌S层蛋白可以通过竞争性抑制的方式，来减少致病性大肠杆菌对肠道的黏附，从而达到抗感染的效果[6-8]。同样地，这种竞争性抑制也可作用于沙门氏菌[9]。Li， P.等[10]对乳酸杆菌S层蛋白如何影响沙门氏菌诱导的Caco-2人结肠上皮细胞体外凋亡进行了研究，发现当CaCO-2细胞感染沙门氏菌SL1344时，是通过Caspase-3的活化来介导细胞凋亡。而加入乳酸杆菌S层蛋白，可以显著降低CaCo-2细胞凋亡，并修复细胞损伤。分析表明，S层蛋白抑制了Caspase-3活性并活化了细胞外信号调节激酶1和2（ERK1/2）信号通路，这一机制可能为拮抗沙门氏菌感染提供了一种新的途径。

除了对细菌的抑制作用，乳酸杆菌S层的竞争性抑制在抗病毒方面同样有效。Prado Acosta， M.等[11]以2种α病毒（基孔肯雅病毒（chikungunya virus）、semliki森林病毒（SFV））和2种黄病毒（寨卡病毒（zika virus）、登革热病毒（DENV））为模型，对S层抑制机制进行了研究。发现DC-SIGN的表达显著增强了四种病毒的感染。感染前用S层处理细胞，只在表达DC-SIGN的细胞中降低所有病毒的感染性。体外ELISA实验显示S层与DC-SIGN有直接的相互作用;然而，共聚焦显微镜和流式细胞技术显示，S层与细胞的结合与DC-SIGN表达无关。S层可抑制DC-SIGN表达细胞中SFV的结合和内化，但对病毒与DC-SIGN阴性细胞的结合无影响。这些结果表明，S层与常见的DC-SIGN结合化合物甘露聚糖具有不同的作用机制，它在阻断病毒感染方面具有直接作用，推测S层/DC-SIGN相互作用可能触发抑制病毒感染所需的信号通路的激活。

3. 细胞调节作用

乳酸杆菌S层的细胞调节作用主要表现为免疫调节和促进细胞增殖或凋亡。树突状细胞（DCS）是一种抗原提呈细胞，可以高效地摄取、加工处理、提呈抗原，成熟的树突状细胞可以有效激活T细胞，促进免疫应答[12]。Konstantinov， S. R.等[13]研究了乳酸杆菌NCFM及其细胞表面化合物与DCS的相互作用。乳酸杆菌 NCFM附着于DCS并诱导IL-10和IL-12的产生，还进一步证明，NCFM结合了一种DC特异性受体（DC-SIGN）。通过S层蛋白A（slpA）缺失的突变体显着降低与DC-SIGN的结合，证实了slpA就是DC-SIGN的特异性配体，其在功能上涉及DCS和T细胞功能的调节。

4.口服疫苗开发

如前所述，乳酸杆菌S层可以介导对肠道的黏附，能够抵抗胃肠道酸性环境，并且S层蛋白基因具有高度表达的特性。这些特点使得乳酸杆菌S层蛋白十分具有口服疫苗开发的潜力。有研究者[14， 15]将一种绿色荧光蛋白基因同S层蛋白基因融合，发现细菌表面出现不同程度的绿色荧光，这为口服疫苗开发提供了依据。Kajikawa， A.等[16]构建了Ι型人类免疫缺陷病毒（HIV-Ι）的膜近端外部区域（MPER）修饰的乳杆菌菌株。获得的重组蛋白在小鼠的胃内免疫，成功在小鼠血清和粘膜中检测出了MPER的特异性抗体。

5.展望

随着研究的深入，乳酸杆菌S层蛋白的神秘面纱也逐渐被揭开，成为极具开发潜力和应用前景的一种材料，已经在各个领域中取得一定成果。以前有学者认为，口腔中的乳酸杆菌是造成龋齿的其中一个原因，因其产生的乳酸会造成牙齿硬组织的脱矿，并且在龋坏组织中，常常可以检出相当数量的乳酸杆菌。然而现在有研究者认为，乳酸杆菌是作为龋坏的一种结果而存在，并不是导致龋坏的一个首发原因。因此，乳酸杆菌是否能作为一种口腔益生菌存在，其S层蛋白对于其他口腔细菌的黏附和定植有何影响，还值得进一步研究。89136473-F393-4D58-86EE-982894A4C18F

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作者簡介：翁璐婷，1996-8，女，汉，四川资阳，硕士研究生在读，纳米载药在防龋方面的应用.89136473-F393-4D58-86EE-982894A4C18F