乳酸菌缓解伴侣动物肠道炎症的作用机制及研究进展
摘要：炎症性肠病(IBD)是一种威胁伴侣动物健康的胃肠道炎症疾病，临床症状主要表现为呕吐、腹泻、腹痛、黏液性血便和体重下降等。目前并没有完全治愈炎症性肠病的方法，其确切发病机制尚不清楚。乳酸菌作为一类重要的益生菌，对炎症因子有抑制作用，其可通过调节炎症信号通路、抑制炎症介质释放等机制治疗肠道炎症。其可直接或间接调节代谢产物，增加短链脂肪酸含量，利用乙酸、丙酸、丁酸等对肠黏膜屏障进行保护和对肠上皮细胞直接提供能量，从而抑制肠道炎症。乳酸菌可抑制TLR4/NF-κB信号通路的表达，下调促炎细胞因子的产生，降低紧密连接蛋白ZO-1、Occludin和Claudin1的表达。同时乳酸菌可通过芳烃受体(AhR)上调白细胞介素-22(IL-22)表达，影响T细胞和B细胞等免疫细胞的活性，进而影响机体的免疫应答。乳酸菌在肠道定植后，一般会产生肠道菌群的正向变化，重塑并增加肠道有益微生物群的多样性。乳酸菌还可通过修改某些microRNA的表达，在转录后对先天免疫反应产生积极影响，保持肠道屏障完整性，并减少促炎细胞因子的产生，调节Th1，Th17 和Treg相关细胞因子的表达，对炎症性肠病起到治疗和干预作用。笔者通过探讨乳酸菌的作用机制，以期为未来乳酸菌用于治疗炎症性肠病提供更多理论支持。
关键词：炎症性肠病；乳酸菌；短链脂肪酸；作用机制；炎症
炎症性肠病(inflammatory bowel disease，IBD)是一种威胁动物健康的胃肠道炎症疾病，其主要以结肠黏膜非特异性损伤、慢性和反复发作为特征，是一种较为常见的动物胃肠道疾病。IBD在犬猫中尤为典型与突出，犬猫的临床症状主要表现为呕吐、腹泻、腹痛、黏液性血便和体重下降。该病症的特点是胃肠道(如小肠和大肠)出现慢性炎症，导致出现一系列的消化道症状。目前，治疗IBD的主要方法是使用抗炎药物、免疫抑制剂和生物制剂等药物，但很多药物的安全性和长期疗效性效果不佳或副作用明显。
犬IBD表型包括淋巴浆细胞性肠炎(LPE)、肉芽肿性结肠炎(GC)、嗜酸性粒细胞性胃肠炎、嗜酸性粒细胞性结肠炎和神经元增生等，猫通常表现为主要影响小肠的慢性淋巴浆细胞性肠炎(LPE)。
1 动物IBD发病原因
IBD发病原因主要有饮食、环境、遗传等因素。越来越多的证据表明，犬科动物和猫科动物IBD的患病原因与摄入食物有关，食物导致犬猫腹泻与肠道炎症密切关联。外界环境的刺激也会导致犬肠道菌群多样性降低或失调，从而引起IBD。研究表明，IBD与多种致病基因、炎症基因有关，具有一定的遗传性。50%的IBD易感基因位点也与其他炎症和自身免疫性疾病有关，NOD2是第一个与IBD相关的基因，Rag1、Defa4等基因与NOD2 基因在信号上相互作用，缺乏Gpx1和Gpx2的小鼠会发展为自发性结肠炎。多形核白细胞是IBD的重要标志，多形核白细胞的迁移会氧化水解损伤的组织，改变上皮细胞紧密连接蛋白(ZO-1，Claudin1、JAM-A、β-catenin、E-cadherin等)表达水平，衍生炎症细胞因子(肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1α(IL-1α)、IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10等)，直接导致肠道功能受损和肠道通透性增加。同时趋化免疫细胞促进免疫细胞在组织中的持续迁移，直接促进炎症的持续化。在外界环境和遗传等多个因素的相互作用下，肠道菌群发生改变，肠黏膜对于肠道菌群的失调会作出异常的免疫应答。这种异常的免疫应答导致大量炎性细胞及介质产生，所产生的炎性细胞进一步对肠道屏障造成损害，增加对抗原的侵袭和暴露，从而引起肠道的慢性炎症和组织损伤。
目前，伴侣动物IBD的发病机制尚不清楚，但已知与免疫系统的异常反应和肠道菌群失调有关。局部免疫应答失调被认为是最可能的病因。
2 乳酸菌对IBD的调控作用机理
乳酸菌(lacticacid bacteria，LAB)是一类可利用碳水化合物发酵产生乳酸的菌的统称，其可产生多种有益代谢产物，具有抗菌活性、抗炎活性、抗氧化活性、抑制肥胖、预防糖尿病和结肠炎等有益作用。乳酸菌合成的胞外多糖具有很强的免疫功能，以及抗肿瘤、抗氧化、肠道屏障修复、抗菌、抗病毒和降胆固醇活性等。其中，乳酸菌在治疗或缓解IBD方面作用尤为突出，其调控机理主要概括为以下几个方面。
