益生菌对肠黏膜屏障的作用机制

肠黏膜屏障是指正常肠道具有的将肠腔内物质与机体内环境隔离，防御外来抗原及致病性病原体侵入黏膜下层组织的功能，维持机体内环境的相对稳定和机体的正常生命活动。近年研究发现肠黏膜屏障功能的损伤与多种胃肠道疾病如炎症性肠病，胃肠道感染等的发生密切相关，有效修复和维持肠黏膜屏障功能对这些疾病的治疗至关重要。世界卫生组织定义益生菌为“摄人人足够数量后能够对宿主健康起到有益作用的活的微生物”。益生菌能够改善或预防多种胃肠道疾病，能够通过多种途径维持肠黏膜的屏障功能。本文分别就益生菌对肠黏膜屏障包括机械屏障、免疫屏障和生物屏障的具体作用机制作一综述。1益生菌对机械屏障的作用1．1

对肠上皮细胞作用肠上皮细胞屏障主要由完整的肠上皮细胞和细胞之间的紧密连接、黏附连接等组成。慢性的胃肠道炎症常与黏膜屏障紧密连接蛋白功能改变伴随的微生物抗原进入下层免疫组织相关。炎症性肠病(inflammatoryboweldisease，IBD)的发病机制被认为是由大量肠道细菌诱发的过度肠黏膜免疫反应，在具有遗传易患性的人群中导致的肠黏膜损伤。在IBD患者中促炎细胞因子[肿瘤坏死因子(TNF-α)、干扰素(IFN-γ)、白细胞介素(IL)-1β和IL-13)]能增加肠道上皮的通透性，加重炎症。另一方面，增加的上皮通透性能够使细菌抗原扩散至富含免疫细胞的黏膜下固有层进一步激发这种炎症反应形成恶性循环。有研究显示葡聚糖硫酸钠(dextransuIfatesodium，DSS)诱导结肠炎采用益生菌混合物VSL#3治疗，能够预防紧密连接蛋白包括闭合蛋白(occludin)和闭锁小带蛋白(zonu-laoccludens-1，ZO-1)的减少，维持肠黏膜屏障功能。乳酸杆菌能够通过调节黏附连接蛋白(E-cad-hern和β-catenin)的基因编码规律，影响其蛋白表达和复合物形成，进而调节肠上皮屏障功能。体外研究显示应用益生菌预处理能够抑制应激、感染或炎症因子导致的体外培养单层细胞屏障跨上皮阻力(transepitllelialresistance，TER)的减少和紧密连接蛋白的改变。益生菌还能够直接影响紧密连接蛋白结构而直接改变上皮屏障功能。嗜热链球菌和嗜酸乳杆菌均能够增加HT-29和Caco-2细胞单层的TER，降低其通透性。这些细菌能够通过增加蛋白质的磷酸化水平促进紧密连接蛋白occludin和ZO-1的活化。其作用是通过激活p38、ERK、PI3K和JNK细胞信号传导通路实现的。

益生菌还能作用于上皮细胞本身，调节有害刺激触发的凋亡。大肠杆菌Nissle(EcN)和鼠李糖乳杆菌(LGG)的上清液能够预防或抑制5-氟尿嘧啶导致的肠道细胞凋亡和肠屏障功能障碍。另一项研究显示鼠李糖乳杆菌分泌的一种可溶解蛋白p40能够激活表皮生长因子(EGF)受体和它的下游靶位Akt(丝氨酸／苏氨酸激酶)，从而抑制细胞因子诱导的上皮细胞系凋亡。

