益生菌增强机体免疫和抗肿瘤作用的分子机制
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学 研 究
2 0 0 0 2 5 )
益 生菌( p r o b i o t i c s ) 是 指 对 人 和 动 植 物 机 体 有 益 的 菌 。 很 早 以前 人 类 就 已 经 发 现 , 益生菌 对人 体有 重要 的有 益 的影 响。 1 9 0 5年 , 俄 国微生 物学家发现 , 高 加 索 地 区 居 民 长 寿 者 较 多 的 原因 , 是 由 于 食 用 了含 有 大 量 乳 酸 菌 的 酸 奶 。 2 0世 纪 2 0年 代 后期 , 逐 渐 能 用 在 肠 道 内 生 存 的 嗜 酸 乳 杆 菌 生 产 酸 奶 。2 0世 纪6 0年代 , 由于 厌 氧微 生 物 的分 离和 培养 技 术 的改 进 , 人们 逐 渐 对 益 生 菌 有 了更 深 入 的 研 究 , 并且 随着研 究 的进 行 , 人 们 对益 生菌也越来 越重 视。L i l l y和 S t i l l we l l 首先 在 1 9 6 5年 提 出 “ 益生菌” 这一说 法… I。 1 9 8 9年 F u l l e r 进 一 步 完 善 了 益 生 菌 的 概念 , 认 为益生 菌是 “ 一种 活 的微 生菌 , 通 过 喂 饲 来 调 节 肠 道 微 生 菌 的平 衡 , 能 够对宿 主产生 有益 的影 响” J 。近 3 0年 来 , 人 们 对 益 生 菌 的特 性 、 分类 、 分 布 与 营 养 意 义 等 研 究 取 得 了 很 大 的进展 , 发现益 生 菌在 增 强 免疫 功能 、 抗肿瘤等多方面, 具 有 重 要 的有 意 义 的生 物 学 功 能 。 尽 管 观 察 到 了 益 生 菌 对 人 类 有益 , 但 对 益 生 菌 的 分 子 作 用 机 制 一 直 了 解 甚 少 。在 近 几 年 来 分子生物 学技 术迅 速发 展 的基 础 上 , 一 些 研 究 者 对 益 生 菌 的分子作用 机制进 行 了研究 , 并取得 了一定 的成果 。 l 对 免 疫 系统 的 作 用 1 . 1 益生 菌通 过 T 0 1 l 样 受 体 介 导 的 抗 感 染 反 应 近 年 来 , To l l 一 样受体 ( T L R s ) 在 肠 道 疾 病 中 的 作 用 已 经 越 来 越 受 到 关 注。T L R s 是一个 与果 蝇 T 0 U样 蛋 白相 关 的 细 胞 表 面 受 体 家 族, 而 To U样 蛋 白 是 蝇 类 介 导 抗 真 菌 感 染 的 分 子 之 一 _ 4 j 。 在 哺 乳 类 动 物 的 TL Rs 被分 离后 , 发 现 哺 乳 类 动 物 的 TL Rs 的 胞 外结构域有 1 8 ~3 1个 氨 基 酸 组 成 的 富 含 亮 氨 酸 的 重 复 单 位 ( L e u c i n e - r i c h — r e p e a t , L R R) , 细 胞 内结 构 域 约有 2 0 0个 氨 基 酸 与 白介 索 一 1 I 型受体( I n t e r l e u k i n — I R, I I 一 I RI ) 和 白介 素一 1 8受 体( I n t e r l e u k i n 一 1 8 R, I L — l 8 R) 有高度 同源性 , 称 为 TI R( T 0 l l / 1 L I R h o mo l o g o u s r e g i o n ) , TI R是 T o l l 样 蛋 白和 I L — I R 向 下 游 进 行信 号转导 的核心 元件 _ 4 J 。 其 中 已经 发 现 TL R 2和 T L R 4 能 够介导 对微生物 的多种 细 胞壁 成 分 的反应 , 如: 脂 多糖 、 肽 聚 糖、 脂磷壁 酸与脂 蛋 白等_ 3 J 。 对 TL R 2 和 TL R 4的 刺 激 , 能 够 导 致 TL Rs 信 号 转 接 蛋 白 My D 8 8和 I Ll R相 关 样激 酶 ( I L — I R a x s o c i a t e d k i n & s e , I I  ̄ Z K) 这两种 信号成分的增加 , 随 后 介 导 NF —
