益生菌_胃腸道微生物和宿主之間相互作用的研究進(jìn)展

1、益生菌 、 胃腸道微生物和宿主之間相互作用的研究進(jìn)展王麗鳳張和平 *(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)乳品生物技術(shù)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家奶牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心乳制品加工研究室呼和浩特 010018摘要目前國(guó)內(nèi)外的研究工作集中于了解腸道共生菌和益生菌以及人類宿主之間的相互作用 。 利用組學(xué)技術(shù) ,以便于了解益生菌和共生菌之間以及細(xì)菌環(huán)境和宿主胃腸道組織之間的相互作用 。 利用測(cè)序技術(shù)對(duì)棲居在胃 腸道內(nèi)細(xì)菌的研究顯示人體的復(fù)雜性隨不同人群和個(gè)體的變化而變化 。 此外 , 轉(zhuǎn)錄推動(dòng)了我們對(duì)細(xì)菌 (包括共 生菌和益生菌 與胃腸道間復(fù)雜相互作用的洞悉 。 本綜述從胃腸道內(nèi)微生物的作用等方面概括這一領(lǐng)域的最新 研究進(jìn)展

2、, 并在此基礎(chǔ)上提出對(duì)未來的展望 。 關(guān)鍵詞 益生菌 ; 胃腸道 ; 微生物 ; 相互作用文章編號(hào)1009-7848(2011 04-0147-07益生菌是乳制品和功能性食品工業(yè)的重要組 成部分 , 帶來了數(shù)十億美元的市場(chǎng) 。 益生菌的多方 面作用包括預(yù)防感染 , 降低腹瀉發(fā)病率 , 抗微生物 活性 , 病原菌的競(jìng)爭(zhēng)性排斥 , 免疫耐受 , 減少大腸 癌生物標(biāo)志物 , 上皮屏障功能 , 增加細(xì)胞免疫力 , 增加體液反應(yīng) , 降低血膽固醇水平 , 減少過敏腸道 疾病癥狀等 。 目前研究的大多數(shù)益生菌來自乳桿 菌屬和雙歧桿菌屬 。 乳酸桿菌與發(fā)酵產(chǎn)品相關(guān) , 尤 其在奶制品中應(yīng)用最多 。 最近向食

3、品中添加雙歧 桿菌的研究不斷增多 , 大多作為有益添加劑 。 多數(shù) 菌種天然存在于胃腸道 , 這些微生物通常能夠抗 酸 、 耐受膽汁 。 某些菌株還具有發(fā)酵果糖諸如人類 不 能 消 化 的 低 聚 果 糖 (FOS 和 半 乳 甘 露 寡 糖 (GOS 的能力 , 這些果糖能為胃腸道內(nèi)的一些共 生菌和益生菌提供一定生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì) 1。胃腸道是一個(gè)約有 500種 、 100萬 億 微 生 物 的復(fù)雜器官 , 大概是人類體內(nèi)細(xì)胞總數(shù)的 10多 倍 2。 對(duì)于這些細(xì)菌的遺傳組成成分 , 可以在胃腸 道中翻譯編碼成 具 有 大 量 生 理 功 能 的 基 因 儲(chǔ) 存 器 , 對(duì)人體宿主的胃腸道產(chǎn)生有益作用

4、。 胃腸道已經(jīng)演變成為一個(gè)營(yíng)養(yǎng)和微生物豐富的生存部位 , 細(xì)菌在其中不斷地旺盛生長(zhǎng) 。 組學(xué)技術(shù)諸如轉(zhuǎn)錄 組技術(shù) 、 宏基因組學(xué)和代謝組學(xué)的使用 , 促進(jìn)人們 了解胃腸道中益生菌如何生長(zhǎng)以及共生菌如何發(fā) 揮作用 。 此外 , 這些技術(shù)有助于了解益生菌和共生 菌之間以及宿主胃腸道相互之間的聯(lián)系 。 在此之 前 , 基于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的限制 , 細(xì)菌純培養(yǎng)方法選擇的 限制導(dǎo)致對(duì)胃腸道內(nèi)菌種鑒定不充分 。 最近 , 16SrRNA 基因測(cè)序的廣泛使用 , 大量的新品種得到鑒定 并 確 定 胃 腸 道 中 大 量 的 細(xì) 菌 屬 于 擬 桿 菌 門 (Bacteroides 和厚壁菌門門類 (Firmicu

