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乳酸菌影响宿主肠道健康的作用机制
供稿人：董苗苗整理编辑：谢许茵
1.引言
乳酸菌是机体重要的生理性细菌，对肠道健康起着重要作用。它是一类能从葡萄糖或乳糖的发酵过程中产生乳酸的无芽孢、革兰氏染色阳性细菌的总称，主要包括乳杆菌、乳球菌、链球菌与片球菌等18个菌属。在正常情况下，肠道微生物屏障是肠道微生物菌群与宿主之间形成的一个既相互依赖又相互作用的微生态平衡系统，作为肠道屏障来抵制病原菌的入侵。乳酸菌是动物胃肠道内的优势菌群，尤其在十二指肠到回肠末端的区域含量丰富。本文以乳酸菌作为研究对象，综述了乳酸菌首先黏附于肠道黏附上皮，同时通过产生乳酸、细菌素以及其他抗菌物质来抑制大肠杆菌等肠道病原菌的增殖，维持肠道健康。
2.乳酸菌对动物肠道的黏附
刚出生的动物肠道是无菌状态，外来菌群随着时间的延长不断的黏附和定植在肠道，成为常驻菌群。乳酸菌的表面有一些黏附素（S层蛋白、脂磷壁酸、胞外多糖、肽聚糖等），这些黏附素与宿主细胞的特异性黏附素受体结合，起到粘附竞争的作用，防止其他具有相似结构病原菌的黏附；同时提高乳酸菌在肠道菌群中的含量，使其发展为优势菌群，它会优先利用肠道内的营养物质，从而竞争性抑制了有害菌的生长繁殖。但乳酸菌的粘附效应不仅与黏附素和黏附受体的特征相关，也受到多种外界环境因素的影响。
2.1黏附素
2.1.1S层蛋白的黏附
S层蛋白是一种包被于乳酸菌细胞表面的生物大分子蛋白，以非共价键方式结合在细胞膜上，具有保护菌体、影响菌体表面性质、提供外酶的附着结构，黏附于宿主上皮细胞等功能。?vall-J??skel?inenS等人[1]研究发现嗜酸乳酸杆菌M92用氯化锂处理去除其S-层蛋白后，菌株不能与鼠的回肠上皮细胞发生黏附。Chen等人[2]的实验研究结果与其相同，通过分离筛选出一株弯曲乳酸杆菌ZJ，SDS-PAGE分析菌体表面蛋白显示有S层蛋白存在，去除S层蛋白后ZJ对HeLa细胞的黏附率大大降低。
2.1.2脂磷壁酸的黏附
脂磷壁酸由1,3-二磷酸和糖脂组成，能通过脂结构与细胞膜相连。脂磷壁酸通过其脂质部分结合在上皮细胞的纤维连接蛋白受体，起到黏附分子的作用，同时脂磷壁酸的低等点电使菌株表面分布负电荷，从而细菌细胞壁是阴离子的性质，为细菌与细胞受体之间的黏附提供了基础[3-4]。孙进等人[5]通过用三氯乙酸溶液处理植物乳杆菌Lp6，细胞壁外露的脂磷壁酸被破坏，然后进行乳酸杆菌黏附大鼠小肠粘液实验，研究发现处理后的Lp6的黏附性降低。Granato等人[4]将约氏乳杆菌La1用于小鼠免疫并制备和提取单克隆抗体，研究发现提取的单克隆抗体可检测到La1表面的脂磷壁酸，进一步分离纯化脂磷壁酸，发现其能强烈地抑制脂磷壁酸与Caco-2细胞之间的黏附，并呈浓度依赖性抑制。这些研究证明不同菌株的粘附性有差异性。根据脂磷壁酸的结构，为了检测脂磷壁酸是否参加了对上皮细胞的黏附过程，可采用碱溶液处理乳酸菌表面，使其结构发生变化，若检测发现该菌株的黏附能力下降，则证明乳酸杆菌的黏附素之一就是脂磷壁酸[6]。
2.1.3胞外多糖的黏附
乳酸菌胞外多糖是乳酸菌在生长代谢过程中分泌到细胞壁外的黏液或荚膜多糖。胞外多糖在提高菌株对肠道表面的非特异性黏附能力方面起到重要作用[7]。乳酸菌通过其菌体表面分泌的胞外多糖与肠道外黏液层进行融合，进而黏附。BadelS等人[8]研究现发胞外多糖在乳酸菌表面的分布决定了其疏水特性，影响乳酸菌在肠道黏液层的初步黏附。胞外多糖在以非特异性黏附为主的同时，还可以作为宿主配体或致病菌凝集素，调节特异性黏附和凝集。SatoToshihiro等人研究发现，乳酸菌与致病菌竞争肠上皮微绒毛上的脂质和蛋白质上的相同复合多糖受体，进而与致病菌竞争生存与繁殖空间、定居部位以及营养，形成生物屏障。
在乳酸菌黏附肠道的过程中，乳酸菌细胞表面要有黏附素外，宿主细胞也必须有相应的黏附素受体才能完成两者的黏附。黏附素受体是细菌黏附的一个重要组成部分。
2.2黏附素受体
目前对乳酸菌黏附素受体的报道很少，大部分研究多是推测黏附素受体可能的类型与性质。郑跃杰等人[10]研究了双歧杆菌对体外培养肠上皮细胞的黏附试验，认为肠上皮细胞的黏附素受体为糖蛋白。李振梅[11]用嗜酸乳杆菌（ATCC）鉴定昆明鼠、新西兰兔和草鸡肠道的黏附素受体的试验表明：每种动物的肠道粘液蛋白与嗜酸乳杆菌的表层蛋白皆有一定程度的结合能力。高巍等人[12]用乳酸菌和双歧杆菌对猪小肠黏液蛋白的黏附试验时发现，发现肠道黏液蛋白存在两种细菌的特异性受体，而且这个受体物质可能为蛋白质，而不是糖蛋白。
2.3影响乳酸菌黏附的因素
