益生菌對腸道黏膜免疫的影響

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益生菌對腸道黏膜免疫的影響

發布時間：2008-06-07點擊： 847次作者：李亞傑，趙獻軍來源：動物醫學進展

李亞傑，趙獻軍西北農林科技大學動物科技學院人和動物的胃腸道、呼吸道、泌尿生殖道的黏膜及一些和分泌腺有關黏膜，構成了機體的重要黏膜系統，它對人和動物的健康至關重要。黏膜免疫已經成為新的免疫研究熱點，這是因為機體95%以上的感染髮生在黏膜或由黏膜入侵機體，另外黏膜既存在局部免疫，又存在共同黏膜免疫系統（common mucosal immune system, CMIS)。動物的先天性或非特異性免疫應答，亦即機體免疫系統識別和排除各種異物，主要依靠機體黏膜的屏障作用。 1 腸道黏膜免疫 1.1 腸道黏膜免疫的重要性腸道不僅是消化吸收的重要場所，同時也是「應激反應的中心器官」和「多臟器功能衰竭（multiple organ deficiency syndrome,NODS）的始動器官」，又是機體內最大的細菌和內毒素庫。腸道黏膜免疫系統包括腸道相關淋巴組織（gut associated lymphoid tissues, GALT）和有關細胞、分子成分，如淋巴細胞、巨噬細胞、各種白細胞、嗜銀細胞和抗體、溶菌酶、抗菌肽等。腸道相關淋巴組織由腸上皮淋巴細胞（intestinal intraepithelial lymphocytes, IEL）、固有層淋巴細胞(lamina propria lymphocyte, LPL)、微皺褶細胞（又稱膜上皮細胞、M細胞）和迴腸集合淋巴結（payer』s patches, PP）等腸相關淋巴組織構成[1]。它可抵禦細菌、病毒和毒素從消化道入侵，腸黏膜抗體形成細胞占體內的抗體細胞的70%～80%，產生免疫球蛋白 A（IgA）的量比體內其他Ig類型的總量還要多。腸道與單核?巨噬細胞系統、肝、脾等免疫功能器官相比，是最大的免疫器官。腸道淋巴組織最大，超過所有組織。腸道黏膜面積巨大，約2倍於皮膚表面，每時每刻黏膜都要接觸大量抗原，擔負著重要的免疫功能。 1.2 腸道黏膜免疫的機制黏膜免疫與系統免疫有所不同，黏膜免疫主要是發揮免疫抑制作用，而系統免疫主要起免疫增強作用，這與兩個系統的不同作用方式有關。對抗病原微生物的腸黏膜免疫可分為先天性免疫和後天獲得性免疫，其先天性免疫是構成腸黏膜屏障的基礎[2]。發生在腸道中的黏膜免疫反應是由腸黏膜表面附著的抗原引發的，腸道黏膜中的淋巴濾泡集結將抗原物質轉移到淋巴濾泡集結中的巨噬細胞，巨噬細胞對抗原進行加工，並將抗原轉移給輔助性T細胞，輔助性T細胞激活B淋巴細胞，B淋巴細胞分化增強產生大量分泌型IgA（SIgA），SIgA是黏膜免疫的主要效應因子，雖然SIgA難以通過激活補體等途徑直接殺傷病毒，但是可以通過大量非炎性反應途徑清除病毒感染。SIgA發揮主要作用的部位是局部黏膜，局部黏膜免疫的基本原理是由於局部抗原刺激比全身更能有效的刺激機體黏膜分泌大量SIgA，可有效中和黏膜上皮內的病原體、細菌毒素和酶，捕捉黏膜內層病原體，削弱細菌表面疏水性，阻止病毒附著、細菌黏附和抗原的黏附，刺激腸道黏膜表面分泌黏蛋白降解病毒，同時加速黏液在黏膜表面移動，從而加速了細菌和內毒素等有毒物質的排出，還可與細菌等形成免疫複合物並排除體外。