K B途 径 的 激 活 _ 4 J 。
了益 生 菌 通 过 其 DN A 和 宿 主 TL R - 9相 互 作 用 对 实 验 性 大 肠 炎的改善情 况 , 他 们 给 患 实 验 性 大 肠 炎 的 小 鼠 胃伺 和 皮 下 注 射_ y 射 线 照 射 过 的益 生 菌 或 从 益 生 菌 中提 取 出 的 DN A, 其中, 缺 乏 TL R 一 2 、 4的 小 鼠其 旋 糖 苷 硫 酸 酯 钠 ( D s s ) 诱 导 性 大 肠 炎 的严 重 程 度 有 了很 大 的 改 善 , 而 缺 乏 TL R一 9或 其 信 号 转 接 蛋 白 My D 8 8的小鼠病情 却没 有好 转 _ 。说 明益生 菌 的保 护性 1 作 用 是 通 过 其 自身 D N A介 导的 , 而T I R- 9信 号 系 统 在 介 导 益 生 菌 的抗 感 染 过 程 中 , 起 到 了重 要 的 作 用 , 是 益 生 菌 对 粘 膜 屏 障功能 的影 响 , 其代 谢 活性 , 竞 争性 排 除肠 道 内 固有菌 群 , 以 及 益 生 菌 同 粘 膜 免 疫 系 统 的 相 互 作 用 的分 子 机 制 之 一 。 1 . 2 益 生 菌 的 粘 附 定植 很 多研 究 都 发 现 , 不 同 种 益 生 菌 的粘 附 能 力 是 不 同 的 , 而 且具有宿 主特异 性 。益 生 菌粘 附在 宿 主肠 道 上皮 细胞 后 , 可 发 挥 占位 定 植 的 作 用 , 以 阻 止 病 原 菌 与 肠 道 粘 膜 受 体 结 合 产 生粘 附 ; 益 生 菌 的 粘 附 还 可 以 防 止 条 件 致 病 菌 的 易位 , 防 止 条 件致病 菌向周 围不 断扩 散 , 引发 有 关 部位感 染 , 此外, 益 生 菌 的定 植 还 使 宿 主 具 有 调 整 菌 群 平 衡 、 控 制 内毒 素 血症 、 抗 肿 瘤、 抗 衰老 , 免疫 和营养 等 生理 作 用_ 1 。因此 , 益生 菌 进入 肠 道后能否粘附 在肠道粘 膜上 皮细胞 表 面, 形 成稳 定的 菌群 , 与 其是否能发挥 生态效应关 系密切 。 1 . 2 . 1 粘 附素 粘 附素 是 一种 具 有 多种 结构 和功 能 的多样 化分子 , 可能是蛋 白质 、 多肽 、 糖蛋 白、 糖 脂 和多 糖 或单 糖 , 是 存在 于微生物 的菌毛 、 细胞 壁 、 外膜 蛋 白 、 鞭毛 、 荚膜 及 小丝状 体 的 一 类 与 微 生 物 的粘 附 密 切 相 关 的 特 殊 物 质 。 2 0世纪 8 0年代有学 者用 C油酸标 记 了 1 株分 叉双歧杆 菌, 并提 取 了 C 标 记 的脂 磷 壁 酸 ( L T A) 。在 体 外 与 人 肠 上 皮 细胞粘 附试验 中, 证明 L T A 是 介 导 双歧 杆 菌 粘 附 的一 粘 附 分 子, 并能 刺激肠上皮 细胞 产生 T NF — a等 炎 症 因 子 _ 1 引。 除 了 脂 磷壁酸 , 邓 一 平 等 还 证 明 完 整 的 肽 聚 糖 对 胃粘 膜 糖 蛋 白 有 粘 附作用l 1 4 j 。1 9 9 3年 B e me t 等 直 接 研 究 了 双 歧 杆 菌 与 体 外 培 养 的人 结 肠 腺 癌 细 胞 株 C a c o - 2的 粘 附 , 认 为 双 歧 杆 菌 的 粘 附 成 分 可 能 是 细 菌 表 面 的 不 稳 定 的 蛋 白 质 1 。