5、tes phyla 3。 華盛頓大學(xué) Jeffrey Gordon 組的研究表明 , 以低脂 肪或低碳水化合物飲食的較瘦人群 , 其脂肪減少 的同時(shí)伴有厚壁菌與擬桿菌數(shù)量之比下降 4。 進(jìn)一 步研究發(fā)現(xiàn) , 即使當(dāng)相同物種的哺乳動(dòng)物存在巨 大的地理差異時(shí) , 相同物種內(nèi)的腸道微生物依然 比不同物種間更為相似 5。 這些研究表明 , 宿主和 微生物群明顯是共同進(jìn)化的 , 且腸道菌群對(duì)人類 健康具有重要貢獻(xiàn) 。胃腸道中宿主微生物相互作用的最佳位置在 粘膜中 。 粘膜中的細(xì)菌維持腸道動(dòng)態(tài)平衡 , 調(diào)控免 疫系統(tǒng)并使之處于免受病原體入侵的最佳狀態(tài) 。 例如 , 固有腸道菌群通過競(jìng)爭(zhēng)排斥競(jìng)爭(zhēng)抗菌物質(zhì) 的

6、營(yíng)養(yǎng) 、 受體結(jié)合位點(diǎn)以及產(chǎn)物 , 來幫助宿主阻止 病原菌的入侵 。 通過受體和不同類型的免疫細(xì)胞 ,收稿日期 :2010-07-27基金項(xiàng)目 :農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目(No.nycytx-0501作者簡(jiǎn)介 :王麗鳳 , 女 , 1976年出生 , 博士生 通訊作者 :張和平Vol. 11No. 4Jul . 2011Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology中 國(guó) 食 品 學(xué) 報(bào)第 11卷第 4期2011年 7月中 國(guó) 食 品 學(xué) 報(bào) 2011年第 4期胃腸道內(nèi)免疫系統(tǒng)不斷感應(yīng)管腔內(nèi)環(huán)境 。 單層腸 上皮

7、細(xì)胞將腸腔從固有層區(qū)分開 。 胃腸道內(nèi)腸道 菌群和腸道間存在微妙的作用平衡 , 這一平衡區(qū) 分共生腸道菌群和入侵病原菌 。 從胃腸道周圍抽 取樣本 , 其中重要細(xì)胞是腸道上皮細(xì)胞 (IECs 、 M 細(xì)胞 、 巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞 (DCs 。 腸道上皮細(xì) 胞除了運(yùn)送可溶性抗原 , 還顯示模式識(shí)別受體 , 諸 如 Toll 樣受體 (TLRs 和含有核苷酸結(jié)合寡聚樣 (NOD -like 受體 (NLRs 。 M 細(xì)胞是缺乏微絨毛 的上皮細(xì)胞 , 位于細(xì)胞的基部 , 其作用是向 B 細(xì) 胞 、 T 細(xì)胞和巨噬細(xì)胞運(yùn)輸抗原 。 取樣管腔內(nèi)容物 顯示 , 樹突狀細(xì)胞延伸其樹突穿過腸道上皮細(xì)胞 層

8、, 卻沒有破壞腸道上皮細(xì)胞間的緊密連接 。 許多 免疫細(xì)胞表面的 Toll 樣受體 (TLRs 依賴不同免疫 刺激而反應(yīng)不同 , 因此提供免疫系統(tǒng)辨別腸道微 生物和病原菌 。 例如 Toll 樣受體 2(TLR2 可以識(shí) 別革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁成分如脂磷壁和肽多糖 , 而 Toll 樣受體 4(TLR4 可以識(shí)別主要來源于革蘭 氏陰性菌的脂多糖 。 腸道菌群 Toll 樣受體 (TLRs 活性對(duì)腸道平衡和腸道受損保護(hù)也是必需的 6。 被 確定為胃腸道和腸道菌群相互作用調(diào)節(jié)者的另一 模式識(shí)別受體是可溶解的細(xì)胞質(zhì) NLRs , 被證明是 對(duì) Toll 樣受體 (TLRs 的補(bǔ)充與協(xié)調(diào) 7。 這些受體

