丁酸梭菌的生物学功能研究

丁酸梭菌的工艺、研发、生产设备等已经日益完善，丁酸梭菌在动物肠道内的作用也逐渐被人熟知；作为丁酸梭菌厂家，金百合生物窦子今天来和大家探讨探讨丁酸梭菌在生物学功能的研究；高深文，慎入！

1、神经调节功能及临床应用

1.1 梭菌神经毒素

梭菌神经毒素是一类剧毒蛋白，包括破伤风神经毒素（TeNT）和肉毒神经毒素（BoNT），分子量150Ku，以一条多肽链形式才有毒性。迄今，BoNT已发现七种血清型，分别为A至G，近来发现Cb的某些菌株产生BoNT/E和BoNT/F 毒素。所有这些毒素的基因均已克隆并测序，并认识到梭菌神经毒素具有金属酶活性，对其分子作用机制的研究已有重大突破。细菌培养物或食物中的BoNT常与同等大小的非毒性蛋白（NTNH）形成复合物，即前体毒素M型。BTNH和BoNT进行保护，使其耐受消化道中强酸和蛋白酶作用。已有证明，前体毒素越大，其口服毒力越强。

丁酸梭菌神经毒素蛋白(Bu-BoNT/E)在血清学上与肉毒梭菌神经毒素E型(Bo-BoNT/E)的分子拓扑相识，氨基酸序列97%相同，只是酪氨酸残基数目有差异，但是在生理功能上二者具有相抗性。

1.2 神经毒素对神经功能的调节

BoNT作用与突破前神经末端，通过阻塞或干扰神经细胞外钙池的内流，从而抑制神经末端对乙酰胆碱囊泡的释放，产生局部化学性的去神经支配。肌肉注射BoNT，这种麻痹作用可持续2--6月。此外，这种去神经支配作用也发生在腺

泡细胞上，但可能不是BoNT直接中毒，关于其机理仍有争议。有证据显示，BoNT的去胆碱效应并不是100%，很可能存在不受神经毒素影响的非胆碱神经传导起着作用，如血管活性肽（VIP）。

BoNT早就用胆碱运动神经的去神经支配，经验证，注射或口服BoNT可以治疗痉挛性声障碍，脸痉挛、焦柄张力障碍和其它疾病。直到近来，临床上才用七

种BoNT（A-G）治疗植物性神经功能失调导致的疾患，如鼻溢、耳炎、引起唾液分泌过多的血管损伤、肌肉萎缩性侧索硬化、剧烈肌衰竭、泌汗过多、延髓

瘫痪、迷走功能失调、哮喘或慢性阻塞性肺病、胃酸过多、痉挛性肠炎等。效

果都很显著，且无副作用，对人体无害。Bu-NoNT/E的作用尤其受重视。

2、免疫增强与抗肿瘤活力

丁酸梭菌激活免疫系统，促进免疫功能，维持机体的健康状况。当机体摄食丁

酸梭菌死菌体（10亿/g）后，从小肠上皮无菌取出派伊尔氏淋巴集结细胞，用ELISA发测定血清中免疫球蛋白Iga含量，实验组明显高于未摄食丁酸梭菌菌

体的对照组（6和0.5ug/ml）。给鸡饲喂含丁酸梭菌菌体的饲料后，测其血清

中ND-HI抗体效价的变化，结果显示，摄食一周后ND-HI价迅速上升。

有人发现丁酸梭菌细胞具有抗肿瘤活力。移植肉瘤180前和后分别对ddN鼠进行腹膜注射丁酸梭菌液剂，发现丁酸梭菌产生的胞外可溶性多聚糖（半乳糖：

葡萄糖=13.5:86.5）完全抑制肉瘤的生长。细胞壁对肉瘤的抑制也为100%，

抑制活力主要来自肽糖而不少多聚糖层。新鲜细胞的酸、碱萃取物呈现强烈抑

制肿瘤活性现象。酸萃取物抑制效应为10/10，所有动物活过100天，碱性萃

取物也相识。另有人用丁酸梭菌治疗移植性肿瘤“Jensen肉瘤”，热杀死丁酸梭菌细胞后制成菌体疫苗，对BDF1鼠的B16-F10黑素瘤进行抗转移试验。疫

苗刺激自然杀伤（NK）细胞对靶细胞YAC-1的细胞毒力的抗性。处理后72h出现拮抗峰值，而最大巨嗜细胞对细胞毒活力的抑制在9-11天出现。运用全身X 线辐射和角叉藻聚糖处理，使负载B16-F10黑毒瘤的BDF1鼠产生抗去唾液酸GM1抗体。这种刺激作用证实了被激活的NK细胞和（或）巨噬细胞在抗转移