随 后 有 研 究 者 应 用硫酸铵 沉 淀 , S u p e r d e x 7 5凝 胶 过 滤 及 Q _  ̄p h a r { x s e离 子 交 换 层析 , 从双歧杆 菌 1 0 2 7菌 株 的培 养 液 上 清 中提 取 、 纯 化 出 一 分 子量为 1 6 k D a的 蛋 白质 , 经 多 种 技 术 证 明 能 介 导 阻 断 致 病 性 大肠埃 希菌( E P E C ) 和产毒性 大 肠埃 希菌 ( E TE C) 对肠 上 皮细 胞 的粘 附 。 同 年、 I , 日本 学 者 F u j i wa r n等 从 双 歧 杆 菌 培 养 液 上 清中分离 出一 分子量 为 5 2 k D a的 蛋 白 质 , 此 种 物 质 能 抑 制 E P E C对 G Al ( G a n g l i o t e t r a o s y l c e r a mi d e ) 的粘 附 J 。 提 示 双 歧 杆 菌存 在分泌 型的粘 附素 成分 , 且其粘 附素 成分可能是 多种 。 1 . 2 . 2 粘 附素受体 粘 附素 受 体 也是 微 生物 的粘 附 所 必须 的 物 质 之 一 。粘 附 索 受 体 一 般 位 于 宿 主 上 皮 细 胞 粘 膜 上 , 其 中大 部 分 是 具 有脂 肪 酸 结 合 位 点 的 蛋 白 质 或 糖 类 。 各 类 细 菌 具有 不同粘附 结构 的配 体 、 受 体 以 及 不 同 的 粘 附 部 位 。 双 歧 杆 菌 的 粘 附 是 其 粘 附 素 与 肠 上 皮 细 胞 粘 附 素 受 体 特 异 性 结 合 的过程, 有 研 究 报 道 , 用 胰 蛋 白 酶 和 过 氧 酸 钠 处 理 人 未 分 化 结肠 癌细胞( L o v o细 胞 ) 后, 发 现 其 与 双 歧 杆 菌 的 粘 附 明 降 低, 从 而 证 实 双 歧 杆 菌 粘 附 索 可 能 识 别 肠 上 皮 细 胞 膜 上 的 特 异糖蛋 白, 且通过进 一步 的试验还表 明此受体可能 与 I ) _ - 甘 露 糖 有关[ 。
董珂 , 刘晶星, 郭晓 奎 ( 上海 第 二 医科 大学病 原 生物 学教 研 室 , 上海
【 中图分类 号] R 3 7 8 【 文 献标识 码 I A
【 收稿 日期】 2 0 0 4 — 0 7 — 0 2 【 作 者简介】 董珂 ( 1 9 7 7 一 ) , 女, 硕士生 , 从事细胞微生物学 和病原 基因组
I { j 0 I t 、 , f{ j i 、| 1 { I I , l l l _ {, { } }H * _ _ q; { j Ⅲ j 尊 ^ I 1 { ; l 1 . j
; ,¨ ‘ ; ¨ _ { ; l l { {
D u g a s B等 在 研 究 中 发 现 , 益生菌 如乳 杆菌 L AC — C d Z - 有诱 导细胞 核因子 K B ( Nu c l e a r — f a c t o r -  ̄ a B, N F — K B) 介导 反 应 的能 力 , T o l l 相 关 蛋 白在 经 过 肠 细 胞 和 免 疫 细 胞 的 加 工 和 表 达 后 , 再 经 过 NF _ K B途 径 诱 导 T h l细 胞 因子 的 产 生 L 5 j 。 还 有 一 些 研 究 表
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中 国微 生 态 学 杂 志
2 0 0 5年 2月 第 l 7卷 第 l 期
文 章编号 : 1 0 0 5 — 3 7 6 X( 2 0 0 4 ) 0 5 — 0 0 7 9 — 0 3
【 综
述】