1．2

对肠黏液作用肠黏液层主要由杯状细胞分泌的黏液糖蛋白(mucousglycoprotein，MUC)和肠三叶因子(trefoilfactor3，TFF3)组成，直接与大量的肠道共生菌接触，在肠道表面形成一个保护层。黏液层在肠炎症区域变薄，导致细菌的黏附和穿透增加。溃疡性结肠炎患者的肠黏液厚度减少，特别是在炎症活动区域。益生菌能够促进黏液分泌，增加黏蛋白表达，增强屏障功能，排除病原。给予大鼠每天一定剂量的VSL#3混合益生菌7d后MUC2表达增加60倍，并伴有黏蛋白分泌的增加，MUC1和MUC3的表达也有增加，但是幅度很小。乳酸杆菌能够增加体外培养的细胞系Caco-2(MUC2)和HT-29(MUC2、3)的黏蛋白表达，阻断病原体大肠杆菌的黏附和侵入。另有研究显示乳酸杆菌的细胞提取物足以使MUC2的表达增加，提示益生菌对肠黏膜屏障的这种保护作用并不依赖于对细胞的黏附作用。

TFF3在肠道的损伤愈合和修复方面起主要作用H8

。但健康大鼠在给予VSL#3益生菌刺激后并没有显示结肠TFF3表达增加。而且，对DSS诱导结肠炎小鼠给予VSL#3治疗后，并没有显示TFF3表达或损伤愈合增加。提示益生菌并不能够通过上调TFF3的表达增强黏膜屏障功能并增加炎症损伤的修复。

2益生菌对免疫屏障作用

益生菌可以通过调节免疫细胞的功能及免疫球蛋白和细胞因子的表达影响肠道的免疫反应。Dalmasso等。将CD4+CD45RBhiT细胞从健康小鼠移植到有严重联合免疫缺陷的结肠炎小鼠体内，给予布拉酵母菌后小鼠肠道的炎性反应明显减轻，其作用机制可能是布拉酵母菌抑制了Th1细胞产生IFN-γ。黏膜树突状细胞(mucosaldendriticcell，DC)是黏膜免疫系统的重要组成部分，是特异性抗原呈递细胞是天然免疫和获得性免疫的关键环节。Christensen等将益生菌用放射法灭活后，与DC共培养，结果发现益生菌能上调组织相容性复合物-Ⅱ(MHC-Ⅱ)和B7-2(CD86)的表达，B7-2(CD86)与DC的成熟有关，提示肠道DC的免疫调节功能可能在一定程度上受益生菌调节。Konstantinov等研究了嗜酸乳杆菌NCFM及其表面复合物与DC间的相互作用，发现随着嗜酸乳杆菌NCFM与DC浓度比例的变化，抗炎细胞因子IL-10表达也发生相应的变化，而促炎细胞因子IL-12p70的变化则相反。

益生菌还能促进B细胞向浆细胞分化，并生成更多的分泌型IgA(secretoryIgA，sIgA)。在感染发生时益生菌能够增加总的sIgA水平，且能诱导产生病原特异性sIgA，而不是益生菌特异性sIgA。给予小鼠双歧杆菌预处理，能够显著的减少轮状病毒(给予两歧双歧杆菌和婴儿双歧杆菌)和肠出血性大肠杆菌(给予双歧杆菌乳亚种)感染后的发病，且肠黏膜中病原特异性kA抗体的滴度水平增高。另外，益生菌能阻断多种炎症因子的释放，如抑制核因子-KB(NF—KB)的活化及细胞外信号调节的激酶促炎通路，减少TNF-α、IL-8等的产生。o’Mahony等研究了在感染情况下，肠道益生菌对调节性T细胞及NF-KB因子活性的影响，在感染沙门菌或注射脂多糖(lipopolysacchaIide，LPs)后，给小鼠喂人双歧杆菌可以明显降低被感染或LPS激活的NF-KB因子的活性。此外，促炎细胞因子、T细胞增殖亦明显减少。与之相反的是调节性T细胞(CD4+CD25+FoxP3+Tcell)数量却明显增加，调节性T细胞在体内具有抑制NF-KB因子过度活性的作用。由此推断，益生菌可以通过影响调节性T细胞抑制NF-KB因子，保护机体免受过度炎症反应的损伤。但也有研究报道某些益生菌能活化NF-KB并增加促炎因子IL-6的分泌，提示益生菌在宿主的作用具有菌种特异性。对其他信号传导通路研究还发现，短双歧杆菌C50(BbC50sn)的分泌物可分别激活MAPK、GSK3、PI3K等通路，从而通过调节DC的功能来调节免疫功能。PI3K途径对BbC50sn延长Dc存活时间起到积极的作用，而p38MAPK和GSK起消极作用；PI3K和p38MAPK对DC的成熟起到促进作用，GSK3则相反；PI3K促进IL-10产生，GSK3则促进IL-12产生，p38MAPK对两者都有促进作用。不同的益生菌所具有的功能和影响路径是不一样的，提示使用肠道益生菌时应注意使用的目的及菌种的配伍。