2.1 调控代谢产物
乳酸菌代谢产生的短链脂肪酸具有保护肠黏膜屏障、抑制肠道炎症、参与肠道性炎症的治疗与预防的作用。乳酸菌在短链脂肪酸的产生过程中，主要以乙酸和丙酸的形式存在。短链脂肪酸具有抗炎活性，包括抑制肠上皮中炎症介质的活性，从而抑制核因子-κB(NF-κB)巨噬细胞的激活，同时，这些短链脂肪酸也是结肠细胞的主要能量来源。在所有短链脂肪酸中，丁酸作为肠上皮细胞的主要能量来源，具有最强的抗炎作用。目前，许多病理过程的肠黏膜炎症过程的重要原因之一就是缺乏能量。
Moens 等利用嗜酸乳杆菌NCIMB 30175、植物乳杆菌NCIMB 30173、鼠李糖乳杆菌NCIM30174 和屎肠球菌NCIMB 30176等乳酸菌进行了相关研究，发现乳酸会刺激能利用乳酸的细菌生长，改变微生物菌群多样性，促进短链脂肪酸的产生，尤其是丁酸。此外，益生菌具有免疫调节作用，其中，可促进抗炎细胞因子(IL-6和IL-10)分泌，降低炎性趋化因子(人单核趋化蛋白(MCP-1)、γ-干扰素(IFN-γ)诱导蛋白10(CXCL10)、IL-8)分泌。Wang等发现，服用植物乳杆菌之后不同年龄段人群的肠道双歧杆菌和其他有益菌的丰度均增加，所有年龄组的醋酸盐和丙酸盐水平均显著增加，并在5周后达到峰值。
2.2 调控NF-κB信号通路
NF-κB是B细胞中κ链的核因子，是一种可诱导的转录因子，调节许多参与炎症和免疫调节过程的不同基因，同时也是IBD炎症过程中细胞因子的主要来源。NF-κB是重要的细胞激活因子，主要是促炎细胞因子(IL-1β、TNF-α、IL-12、IL-33和IL-17)、黏附因子、趋化因子，同时促炎因子还能调节免疫细胞的分化、凋亡、形态发生和增殖。NF-κB被证明与IBD发病机制有关。研究表明，从IBD患者发炎的肠道标本中提取出的巨噬细胞和上皮细胞中NF-κB p65 水平升高。
嗜酸乳杆菌能维持肠道屏障的完整性，并抑制TLR4/NF-κB信号通路，下调高脂饮食喂养小鼠中的促炎介质(TNF-α，IL-1β和IFN-γ)的表达，并上调了控制能量和脂质代谢的关键转录因子的表达。
乳酸菌可诱导环氧合酶(COX)-2、一氧化氮合酶(iNOS)，NF-κB，抑制TNF-α，IL-6 和IL-1β等炎性细胞因子的产生，从而抑制2，4，6-三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的炎症水平。此外，乳酸菌通过增加包括 ZO-1在内的肠道紧密连接蛋白的表达来缓解肠道菌群失调，并抑制肠道通透性。这些结果表明，乳酸菌可通过调节NF-κB信号传导、肠道微生物群和增加肠道紧密连接蛋白的表达治疗IBD，具有很好的应用前景。Kim 等研究表明，与正常对照组相比，TNBS模型组中，与致密连接相关的蛋白质ZO-1、Occludin和Claudin1的表达显著降低，但乳酸菌处理组恢复了TNBS诱导的致密连接蛋白的减少，表明乳酸菌显著提高了TNBS模型中紧密结合蛋白表达量。清酒乳杆菌也可通过干扰NF-κB信号通路来调节炎症反应，植物乳杆菌可通过诱导M1到M2巨噬细胞的极化来缓解结肠炎。
2.3 通过芳烃受体调控肠道炎症
芳烃受体(AhR)是一种细胞核受体，主要与芳烃类化合物与内源性配体结合，参与细胞内代谢调节、调控一系列基因的表达，从而影响T细胞和B细胞等免疫细胞的活性，进而影响机体的免疫应答。乳酸菌可直接释放芳香烃受体对免疫细胞产生作用，如罗伊氏乳杆菌通过释放吲哚-3-醛，促进CD8T细胞产生IFN-γ增强免疫功能。罗伊氏乳杆菌也可通过色氨酸衍生的代谢物激活AhR并增强T细胞产生免疫因子。