益 生 菌 增 强机 体 免疫 和 抗 肿 瘤 作 用Baidu Nhomakorabea的分 子 机 制
2 0 0 0 2 5 )
益 生菌( p r o b i o t i c s ) 是 指 对 人 和 动 植 物 机 体 有 益 的 菌 。 很 早 以前 人 类 就 已 经 发 现 , 益生菌 对人 体有 重要 的有 益 的影 响。 1 9 0 5年 , 俄 国微生 物学家发现 , 高 加 索 地 区 居 民 长 寿 者 较 多 的 原因 , 是 由 于 食 用 了含 有 大 量 乳 酸 菌 的 酸 奶 。 2 0世 纪 2 0年 代 后期 , 逐 渐 能 用 在 肠 道 内 生 存 的 嗜 酸 乳 杆 菌 生 产 酸 奶 。2 0世 纪6 0年代 , 由于 厌 氧微 生 物 的分 离和 培养 技 术 的改 进 , 人们 逐 渐 对 益 生 菌 有 了更 深 入 的 研 究 , 并且 随着研 究 的进 行 , 人 们 对益 生菌也越来 越重 视。L i l l y和 S t i l l we l l 首先 在 1 9 6 5年 提 出 “ 益生菌” 这一说 法… I。 1 9 8 9年 F u l l e r 进 一 步 完 善 了 益 生 菌 的 概念 , 认 为益生 菌是 “ 一种 活 的微 生菌 , 通 过 喂 饲 来 调 节 肠 道 微 生 菌 的平 衡 , 能 够对宿 主产生 有益 的影 响” J 。近 3 0年 来 , 人 们 对 益 生 菌 的特 性 、 分类 、 分 布 与 营 养 意 义 等 研 究 取 得 了 很 大 的进展 , 发现益 生 菌在 增 强 免疫 功能 、 抗肿瘤等多方面, 具 有 重 要 的有 意 义 的生 物 学 功 能 。 尽 管 观 察 到 了 益 生 菌 对 人 类 有益 , 但 对 益 生 菌 的 分 子 作 用 机 制 一 直 了 解 甚 少 。在 近 几 年 来 分子生物 学技 术迅 速发 展 的基 础 上 , 一 些 研 究 者 对 益 生 菌 的分子作用 机制进 行 了研究 , 并取得 了一定 的成果 。 l 对 免 疫 系统 的 作 用 1 . 1 益生 菌通 过 T 0 1 l 样 受 体 介 导 的 抗 感 染 反 应 近 年 来 , To l l 一 样受体 ( T L R s ) 在 肠 道 疾 病 中 的 作 用 已 经 越 来 越 受 到 关 注。T L R s 是一个 与果 蝇 T 0 U样 蛋 白相 关 的 细 胞 表 面 受 体 家 族, 而 To U样 蛋 白 是 蝇 类 介 导 抗 真 菌 感 染 的 分 子 之 一 _ 4 j 。 在 哺 乳 类 动 物 的 TL Rs 被分 离后 , 发 现 哺 乳 类 动 物 的 TL Rs 的 胞 外结构域有 1 8 ~3 1个 氨 基 酸 组 成 的 富 含 亮 氨 酸 的 重 复 单 位 ( L e u c i n e - r i c h — r e p e a t , L R R) , 细 胞 内结 构 域 约有 2 0 0个 氨 基 酸 与 白介 索 一 1 I 型受体( I n t e r l e u k i n — I R, I I 一 I RI ) 和 白介 素一 1 8受 体( I n t e r l e u k i n 一 1 8 R, I L — l 8 R) 有高度 同源性 , 称 为 TI R( T 0 l l / 1 L I R h o mo l o g o u s r e g i o n ) , TI R是 T o l l 样 蛋 白和 I L — I R 向 下 游 进 行信 号转导 的核心 元件 _ 4 J 。 其 中 已经 发 现 TL R 2和 T L R 4 能 够介导 对微生物 的多种 细 胞壁 成 分 的反应 , 如: 脂 多糖 、 肽 聚 糖、 脂磷壁 酸与脂 蛋 白等_ 3 J 。 对 TL R 2 和 TL R 4的 刺 激 , 能 够 导 致 TL Rs 信 号 转 接 蛋 白 My D 8 8和 I Ll R相 关 样激 酶 ( I L — I R a x s o c i a t e d k i n & s e , I I  ̄ Z K) 这两种 信号成分的增加 , 随 后 介 导 NF —