作用中角色。此外，注射疫苗减少了高效价的r-干扰素，（IFN-r，一种重要的淋巴因子），此干扰素在抗转移活性中占有极其重要的比重。

在癌症诊断的微生物检测中，给病人静脉注射无毒无致病性的丁酸梭菌芽孢，

肿瘤扩散致使细菌产生IgM抗体，可作为检测的目标

3、对糖类的发酵分解

丁酸梭菌的生长和增殖能利用许多糖类及其衍生物作为能源和碳源。体内和体

外试验证实，菌体内存在着脱氢酶、氢化酶、糖苷酶、内酰胺酶等酶系，分解

高聚糖，如淀粉、纤维素，寡聚糖类如低聚半乳糖、木聚糖，以及麦芽糖、甘油、葡萄糖、果糖、乳糖、木糖、核糖、阿拉伯糖、甘露糖等，还有某些糖醇、糖苷。有写丁酸梭菌菌株含有对磷酸甘油二酯专一性的磷酸酰转移酶等特殊的

酶系。等酸梭菌分解产物主要是丁酸、乙酸、丁醇、乙淳、甲酸、H2、CO2、

丙二醇等多种酸和醇。丁酸梭菌对不同糖的发酵能力、产物组成等都因发酵条件、菌种不同而有所差异。H2、CO2、金属离子、糖浓度及种类都能影响发酵

的进行，产物和基质也可抑制菌体的生长。然而在多数情况下，葡萄糖的添加

反而能促进发酵，H2浓度提高，而酶活不受影响。但是，并不是所有糖能被丁酸梭菌降解。

丁酸梭菌可分解天然或处理过的淀粉，但比较缓慢，如玉米淀粉。多数丁酸梭

菌不能以天然或合成的纤维素为碳源，只有少数菌种合成内源葡聚糖酶、羧甲

基维生素酶、纤维二糖酶等，降解纤维素和半纤维素。在丁酸梭菌与其它微生

物混合培养中，纤维素的分解产物用于N2固定，二者相偶联。寡聚糖不能被

机体利用，反而造有害影响，丁酸梭菌对寡聚糖的降解，既增加了可利用的碳源，又产生乳酸抑制有害菌的繁殖，消除了对机体的不利因素。丁酸梭菌对甘油、葡糖糖的发酵研究较多，由甘油生产1,3-丙二醇量产很高，几乎达到56%。利用葡萄糖生产H2、丁酸等也早已大量投产。人粪中分离的丁酸梭菌-拜氏梭

菌杂交菌株，含有转粘质酶能降解肠道内的果胶酸为中间产物寡聚半乳糖醛酸（OA）和4,5-不饱和二半乳糖醛酸（DA），最终分解为挥发性的短链脂肪酸乙酸、少量正丁酸和甲酸。DA则完全分解为乙酸和甲酸。丁酸梭菌几乎不用OA

而以DA为碳源。

4、控制消化道紊乱

丁酸梭菌能抑制有害菌的生长，但并不影响有益菌在消化道内的定植和增值，

是起整肠作用的代表性菌。自1935年日本宫人近治发现此菌以来，已对其做

了大量研究，发现丁酸梭菌对食物中毒起因菌有极强的拮抗作用，有效抑制肠

道病原体，如产毒素的大肠杆菌，对临床上急慢性肠炎、赤痢、疫痢、消化不

良等消化系统疾病有良效。丁酸梭菌抗大肠杆菌的致腹泻活力，是丁酸抑制了

热变性的大肠杆菌外毒素，但不影响细胞的生长，其效应不依赖于外毒素在胞

内的积累，而是干扰其生物合成。

抗生素的大量使用也能造成大肠炎、下痢等，宿主肠内的生理环境受到破坏。

而抗生素菌种，如艰难梭菌，产生的毒素使病人出现高烧、白血球增多、低蛋

白血症，并伴随腹痛、下痢疾、血便等严重症状，临床上即可用丁酸梭菌治疗。有人用丁酸梭菌的细胞和孢子结合万古霉毒（VCM）防止艰难梭菌导致的腹泻

和假膜性结肠炎。VCM只能杀死艰难梭菌细胞，丁酸梭菌则消灭活的孢子，防止出芽和繁殖，而并不干扰肠道菌群微生态的恢复，完全治愈，防止疾病反复。