IL-22可促进肠上皮完整性及黏液分泌和防御素的产生，从而减少肠道炎症，在免疫调节、炎症反应和肠道上皮组织修复中发挥重要作用。细胞内分泌的IL-22水平与肠道性炎症密切相关。IL-22通过诱导产生抗菌肽(Reg3 凝集素)来对抗肠道病原体，并通过诱导紧密连接蛋白保护肠道组织免受炎症损伤以增强先天免疫反应。AhR对IL-22水平具有直接调控作用。Monteleone等验证了AhR的激活可通过直接上调 IL-22来治疗黏膜炎症。AhR信号通过IL-22抑制小鼠胃肠道炎症和结肠炎。AhR相关化合物未来可能被开发用于治疗IBD。高度适应性的乳杆菌扩增并激活涉及AhR的局部代谢途径，通过AhR提升IL-22的转录，乳酸杆菌与革兰阳性菌也具有通过TLR2刺激IL-22产生的能力，也可通过吲哚-3-甲醛刺激AhR产生IL-22。罗伊氏乳杆菌能增加GF小鼠中NKp46细胞产生IL-22，某些乳杆菌种属也会刺激ILC3s产生IL-22，进而缓解炎症。
2.3.2 通过色氨酸代谢物激活AhR
内源性色氨酸(Trp)代谢物在哺乳动物肠道免疫稳态中起着重要作用。乳酸杆菌将糖转换为色氨酸为能量来源，并被扩增并产生AhR配体-吲哚-3-醛，由此产生的IL-22依赖性平衡黏膜反应允许混合微生物群落存活，并通过保护黏膜防止炎症的危害。研究显示，罗伊氏乳杆菌通过产生色氨酸分解代谢物来激活AhR，可对多种疾病产生作用，尤其是肠道疾病。色氨酸分解代谢的吲哚衍生物激活AhR以调节局部IL-22的产生并调节肠道屏障功能。增加的AhR信号通过产生IL-22抑制小鼠胃肠道中的炎症和结肠炎。色氨酸中AhR配体的可用性和生产受微生物群控制。代谢组学分析表明，无菌小鼠血浆和结肠中的色氨酸水平升高，而结肠腔内吲哚乙酸(IAA)的产生功能受损。
2.4 改变肠道菌群丰度
肠道菌群丰度的改变会对肠道健康或疾病产生干预作用。乳酸菌在肠道定植以后，多会产生肠道菌群的正向变化，常见有益菌增加、有害菌减少。研究发现，发酵乳杆菌可重塑并增加肠道微生物群的多样性。发酵乳杆菌KBL375增加了有益微生物的丰度，如乳杆菌属。同时发酵乳杆菌KBL374 和KBL375都可通过调节免疫反应和改变肠道微生物群的组成来缓解肠道中的炎症性疾病，从而治疗IBD。发酵乳杆菌能通过增加微生物多样性和恢复厚壁菌门/拟杆菌门比例来重塑微生物群组成，从而缓解肠道炎症。乳酸菌还可通过增强对有害菌的抵抗力，调整肠道菌群结构，产生更多的抗炎物质。Zhang 等研究发现，肠道微生物组调节特征是肠道微生物群多样性更高，与葡聚糖硫酸钠盐(DSS)炎症组相比，经过乳杆菌干预治疗后，厚壁菌门、拉赫诺梭菌门、拟杆菌门丰度及糖降解相关途径的基因表达量显著增加。因此，通过在肠道中适当补充乳酸菌可在肠道中形成有益菌的优势菌落，从而通过新的肠道微生态平衡，产生短链脂肪酸、改善生物肠道屏障等功能对IBD进行治疗。
2.5 修饰 microRNA表达
乳酸菌可通过修改某些microRNA的表达，在转录后，对先天免疫反应产生积极影响，保持肠道屏障完整性，并减少促炎细胞因子的产生以及适应性免疫反应，调节Th1、Th17 和Treg相关细胞因子的表达。如鼠李糖乳杆菌GG(LGG)和无细菌上清液已被证明可促进肾上腺脑白质营养不良(ALD)患者的肠上皮完整性并保护肠道屏障功能，但对于作用机制的研究相对较少。Zhao等通过慢性乙醇暴露增加了肠道miR122a的表达，从而降低了闭塞蛋白的表达，导致肠道通透性增加，同时证明LGG通过抑制miR122a在肠道完整性中发挥作用，导致暴露于慢性乙醇的小鼠的闭塞蛋白恢复。Kaliyamoorthy 等在DSS诱导的结肠炎模型中添加木质素和植物乳杆菌可恢复E-cad的表达并抑制STAT3的表达。研究表明，补充木质素和植物乳杆菌还通过上调miR199a的表达(1倍)来抑制CD44的表达(1.2倍)，乳酸菌、木质素及其协同治疗通过炎症细胞因子的变化和DSS诱导的结肠炎中miR199a的表达对IBD具有保护作用。
3 小结
IBD 是一种难治性慢性疾病，其确切发病机制尚不清楚，病程漫长，给患病伴侣动物带来极大的痛苦，但目前还没有开发出有效的IBD诊断和治疗方法。笔者深入探讨乳酸菌对炎症性肠病的修复作用机制，包括促进黏膜屏障细胞再生、增强屏障功能等方面的具体机制，证明乳酸菌可保护肠道黏膜屏障，减少有害物质的渗透，减轻IBD的发病和发展具有极为重要的意义，也为未来IBD的诊断提供可能的解决方案和理论依据。
参考文献：略
作者：孙晋涛，顾鑫淑等2025年4月28晶网络首发于《中国畜牧兽医》。