K B途 径 的 激 活 _ 4 J 。
了益 生 菌 通 过 其 DN A 和 宿 主 TL R - 9相 互 作 用 对 实 验 性 大 肠 炎的改善情 况 , 他 们 给 患 实 验 性 大 肠 炎 的 小 鼠 胃伺 和 皮 下 注 射_ y 射 线 照 射 过 的益 生 菌 或 从 益 生 菌 中提 取 出 的 DN A, 其中, 缺 乏 TL R 一 2 、 4的 小 鼠其 旋 糖 苷 硫 酸 酯 钠 ( D s s ) 诱 导 性 大 肠 炎 的严 重 程 度 有 了很 大 的 改 善 , 而 缺 乏 TL R一 9或 其 信 号 转 接 蛋 白 My D 8 8的小鼠病情 却没 有好 转 _ 。说 明益生 菌 的保 护性 1 作 用 是 通 过 其 自身 D N A介 导的 , 而T I R- 9信 号 系 统 在 介 导 益 生 菌 的抗 感 染 过 程 中 , 起 到 了重 要 的 作 用 , 是 益 生 菌 对 粘 膜 屏 障功能 的影 响 , 其代 谢 活性 , 竞 争性 排 除肠 道 内 固有菌 群 , 以 及 益 生 菌 同 粘 膜 免 疫 系 统 的 相 互 作 用 的分 子 机 制 之 一 。 1 . 2 益 生 菌 的 粘 附 定植 很 多研 究 都 发 现 , 不 同 种 益 生 菌 的粘 附 能 力 是 不 同 的 , 而 且具有宿 主特异 性 。益 生 菌粘 附在 宿 主肠 道 上皮 细胞 后 , 可 发 挥 占位 定 植 的 作 用 , 以 阻 止 病 原 菌 与 肠 道 粘 膜 受 体 结 合 产 生粘 附 ; 益 生 菌 的 粘 附 还 可 以 防 止 条 件 致 病 菌 的 易位 , 防 止 条 件致病 菌向周 围不 断扩 散 , 引发 有 关 部位感 染 , 此外, 益 生 菌 的定 植 还 使 宿 主 具 有 调 整 菌 群 平 衡 、 控 制 内毒 素 血症 、 抗 肿 瘤、 抗 衰老 , 免疫 和营养 等 生理 作 用_ 1 。因此 , 益生 菌 进入 肠 道后能否粘附 在肠道粘 膜上 皮细胞 表 面, 形 成稳 定的 菌群 , 与 其是否能发挥 生态效应关 系密切 。 1 . 2 . 1 粘 附素 粘 附素 是 一种 具 有 多种 结构 和功 能 的多样 化分子 , 可能是蛋 白质 、 多肽 、 糖蛋 白、 糖 脂 和多 糖 或单 糖 , 是 存在 于微生物 的菌毛 、 细胞 壁 、 外膜 蛋 白 、 鞭毛 、 荚膜 及 小丝状 体 的 一 类 与 微 生 物 的粘 附 密 切 相 关 的 特 殊 物 质 。 2 0世纪 8 0年代有学 者用 C油酸标 记 了 1 株分 叉双歧杆 菌, 并提 取 了 C 标 记 的脂 磷 壁 酸 ( L T A) 。在 体 外 与 人 肠 上 皮 细胞粘 附试验 中, 证明 L T A 是 介 导 双歧 杆 菌 粘 附 的一 粘 附 分 子, 并能 刺激肠上皮 细胞 产生 T NF — a等 炎 症 因 子 _ 1 引。 除 了 脂 磷壁酸 , 邓 一 平 等 还 证 明 完 整 的 肽 聚 糖 对 胃粘 膜 糖 蛋 白 有 粘 附作用l 1 4 j 。1 9 9 3年 B e me t 等 直 接 研 究 了 双 歧 杆 菌 与 体 外 培 养 的人 结 肠 腺 癌 细 胞 株 C a c o - 2的 粘 附 , 认 为 双 歧 杆 菌 的 粘 附 成 分 可 能 是 细 菌 表 面 的 不 稳 定 的 蛋 白 质 1 。