大量的黏膜免疫細胞參與攝取、遞呈抗原、誘導發生免疫反應、產生免疫效應因子（主要是SIgA），發揮免疫作用，抵抗病原微生物對機體的侵襲。 2 益生菌對腸道黏膜免疫的作用 2.1 益生菌對腸道黏膜免疫作用的機理腸道微生物對腸道組織的形態功能和代謝有很大影響。動物胃腸道的微生物數量超過了動物體內細胞的數量，種類達400多種[3],而這些微生物在動物的消化道內又具有定位、定性、定量和定宿主等特點。正常腸道內定植有雙歧桿菌、優桿菌、乳酸桿菌和類鏈球菌等厭氧菌和革蘭氏陰性菌為主的菌群，這些菌為腸道正常菌群的優勢菌群，與腸黏膜緊密結合構成腸道的生物屏障，能通過佔位效應、營養競爭及其分泌的各種代謝產物及細菌素等抑制條件致病菌的過度生長及外來致病菌的入侵，維持腸道的微生態平衡。毫無疑問，腸道菌群在腸道免疫中起著非常重要的作用[4]。腸道菌群的協調是維持動物正常消化功能和防止疾病發生的一個重要因素，當外界環境變化時，腸道內的條件性病原菌就會引發消化道疾病，此時黏膜屏障的功能就會受損，腸腔內細菌可達到腸系膜淋巴結，並可能進一步侵犯遠處臟器.益生菌作為一種活的有機體，存在腸道黏膜上並對腸道黏膜有保護和上接作用，可以治療各種腸道疾病。種種跡象表明益生菌在腸道黏膜免疫作用中發揮重大的功效 [5-6]。在動物的飼料中添加一定量的益生菌或微生態製劑，對預防外界環境變化時腸道菌群的紊亂有明顯的作用。益生菌可直接作用於宿主的免疫系統，誘發腸道免疫，並刺激胸腺、脾臟和法氏囊等免疫器官的發育，促進巨噬細胞活力或發揮佐劑作用，活化腸黏膜內相關淋巴組織，使SIgA分泌增加。通過增強T、 B細胞對抗原刺激的反應性，發揮特異性免疫作用活化腸黏膜內的相關淋巴組織，使SIgA生物合成增加提高消化道黏膜免疫功能，誘導淋巴細胞和巨噬細胞產生細胞因子，發揮免疫調節作用，從而增強機體免疫功能。益生菌來源於腸道正常菌群的生理性活菌製劑，無毒無害進入體內大量繁殖，迅速補充腸道正常菌群，糾正菌群失衡，提高定植能力。益生菌的細胞壁成分、代謝產物、菌體細胞等均可能刺激動物的腸道黏膜免疫系統。在腸道黏膜表面上存在分泌性免疫（secretory immunity）,而黏膜表面上的SIgA提供了第一道免疫防線。SIgA是黏膜組織免疫應答的特徵，SIgA抗體可通過阻礙黏膜與細菌和病毒的接觸從而給黏膜表面提供特殊的免疫屏障。在穿越上皮時，在上皮細胞內顯示其抗微生物的能力。 2.2 益生菌對腸道黏膜的細胞免疫作用益生菌包括乳酸酸菌和芽孢桿菌，已經有試驗證明益生菌可以加強哺乳動物腸道黏膜的抗體反應，也有研究表明，在鳥類腸道中益生菌可增加腸道免疫耐受[7]。楊玉榮等[8]報道雛雞灌服益生素後檢測盲腸扁桃體，派伊爾結，哈德爾腺IgA，IgM和IGGgG生成細胞數量明顯高於對照組，表明益生素能提高雛雞呼吸道和消化道黏膜免疫組織抗體生成細胞數量。葛鳳霞(1998)等報道，乳酸桿菌注入小鼠腹腔後，反應巨噬細胞活化狀態的酸性磷酸酶。非特異性酯酶的數量明顯增加，巨噬細胞的體內及體外細胞毒作用也顯著增強。電鏡下，可以觀察巨噬細胞體積增大，偽足增多，細胞器的數量增多。柳洪潔等[9]報道乾酪乳酸桿菌和保加利亞乳酸桿菌還通過巨噬細胞和T細胞、NK細胞活性的增強來提高機體的免疫。