9、 的激活包括 NF-B (基因結(jié)合核因子 和 MAPK (有絲分裂原活化蛋白激酶 級(jí)聯(lián)誘導(dǎo)導(dǎo)致重要免 疫因子的刺激 , 這些免疫因子包括炎癥趨化因子 、 細(xì)胞因子和刺激分子 7。 利用各生物部位信息了解 腸道菌群 。 胃腸道益生菌作用涉及多學(xué)科研究領(lǐng) 域 , 通過這些研究 , 逐步認(rèn)識(shí)宿主和腸道菌群在腸 道的相互作用 。1胃腸道內(nèi)益生菌的作用為維持完整腸道屏障以確保腸道健康 , 必須 保持腸道動(dòng)態(tài)平衡 。 屏障受損能導(dǎo)致許多腸道疾 病包括病原菌感染 、 腸易激綜合癥 (IBS 和克羅恩 病 (Crohn s disease 。 受損傷的腸屏障伴隨緊密連 接下降和細(xì)胞凋亡增加 , 這是腸道克羅恩

10、病的一 個(gè)例子 8。 此外 , 缺乏免疫的腸屏障能導(dǎo)致粘膜免 疫細(xì)胞對(duì)諸如來源于腸道菌群的管腔內(nèi)容物的暴 露 , 進(jìn)而導(dǎo)致不正常免疫反應(yīng) 。 動(dòng)態(tài)平衡被認(rèn)為是 由上皮細(xì)胞 , 特別是粘膜樹突狀細(xì)胞維持 。 然而益 生菌和腸道菌群在腸屏障功能和完整性方面也起 到重要的調(diào)節(jié)作用 。緊密連接就是在相鄰上皮細(xì)胞間形成相對(duì)不 通透屏障蛋白質(zhì)復(fù)合物 。 跨上皮電阻測(cè)量 (TER 是用于檢測(cè)上皮細(xì)胞緊密連接的屏障完整性的常 用方法 9。 利用增加體外細(xì)胞株跨上皮電阻測(cè)量 , 檢測(cè)益生菌對(duì)緊密連接有積極作用 10。 腸道上皮 細(xì)胞品系感染致病性埃希氏菌屬 , 導(dǎo)致跨上皮電 阻測(cè)量下降 , 上皮通透性提高和生理

11、功能障礙 11。 腸道上皮細(xì)胞較早暴露給有活性的嗜酸乳桿菌而 不是熱滅活嗜酸乳桿菌 , 限制了大腸桿菌的不利 影響 。 通過跨上皮電阻測(cè)量發(fā)現(xiàn) , 嗜酸菌制劑能減 少大腸桿菌誘導(dǎo)的緊密連接蛋白 質(zhì) 的 磷 酸 化 作 用 11。 益生菌對(duì)屏障功能的其它積極影響表現(xiàn)在 :阻止上皮細(xì)胞病原體入侵 , 產(chǎn)生防御分子 , 炎性細(xì) 胞 因 子 的 衰 減 和 細(xì) 胞 因 子 誘 導(dǎo) 細(xì) 胞 凋 亡 的 預(yù) 防 12。 這些研究表明無論病原菌是否存在 , 益生菌 對(duì)屏障完整性都有積極的作用 。 對(duì)大腸炎和敗血 癥的動(dòng)物模型研究表明 , 腸道上皮細(xì)胞屏障功能 增加歸因于益生菌活性 13。 體內(nèi)試驗(yàn)以及轉(zhuǎn)錄能

12、 夠進(jìn)一步闡明益生菌增加屏障完整性的機(jī)制 。 由于樹突狀細(xì)胞在胃腸道粘液的細(xì)胞免疫中 起關(guān)鍵作用 , 所以由益生菌調(diào)制的樹突狀細(xì)胞是 一個(gè)重要的研究領(lǐng)域 14。 目前已證實(shí)益生菌能夠 以菌株特有方式誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞而調(diào)控 T 細(xì)胞 , 表明其在粘膜表面的重要作用 15。 這一屬性被用 于通過由嗜酸乳桿菌表達(dá)的保護(hù)性抗原靶向作用 樹 突 狀 細(xì) 胞 , 來 保 護(hù) 小 鼠 免 受 炭 疽 芽 孢 桿 菌 (Bacillus anthracis 的致命侵害 。 最近調(diào)查顯示 , 益生菌作為胃腸道粘膜預(yù)防和保護(hù)分子的運(yùn)載工 具具有潛在細(xì)胞免疫功效 。細(xì)菌素是具有熱穩(wěn)定性的 、 由許多乳酸菌產(chǎn) 生的抗微