随 后 有 研 究 者 应 用硫酸铵 沉 淀 , S u p e r d e x 7 5凝 胶 过 滤 及 Q _  ̄p h a r { x s e离 子 交 换 层析 , 从双歧杆 菌 1 0 2 7菌 株 的培 养 液 上 清 中提 取 、 纯 化 出 一 分 子量为 1 6 k D a的 蛋 白质 , 经 多 种 技 术 证 明 能 介 导 阻 断 致 病 性 大肠埃 希菌( E P E C ) 和产毒性 大 肠埃 希菌 ( E TE C) 对肠 上 皮细 胞 的粘 附 。 同 年、 I , 日本 学 者 F u j i wa r n等 从 双 歧 杆 菌 培 养 液 上 清中分离 出一 分子量 为 5 2 k D a的 蛋 白 质 , 此 种 物 质 能 抑 制 E P E C对 G Al ( G a n g l i o t e t r a o s y l c e r a mi d e ) 的粘 附 J 。 提 示 双 歧 杆 菌存 在分泌 型的粘 附素 成分 , 且其粘 附素 成分可能是 多种 。 1 . 2 . 2 粘 附素受体 粘 附素 受 体 也是 微 生物 的粘 附 所 必须 的 物 质 之 一 。粘 附 索 受 体 一 般 位 于 宿 主 上 皮 细 胞 粘 膜 上 , 其 中大 部 分 是 具 有脂 肪 酸 结 合 位 点 的 蛋 白 质 或 糖 类 。 各 类 细 菌 具有 不同粘附 结构 的配 体 、 受 体 以 及 不 同 的 粘 附 部 位 。 双 歧 杆 菌 的 粘 附 是 其 粘 附 素 与 肠 上 皮 细 胞 粘 附 素 受 体 特 异 性 结 合 的过程, 有 研 究 报 道 , 用 胰 蛋 白 酶 和 过 氧 酸 钠 处 理 人 未 分 化 结肠 癌细胞( L o v o细 胞 ) 后, 发 现 其 与 双 歧 杆 菌 的 粘 附 明 降 低, 从 而 证 实 双 歧 杆 菌 粘 附 索 可 能 识 别 肠 上 皮 细 胞 膜 上 的 特 异糖蛋 白, 且通过进 一步 的试验还表 明此受体可能 与 I ) _ - 甘 露 糖 有关[ 。
董珂 , 刘晶星, 郭晓 奎 ( 上海 第 二 医科 大学病 原 生物 学教 研 室 , 上海
【 中图分类 号] R 3 7 8 【 文 献标识 码 I A
【 收稿 日期】 2 0 0 4 — 0 7 — 0 2 【 作 者简介】 董珂 ( 1 9 7 7 一 ) , 女, 硕士生 , 从事细胞微生物学 和病原 基因组
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D u g a s B等 在 研 究 中 发 现 , 益生菌 如乳 杆菌 L AC — C d Z - 有诱 导细胞 核因子 K B ( Nu c l e a r — f a c t o r -  ̄ a B, N F — K B) 介导 反 应 的能 力 , T o l l 相 关 蛋 白在 经 过 肠 细 胞 和 免 疫 细 胞 的 加 工 和 表 达 后 , 再 经 过 NF _ K B途 径 诱 导 T h l细 胞 因子 的 产 生 L 5 j 。 还 有 一 些 研 究 表
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2 0 0 5年 2月 第 l 7卷 第 l 期
文 章编号 : 1 0 0 5 — 3 7 6 X( 2 0 0 4 ) 0 5 — 0 0 7 9 — 0 3
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述】
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