巨噬細胞、NK細胞和T細胞的活化，有益於增強周圍血管和局部淋巴結中淋巴細胞的免疫。劉克琳(1994)研究報道，肉雞飼餵微生物飼料添加劑後6周胸腺、脾臟和法氏囊重量分別較對照組高出一半以上。動物免疫器官重量的增加是由於其自身細胞生長發育和分裂增加所致，重量增加表明機體的免疫機能提高[9]。且淋巴細胞和漿細胞數量也明顯增多，由漿細胞產生特異抗體，發揮體液免疫功能，從而健全全身免疫系統，提高免疫功能。益生菌可激活巨噬細胞的活性及細胞因子介導素的分泌，增強免疫功能。Gill H S報道，益生菌能夠激發機體特異性和非特異性的免疫應答，從而能夠預防和治療胃腸道的疾病[10]。 2.3 益生菌對腸道黏膜的體液免疫作用腸黏膜免疫屏障指SIgA的抗細菌黏附功能和上皮內淋巴細胞的免疫監視作用。SIgA能夠中和毒素、病毒和酶等生物活性抗原，具有廣泛的保護作用，但其主要作用是阻止細菌對腸上皮細胞表面的吸附[11]。有試驗證明，給1日齡雛雞飼餵乳酸桿菌，在早期可以顯著提高雛雞消化道SIgA抗體的水平。隨著日齡的增加，試驗組和對照組之間SIgA抗體水平趨於一致。動物研究顯示，腸道內給予乳酸桿菌能顯著減少新生動物腸道內致病性大腸埃希菌的易位[12]。臨床研究也證實，新生兒餵養益生菌後，腸道內厭氧菌群增加而致病性微生物減少，同時血中內毒素或細菌易位。 Mangiante等對急性胰腺炎動物模型的研究結果也顯示，實驗動物在應用乳酸桿菌後腸道細菌易位發生率顯著降低。在腹膜炎動物模型中，植物乳酸桿菌能阻止內毒素進入血液。植物乳酸桿菌299和299v還能抑製革蘭氏陰性厭氧菌、大腸埃希菌、難辨梭菌及亞硝酸鹽的產生[13]。 2.4 益生菌對腸道黏膜免疫的影響乳酸桿菌、芽孢桿菌、雙歧桿菌和酵母菌是益生菌製劑中最常用、具代表性的菌種。各種菌通過腸道並在腸道壁黏附發揮益生作用[14]。（1）乳酸桿菌。腸道免疫作用的產生主要依賴原籍菌群，當微生物菌群在動物出生後就發展並延續整個生命的時候，微生物與宿主免疫系統的相互作用也開始了。乳酸桿菌作為一種重要的原籍菌，能通過與腸上皮表面特異性的受體結合，有序地定植在腸上皮表面，構成有層次的厭氧菌菌膜，並與其他厭氧菌一起構成膜菌群。它們一方面起佔位性保護作用，保護腸黏膜免受其他病原菌的黏附與入侵；另一方面通過產生有機酸、過氧化氫等其他物質抑制病原菌的黏附、生長和繁殖，從而發揮屏障效應。研究顯示，植物乳酸桿菌299v是通過表達甘露糖特異性黏附素而與宿主腸上皮發生黏附。另外，乳酸桿菌還能促進損傷的腸黏膜上皮修復，防止致病菌在腸上皮細胞間移位。體外和體內試驗表明，乳酸桿菌能通過下述作用，如有機酸降低pH、營養競爭、佔位、產生抑制毒素的代謝產物、合成有抗菌活性的細菌素、黏附定植以及形成膜菌群等，抑制致病菌或條件致病菌的生長，維持腸道固有菌群，保證溶菌酶、蛋白分解酶的分泌，從而保護了腸道生物屏障 [15]。在嚙齒類動物試驗中發現，如果在其出生和幼年時期腸菌群減少，可以導致個體免疫系統成熟延遲。有研究表明，乳酸桿菌可以影響動物的免疫功能，增強自然免疫力，增加腸道黏膜對外界的抵抗力[16]。最新益生菌研究發現，乳酸桿菌（La-GG）有誘導細胞核因子Kb（Nuclear-factor- kB ， NF-KB）介導反應的能力，NF-KB可活化腸腔Toll樣受體。