13、生物小肽 。 通過去除細(xì)菌素產(chǎn)物的唾液 乳桿菌 (L. alivarius 衍生物 , 表明唾液乳桿菌保護(hù) 小 鼠 免 受 李 斯 特 菌 (L. monocytogenes 感 染 的 能 力歸因于細(xì)菌素的產(chǎn)物 16。 體外抵御病原體的抗 微生物活性的方法還包括過氧化氫 、 乳酸 、 競(jìng)爭(zhēng)排 斥和免疫系統(tǒng)調(diào)控 。 雖然針對(duì)病原體的抗微生物 活性的這些體內(nèi)論證仍需證實(shí) , 但是由體外研究 和文獻(xiàn)得出 , 體內(nèi)益生菌能發(fā)揮抗菌作用已有有 力的證據(jù) 。 因抗生素可能對(duì)腸道微生物群有害 , 故148第 11卷 第 4期益生菌作為對(duì)胃腸道粘液的抗菌劑調(diào)節(jié)者 , 其潛 能是一個(gè)令人興奮的研究領(lǐng)域 。細(xì)菌

14、存活于腸道中 , 一部分原因是其能夠影 響宿主對(duì)出現(xiàn)的微生物競(jìng)爭(zhēng)者的識(shí)別能力 , 以及 對(duì)傳感環(huán)境內(nèi)其它成分和信號(hào)的分析能力 , 這將 有利于宿主協(xié)調(diào)營(yíng)養(yǎng)需求 。細(xì)菌演變有不同的作用方式 。 雙組分調(diào)控系 統(tǒng) (2CR 具有允許益生菌感應(yīng)周圍環(huán)境的功能 , 并可啟動(dòng)適當(dāng)轉(zhuǎn)錄反應(yīng) 。 這些系統(tǒng)由組氨酸蛋白 激酶 (HPK 和反應(yīng)調(diào)節(jié)器 (RR 構(gòu)成 。 該 HPK 接收 到一個(gè)信號(hào) , 傳 遞 給 反 應(yīng) 調(diào) 節(jié) 器 , 然 后 通 過 其 DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域 , 誘導(dǎo)一個(gè)轉(zhuǎn)錄反應(yīng) 。 其中 2個(gè) 系統(tǒng)功能特點(diǎn)已經(jīng)在嗜酸乳桿菌中得到確認(rèn) 膽汁耐受和酸抵抗的作用 17。 上述兩者是體現(xiàn)益 生菌功能

15、的關(guān)鍵點(diǎn) , 并對(duì)其能否存活于胃腸道有 直接影響 。 此外 , 細(xì)菌素產(chǎn)量以種群密度依賴方式 得到控制 。 小鼠胃腸道轉(zhuǎn)錄研究證實(shí) , 來自植物乳 桿菌細(xì)菌素操縱子的細(xì)菌素免疫蛋白在 2個(gè)相互 獨(dú)立試驗(yàn)中被誘導(dǎo) , 說明了植物乳桿菌這一基因 在體內(nèi)表達(dá)情況 18。 缺乏細(xì)菌素生產(chǎn)能力的體內(nèi) 益生乳酸桿菌 , 如植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌 , 是否 會(huì)引起不同宿主反應(yīng) , 令人非常感興趣 。備受關(guān)注的細(xì)胞對(duì)細(xì)胞作用的另一方法是群 體感應(yīng)分子 AI-2的產(chǎn)生 。 這一信號(hào)分子由 luxS 基因編碼 , 并在革蘭氏陽性和陰性菌中出現(xiàn) 。 在羅 伊乳桿菌 (L. reuteri 、 植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌

16、 中 , 對(duì) luxS 基因功能均有研究 19。 以羅伊乳桿菌為 例 , luxS 基因突變株表明在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)過程中 ATP 合成減少 , 在小鼠胃腸道內(nèi)特定生態(tài)位適應(yīng)力下 降且生物膜較對(duì)照組有所增厚 20。 Lebeer 等也證 明 luxS 突變株對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的影響歸因于代謝 缺陷 。 其他研究也證實(shí) luxS 突變株在胃液中存活 率降低 , 在小鼠胃腸道中保留時(shí)間縮短 21。 這些研 究表明 , AI-2信號(hào)的生態(tài)學(xué)和特定生態(tài)位的重要 性以及它對(duì)胃腸道益生菌作用的潛在貢獻(xiàn) 。 AI-2的產(chǎn)量對(duì)宿主 上 皮 基 因 表 達(dá) 可 能 有 一 個(gè) 信 號(hào) 影 響 , 諸如粘蛋白產(chǎn)量或者免疫調(diào)制信