乳酸杆菌黏附在肠道中的能力和细菌的黏附素有关，但受很多外界环境的影响，如PH值、钙离子浓度、温度、浓度等。蒋建军等人[13]采用体外细胞培养的方法，探究了不同培养条件对乳酸菌黏附猪小肠黏膜上皮细胞的影响，结果表明中性及偏酸性环境有利于乳酸杆菌的黏附，当pH值为6.0时黏附能力最强。这与伦永志等人[14]研究双歧杆菌时酸性环境比碱性环境有利于细菌黏附的结果相似；同时该实验表明Ca2+浓度为2mmol/L时，乳酸菌在猪肠上皮细胞中定殖效果最佳。Nadja等人[15]以IPEC-J2细胞系作为模型，体外测定11株乳酸杆菌的黏附能力，发现钙离子显着增加了测试的乳杆菌与IPEC-J2细胞的结合。因此，钙离子浓度能够影响乳酸菌对肠上皮细胞的黏附过程。有研究报道，温度可能会改变乳酸菌表面的黏附素结构，从而影响菌体与肠道上皮细胞表面特异性受体的结合，使乳酸菌的黏附能力下降。但伦永志等[14]人研究发现较高温度预处理一段时间双歧杆菌，其黏附能力和活菌非常相似。可能温度对粘附性的影响存在菌株差异性。
乳酸菌对肠道的黏附是其发挥生物功能的前提。乳酸菌黏附于宿主肠道，形成稳定的优势菌群，并在代谢过程中产生多种抑菌物质，如乳酸，细菌素、过氧化氢等，对致病菌产生拮抗作用，调节肠道黏膜免疫，改善胃肠道屏障，从而保护肠道。
3.代谢产物的抑菌作用
3.1乳酸
乳酸菌产生乳酸，乳酸能够改变细胞膜的通透性，同时乳酸可以降低肠道pH值和Eh（氧化还原电位）值。Otero等人[16]研究发现加氏乳杆菌产生的乳酸能使金黄色球菌细胞膜瓦解，使其细胞内容物渗出，从而对金黄色葡萄球菌起到抑制作用。幽门螺杆菌是引起人胃病的细菌病原体之一，研究发现戊糖杆菌LPS16菌株具有广谱抗幽门螺杆菌的活性，可用于预防幽门螺杆菌的感染[17]。由于乳酸的积累鼠，鼠李糖乳杆菌GG对伤寒沙门氏菌的强抗菌作用[18]。因此，乳酸是一种重要的抗菌化合物。
3.2过氧化氢
乳酸菌具有黄素蛋白氧化酶活性，在有氧条件下可产生过氧化氢，过氧化氢也是一种重要的抗菌化合物。产生得过氧化氢不断得积累，能够激活肠道内的过氧化物酶-硫氰酸盐反应系统，并与过氧化物酶结合，将硫氰酸盐氧化成氧化性中间产物，抑制病原菌的生长[19]。同时，当乳酸产生过氧化氢时，超氧化阴离子形成破坏性氢氧游离基，这种超氧游离基对细菌的杀伤力来自于对细胞壁的强氧化作用及对核酸及细胞内蛋白质的破坏作用[20]。Pridmore[21]发现约氏乳杆菌NCC产生的过氧化氢在抗沙门氏菌活性中有重要的作用。郑和义等人[22]研究发现产生过氧化氢的乳酸杆菌在PH5.0情况下对淋球菌过氧化氢酶活性有明显的抑制作用，其裂解物也能有效抑制淋球菌过氧化氢酶活性，通过对这种酶的抑制进而抑制淋球菌的生长。
3.3细菌素
细菌素是由乳酸杆菌在代谢过程中通过核糖体合成产生的一类具有抑菌活性的多肽或前体多肽。乳酸菌产生的细菌素可通过诱导致病菌细胞膜的通透化，使得致病菌的胞内物质外流，从而达到抑菌或杀菌作用[23]。Corr等人[24]研究发现唾液乳酸杆菌UCC能产生大量的细菌素Abp，在体内具有有效的抗菌功能。唐春梅等人[25]在排除酸性产物和过氧化氢干扰后，乳酸菌产生的细菌素对金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌等革兰氏阳性细菌以及大肠杆菌、沙门氏菌等革兰氏阴性细菌具有显著的抑制作用，同时该细菌素具有良好的热稳定性，在酸性条件下抑菌活性稳定,并且具有较广的抑菌谱，能够抑制多种革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌。
4.小结
随着人们对肠道菌群不断深入的研究，肠道菌群对于维持机体健康发挥着重要的作用。乳酸菌是人类和动物肠道中正常的优势有益菌之一，其益生作用主要是能够调节肠道微生物的平衡。乳酸菌通过对肠道的黏附与定值，并在代谢过程中等够产生多种抑菌物质，进而起到维持机体健康的作用。了解乳酸菌对肠道的调控过程可以帮助我们更好的利用乳酸菌去预防疾病，促进动物生长，具有重要的意义。
参考文献
[1]Silja?vall-J??skel?inen,AiriPalva.Lactobacillussurfacelayersandtheirapplications[J].FEMSMicrobiologyReviews,,29(3).
[2]ChenXueyan,XuJingjing,ShuaiJiangbing,ChenJianshun,ZhangZhanfeng,FangWeihuan.TheS-layerproteinsofLactobacilluscrispatusstrainZJisresponsiblefor