Toll樣受體是腸道免疫的重要啟動者。Gauffin等用乾酪乳酸菌作為食物添加劑飼餵營養不良的鼠模型，結果發現由營養不良導致的腸黏膜屏弊和黏膜免疫功能損害，可以通過乾酪乳酸桿菌的補充而恢復。（2）芽孢桿菌。腸道菌群與宿主形成一個相互依賴、相互作用的微生態系統，此為腸粘膜的生物屏障。Ozawa等（1987）通過用枯草芽孢桿菌飼餵斷奶仔豬，飼餵的芽孢桿菌能穩定動物腸道微生物區系，枯草芽孢桿菌數量不斷增加。有試驗發現，日糧中添加0.2%芽孢桿菌製劑及0.2%芽孢桿菌和 0.4%果寡糖聯用，可明顯增加各腸斷內容物中的芽孢桿菌數量，由此表明腸道芽孢桿菌的增值是芽孢桿菌製劑發揮抑菌效果的內在原因[17]。潘康成等報道地衣芽孢桿菌對家兔細胞免疫和體液免疫有不同程度的促進作用。 Cong等報道，長期服用益生素可減少胃腸道感染，益生素能夠在體內建立有益菌的優勢菌群，限制病原菌的增長並能產生營養物質，對慢性胃腸炎的治療更為有效。Harsharnjit等報道，長期服用益生素可減少胃腸道感染，因為其有益菌不僅起到機械性防禦作用，還會刺激機體產生特異性和非特異性免疫應答作用。Karimi報道，益生菌能夠平衡動物腸道菌群。益生菌對畜禽免疫功能有顯著的增強作用，地乳生態合劑對預防和治療仔豬黃、白痢效果顯著，特別是在一些濫用抗生素，導致體內耐葯菌株增加，體內菌群失調的豬廠，應用該製劑療效更加顯著。益生菌可以降低腸道通透性，增強特異性黏膜免疫反應，加強IgA和IgM的作用來修復腸道屏障功能。用益生菌治療IL-10基因缺陷鼠的大腸炎，發現益生菌對腸道黏膜屏障功能有上接作用[18]。新生兒餵養益生菌後，腸道內厭氧菌群增加而致病性微生物減少，同時血液中內毒素水平降低，減輕內毒素或細菌易位。因此可以證明益生菌等活菌能在動物腸道內定植並維護腸道菌群平衡，刺激腸黏膜免疫系統，發生體液免疫和細胞免疫應答，促進免疫器官的生長和發育，以及黏膜免疫功能的增強，提高機體抗病能力。 3 益生菌在腸道黏膜免疫中應用的展望腸道微生物保持著宿主的微生態平衡，當正常微生物種群紊亂時，微生態系統的平衡被破壞，動物消化生長功能受阻或失調，導致疾病發生。益生菌製劑也稱為微生態製劑或微生態調節劑，是在微生態學理論指導下，調整微生態失調，保持微生態平衡，提高宿主（動物、植物和人）健康水平或增進健康狀態的益生菌（微生物）及其代謝產物和生長促進物質的製品。微生物治療中加用益生菌製劑，調整了腸道菌群失調，使腸道中雙歧桿菌，乳酸菌增多而減少革蘭陰性桿菌，減少了內毒素產生，使內毒素試驗轉陰性，容易加速肝功能改善及臨床癥狀緩解。微生態製劑有兩類，即活菌製劑，死菌及其代謝產物。微生態製劑按成分來分為益生菌（piobiotics）、益生元（prebiotics）和合生元（synbiotics）。益生菌菌種必需是腸道內菌群的正常成員，可利用其活菌，死菌及其代謝產物。有試驗採用培菲康作為活菌製劑，含雙歧桿菌，嗜酸乳酸桿菌和糞鏈球菌，採用樂托爾作為一種死菌製劑，其內含惟一從人體分離，與腸黏膜有較好黏附力的嗜酸乳酸桿菌的代謝產物，其代謝產物有乳酸殺菌素，乳酸桿菌素，乳酸乳菌素和乳酸菌素，是目前含菌素較高的微生態製劑[19]。隨著黏膜免疫研究的不斷發展和完善，在未來的預防免疫中，黏膜免疫將會發揮越來越重要的作用，同時益生菌在黏膜中的應用也將更加突出。