17、號(hào) 22。 許多益 生菌微生物內(nèi)的傳感系統(tǒng)可能提高其棲息多種生 態(tài)位以及與各 種 寄 居 在 胃 腸 道 內(nèi) 菌 種 的 競(jìng) 爭(zhēng) 能 力 。 2利用轉(zhuǎn)錄洞察胃腸道內(nèi)微生物的作用 2.1胃腸道中益生菌的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)基因退化導(dǎo)致生物合成能力下降的事實(shí)證明 許多益生菌能夠適應(yīng)胃腸道的進(jìn)化 。 此外 , 這些益 生菌編碼著重要特征 , 而這些特征同時(shí)保證其生 存在惡劣的胃腸道環(huán)境中 , 諸如酸和膽汁抵抗 , 細(xì) 胞表面存在蛋白質(zhì) , 可以干擾腸道粘膜和復(fù)雜碳 水化合物代謝 。 例如腸道乳桿菌編碼復(fù)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋 白 促 進(jìn) 直 接 來 自 胃 腸 道 養(yǎng) 分 的 糖 和 氨 基 酸 吸 收 23。 Yuan 最

18、近通過比較兔子腸道模型中體內(nèi)與 體外菌株生長(zhǎng)蛋白質(zhì)組學(xué)概況來研究宿主在長(zhǎng)雙 歧桿菌 NCC2705蛋白質(zhì)組中誘導(dǎo)的變化 。 在體內(nèi) 長(zhǎng)雙歧桿菌中 , 蛋白質(zhì)諸如 EF-Tu 粘附樣因子 , 膽鹽水解酶和應(yīng)激蛋白水平上調(diào) 。 有趣的是 , 與體 外條件相比 , LuxS/AI-2在體內(nèi)也被誘導(dǎo) 。羅伊乳桿菌 、 植物乳桿菌和約氏乳桿菌在小 鼠胃腸道中的基因表達(dá)已有研究 。由 Walter 等用體內(nèi)表達(dá)技術(shù) (in vivo expres -sion technology , IVET 最初僅鑒定了 3株在小鼠 胃腸道表達(dá)的羅伊乳桿菌基因 , 分別為木糖異構(gòu) 酶 、 蛋氨酸亞楓還原酶和編碼未知功能

19、的蛋白質(zhì) 基因 。 使用改進(jìn)的體內(nèi)表達(dá)技術(shù)進(jìn)行后續(xù)研究 , 鑒 定了小鼠胃腸道植物乳桿菌 72種基因表達(dá) 24。 這 些基因涉及碳水化合物和氨基酸代謝 , 應(yīng)激性以 及潛在的宿主相互作用的細(xì)胞外因素 。Denou 等通過基因表達(dá)研究發(fā)現(xiàn) , 在小鼠的 胃 、 盲腸 、 空腸和結(jié)腸表達(dá)了不同的約氏乳桿菌基 因簇 , 這一現(xiàn)象證明不同基因表達(dá)概況依賴于轉(zhuǎn) 錄位置 , 如在胃 、 盲腸 、 空腸和結(jié)腸中分別發(fā)生 786、 391、 296和 26個(gè)基因轉(zhuǎn)錄 。 該小組還研究了 約氏乳桿菌在腸 中 停 留 5d 和 12d 后 的 基 因 表 達(dá) , 以鑒定與腸持久性表型相關(guān)的基因 25。 與腸持 久

20、性表型相關(guān)的 3個(gè)基因座包括胞外多糖 (EPS 的生物合成 , 一磷酸甘露糖磷酸系統(tǒng) (PTS 和可能 的蛋白酶 。 突變株中蛋白酶和一磷酸甘露糖磷酸 系統(tǒng) (PTS 的缺失降低了約氏乳桿菌在腸道停留 時(shí)間 , 暗示這些基因座對(duì)腸道持久性起一定作用 。 此外 eps 基因座缺失導(dǎo)致腸持久性略有提高 25。 最新的研究分析了植物乳桿菌在無菌小鼠盲 腸的基因表達(dá)圖譜 , 向小鼠飼喂標(biāo)準(zhǔn)低脂肪或高 脂肪的西式日糧 , 以探討日糧對(duì)胃腸道益生菌基益生菌 、 胃腸道微生物和宿主之間相互作用的研究進(jìn)展 149中 國(guó) 食 品 學(xué) 報(bào) 2011年第 4期因表達(dá)的影響 。 低脂肪日糧含復(fù)合植物多糖高 , 而 西