3益生菌对生物屏障作用

益生菌能够通过产生或刺激宿主细胞产生抗菌或抑菌物质，拮抗致病菌定植等作用维持和增强其屏障功能。益生菌能够产生短链脂肪酸(SCFA)和细菌素或小菌素，从而直接抑制病原体生长或杀死病原体。体外研究显示乳酸杆菌和双歧杆菌能够直接杀死鼠伤寒沙门菌。益生菌能够通过分泌乙酸和乳酸降低肠腔内的pH，抑制一些病原体的生长。短链脂肪酸的产生也能够减少肠出血性大肠杆菌沙门毒素的表达，为防御感染增加一层屏障ⅢJ。唾液乳杆菌能够产生一种细菌素ABP-抑制杆菌、李斯特菌、肠球菌和葡萄球菌的生长，但是大多数乳酸杆菌的生长不受抑制，从而为正常肠道菌群提供了一种选择性优势并且能够限制致病菌的生长。益生菌还能够促进宿主细胞产生抗微生物肽类防御素，分为小肠潘氏细胞表达的α-防御素(HD-5、6)和肠上皮细胞表达的B-防御素(hBD1-4)。这些小分子阳离子多肽能够表达抗多种细菌、真菌和一些病毒的抗微生物活性，并且能够阻止病原体到达上皮层。降低的防御素与IBD的发生有关，并且增加细菌感染的易患性。体外研究发现对Caco-2细胞系给予EcN，共生大肠杆菌属DSMS2G2(Symbionor2)，一些乳酸杆菌或VSL#3刺激能显著上调hBD-2的表达和分泌。健康人接受Symbioflor2每天2次，3周后其粪便中hBD-2蛋白水平显著提高，而安慰剂组没有改变，并且在停止益生菌治疗9周后hBD-2水平仍有轻度升高。通过使用特定的抑制剂研究，hBD-2的分泌增强需要MAPK、ERK1/2、p38、JNK的参与。

益生菌还能够通过一种种属特异的方式，竞争是上皮细胞和黏液层的结合位点，进而抑制肠道致病菌的黏附与定植。益生菌还可防止条件性致病菌易位，阻止其向周围不断扩散，引起其他部位感染。体外研究显示乳酸杆菌能够黏附到肠上皮细胞，用乳酸杆菌预处理的细胞减少了与致病性大肠杆菌和肠出血性大肠杆菌的黏附。嗜酸乳杆菌Bar13能将90％的猪霍乱沙门菌伤寒血清亚种和68％的大肠杆菌H从定植位移除。

益生菌长期以来一直被用于传统药物的辅助治疗，维持肠道稳态和预防疾病。许多研究显示益生菌能够通过增加上皮细胞紧密连接蛋白，抑制上皮细胞凋亡，增加黏蛋白和sIgA的产生，调节免疫细胞和细胞因子，产生抗微生物肽，与病原体竞争黏附等作用，维持肠黏膜屏障功能。部分临床资料亦显示益生菌能够改善或预防胃肠道疾病，但是由于缺少大样本的临床研究证据，其实际效果一直备受争议。通过对益生菌作用机制的了解能够影响其未来在临床的使用，益生菌作为有希望的替代疗法和辅助治疗，应用价值与效果仍有待于进一步的研究。全文摘自《国际儿科学杂志》年9月第40卷第5期贝因美研究院

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