21、式日糧含單糖和脂肪高 。 采食標(biāo)準(zhǔn)日糧的小鼠 , 其定植水平要高出 10倍 , 這是因?yàn)樘妓衔锎?謝和細(xì)胞表層功能細(xì)菌基因表達(dá)不同 26。 研究人 員認(rèn)為 , 植物乳桿菌修改了它的基因表達(dá) , 減少了 細(xì)胞表面的 LTA 水平 。 以此為手段限制對(duì)宿主免 疫系統(tǒng)成分的暴露 。 此外 , 研究人員觀察到小鼠胃 腸道內(nèi)被誘導(dǎo)的 18%的植物乳桿菌與其它腸乳酸 桿菌有同源性 , 而不與其他乳酸菌存在同源性 。 許 多基因與細(xì)胞表層未知功能或啟動(dòng)細(xì)胞表層未知 功能相關(guān) 26。 這一結(jié)果反映了測(cè)序菌株間比較基 因組分析的有效性 。 因?yàn)樵摷夹g(shù)強(qiáng)調(diào)食物適應(yīng)乳 桿菌如保加利亞乳桿菌和瑞士乳桿菌與腸道適應(yīng)

22、 乳桿菌如嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌間的差異 。 由 于酸奶發(fā)酵劑已經(jīng)歷了基因組衰變 , 使保加利亞 乳桿菌能夠適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)豐富的乳環(huán)境 27, 而用于轉(zhuǎn) 運(yùn)和代謝途徑的被編碼的益生乳桿菌 , 可以促進(jìn) 其利用胃腸道 多 種 碳 水 化 合 物 來 適 應(yīng) 胃 腸 道 環(huán) 境 。 比較嗜酸乳桿菌和干酪發(fā)酵劑瑞士乳桿菌的 基因組 , 它們具有緊密相關(guān)性并分享 75%共同基 因 28。 雖然它們具有相似性 , 但在基因集合上顯著 不同 , 這說明其能夠適應(yīng)不同的環(huán)境 。 例如 , 嗜酸 乳桿菌利用復(fù)雜的碳水化合物 , 如棉子糖和寡糖 編碼粘液結(jié)合蛋白和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 這是益生菌的 功能與其適應(yīng)胃腸道環(huán)境這兩個(gè)重

23、要特征 。 相反 , 瑞士乳桿菌缺乏這些基因集合 , 而編碼用于脂肪 酸合成和特定氨基酸代謝的其它基因 。 動(dòng)物模型 和人體系統(tǒng)的其它菌株測(cè)序以及胃腸道轉(zhuǎn)錄分析 使人們進(jìn)一步 了 解 胃 腸 道 內(nèi) 益 生 菌 和 共 生 菌 功 能 。2.2胃腸道中微生物和益生菌相互作用利用基因組序列和發(fā)展基因芯片技術(shù) , 有利 于研究益生長(zhǎng)雙歧桿菌 NCC2705和人類微生物 區(qū)系的主要成分以及多形擬桿菌在小鼠胃腸道內(nèi) 如何對(duì)彼此存在作出反應(yīng) 。 試驗(yàn)中構(gòu)建一個(gè)包含 有寡核苷酸基因芯片技術(shù) , 該寡核苷酸類來自單 芯片上每個(gè)基因組 29。 該研究分別給小鼠飼喂單 一菌株和聯(lián)合菌株 。 對(duì)無菌小鼠飼喂聯(lián)合菌

24、株 , 可 獲取多糖類物質(zhì) , 降解基因的擴(kuò)增 。 就多形擬桿菌 而言 , 表達(dá)的上調(diào)基因與碳水化合物運(yùn)輸和代謝 , 能量產(chǎn)生 , 糖苷水解酶和多糖裂解酶相關(guān) 。 這些結(jié) 果表明 , 在長(zhǎng)雙歧桿菌存在下由多形擬桿菌靶向 定位的代謝多糖增加 29。在長(zhǎng)雙歧桿菌存在條件下 , 來自淀粉利用系 統(tǒng)的 1/3基因同族體在多形擬桿菌基因組中差異 表達(dá) 。 最近有研究表明 , 由擬桿菌門淀粉利用系統(tǒng) (starch utilization system 利用胃腸道復(fù)雜聚糖類 物質(zhì) , 提供了每日攝入熱量的 10%30。 擬桿菌門對(duì) 原本不可消化的碳水化合物的發(fā)酵能力 , 表明了 這些腸道細(xì)菌的重要性能 。

25、 相比之下 , 聯(lián)合定植后 的長(zhǎng)雙歧桿菌較少改變表達(dá)基因 , 與多形擬桿菌 相比 , 分別為 3.5%對(duì) 14.2%。 進(jìn)一步分析揭示 , 在 長(zhǎng)雙歧桿菌存在條件下與多形擬桿菌木糖苷降解 和木糖分解代謝相關(guān)的基因上調(diào)以及與兩菌株甘 露糖降解有關(guān)的基因差異表達(dá) , 尤其在聯(lián)合定植 過程中 , 多形擬桿菌和長(zhǎng)雙歧桿菌分別對(duì)甘露糖 苷酶基因增量調(diào)節(jié)和減量調(diào)節(jié) 。 這些結(jié)果表明在 長(zhǎng)雙歧桿菌存在時(shí)多形擬桿菌可以鎖定胃腸道中 額外多糖來源 。 此外 , 多形擬桿菌與干酪乳桿菌或 動(dòng)物雙歧桿菌聯(lián)合定植轉(zhuǎn)錄反應(yīng)不如長(zhǎng)雙歧桿菌 引起的強(qiáng)烈 。 動(dòng)物雙歧桿菌可以誘導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄和復(fù) 制相關(guān)的多形擬桿菌基因 , 而干酪

26、乳桿菌則誘導(dǎo) 用于碳水化合物運(yùn)輸代謝和無機(jī)離子運(yùn)輸代謝的 基因 29。 由于 3株菌株引發(fā)了在程度和類型上都 存在差異的多形擬桿菌不同轉(zhuǎn)錄反應(yīng) , 該研究揭 示腸道細(xì)菌之間發(fā)生的重要本質(zhì)關(guān)系 。2.3胃腸道對(duì)益生菌的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)胃腸道內(nèi)益生菌作用的確切機(jī)制并不完全清 楚 , 其相互作用是多方面的 。 通過宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)分 析 , 特定免疫細(xì)胞以及免疫因子應(yīng)答研究揭示了 多種細(xì)胞類型和效應(yīng)分子以及細(xì)胞受體和細(xì)胞信 號(hào)分子的參與情況 。 此外 , 不同的品種和品系表現(xiàn) 出細(xì)胞信號(hào)起始的多樣化和差異程度 , 這反過來 又導(dǎo)致健康或疾病的不同結(jié)果 。 根據(jù)以上討論的 研究 , Sonnenburg 等 (2

27、006 通過調(diào)查同 一 只 小 鼠 腸道上皮水平的宿主反應(yīng) , 也驗(yàn)證了宿主對(duì)多形 擬桿菌和長(zhǎng)雙歧桿菌聯(lián)合定植反應(yīng) 。 單一菌株定 植和聯(lián)合菌株定植宿主反應(yīng)是不同的 。 分析表明 , 宿主對(duì)多形擬桿菌反應(yīng)集中在 TNF-、 T 細(xì)胞和 巨噬細(xì)胞 , 然而宿主對(duì)長(zhǎng)雙歧桿菌的反應(yīng)集中在 IFN-。 在聯(lián)合定植試驗(yàn)中 , 先天免疫的兩個(gè)菌株 基因協(xié)同誘導(dǎo) 。 鼠胃腸道中由長(zhǎng)雙歧桿菌誘導(dǎo)的150第 11卷 第 4期另一反應(yīng)是下調(diào)抗菌蛋白的能力 。 Reg3(再生胰 島衍生蛋白 3 被多形擬桿菌上調(diào) 29。最近 , 研究人員分析了益生菌在健康人體十 二指腸中基因的轉(zhuǎn)錄 31。 在一個(gè)隨機(jī)雙盲安慰劑 對(duì)照

28、交叉研究中 , 對(duì)健康受試者給予益生植物乳 桿菌 WCFS1。 結(jié)果確定了在粘膜表面和細(xì)胞途徑 內(nèi)與免疫耐受相關(guān)的基因表達(dá)模式 。 從十二指腸 取樣對(duì)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)細(xì)胞 、 靜止細(xì)胞或死細(xì)胞處理 6h 后用于分析 。 3種條件都導(dǎo)致免疫應(yīng)答相關(guān)基因 的 誘 導(dǎo) 。 對(duì) 數(shù) 生 長(zhǎng) 期 細(xì) 胞 (logrimithic phase cells 和 固 定 期 細(xì) 胞 (stationary phase cells 的 誘 導(dǎo)類型存在差異 。 固定期細(xì)胞誘導(dǎo)與免疫耐受建 立相關(guān)基因 , 諸如 NF B (基因結(jié)合核因子 和 轉(zhuǎn)錄因子 JUN , 而對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞誘導(dǎo)針對(duì)代謝 功能反應(yīng) 。 另外 , 眾多

29、細(xì)胞過程的基因表達(dá)也存在 差異 , 包括免疫調(diào)制 、 細(xì)胞凋亡 、 細(xì)胞對(duì)細(xì)胞信號(hào) 、 細(xì)胞循環(huán)和細(xì)胞粘附 。 本討論結(jié)果 , 支持了胃腸道 益生菌的作用 , 并顯示其潛能 。 人們還期待著人類 和動(dòng)物模型胃腸道中基因表達(dá)的其它研究結(jié)果 。3未來展望盡管胃腸道和腸道菌群間相互作用仍不完全 清楚 , 但胃腸道內(nèi)益生菌間的相互作用是巨大且 多方面的 。 其它方面 , 如益生元與益生菌向胃腸道 投放以及交互作用類型需要考慮 。 這些條件可能 會(huì)增加或減少益生菌產(chǎn)生的有益效應(yīng) 。最近對(duì)大腸癌小鼠模型的一個(gè)研究表明 :配 方酸乳粉包埋的嗜酸乳桿菌比單獨(dú)使用益生菌的 積極作用會(huì)增強(qiáng) 32。 其他研究還加入

30、基體效應(yīng)的 影響 , 如乳基對(duì)益生菌基因表達(dá)的影響 33。 為維持 胃腸道中益生菌健康屬性 , 所加入的最優(yōu)條件是 很重要的 。毫無疑問 , 利用遺傳手段促進(jìn)了人們對(duì)胃腸 道中菌群復(fù)雜性的了解 。 我們掌握了腸道菌群的 作用 , 而且遺傳手段在不斷改善 , 諸如構(gòu)造缺乏一 個(gè)或多個(gè)蛋白質(zhì)菌株 , 使我們能通過分析特定蛋 白質(zhì) , 以確定其在益生功能中的作用 34。 例如對(duì)于 基因失活或缺失的嗜酸乳桿菌 , 利用遺傳技術(shù)證 實(shí)了重要益生菌的特征 , 如細(xì)胞表面因子 , 包括 S 層蛋白 , 膽汁耐受 , 酸性壓力 , FOS 的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝 , LuxS/AI-2, 細(xì)菌素運(yùn)輸和草酸鹽降解 。 這

31、些特征 對(duì)益生菌在人類健康中的作用有重要的貢獻(xiàn) 。 例 如為研究在正常腸道的平衡條件以及感染大腸炎 等疾病條件下上述特征的重要性 , 體內(nèi)研究是很 重要的 。 上述討論中 , 在病原體抑制 , 屏障功能維 持和免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)中益生微生物的潛能都得到了 證實(shí) 。 由于益生菌株能夠產(chǎn)生抗菌化合物 , 導(dǎo)致表 層因素的存在或缺失 , 從而誘導(dǎo)粘膜表面親炎或 抗炎反應(yīng)能力或發(fā)酵胃腸道復(fù)合多糖的能力 , 且 不同的益生菌株會(huì)帶來不同的健康益處 , 因此需 要做進(jìn)一步的體內(nèi)研究 , 尤其是以人體為受試者 , 測(cè)定菌株 , 劑量和胃腸道益生菌的特定位點(diǎn)健康 效應(yīng) 。參 考 文 獻(xiàn)1Barrangou R. ,

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