《食品科学》:沈阳农业大学乌日娜教授等:双歧杆菌缓解溃疡性结肠炎的作用机制研究进展

过去研究人员通过16S rRNA的微生物谱对UC患者的微生物群进行了分类，发现UC患者肠道中双歧杆菌，尤其是两歧双歧杆菌丰度显著减少，这揭示了双歧杆菌在预防结肠炎中的潜在作用。由表1可知，近年来已有多种双歧杆菌被证实具有缓解UC的功能，例如Quaresma等发现双歧杆菌以及含有双歧杆菌的益生菌混合物可有效预防小鼠肠黏膜损伤。此外，动物和临床试验均证实，双歧杆菌可减轻UC患者的慢性黏膜炎症、抑制肠道固有层细胞中炎症通路的激活并下调炎症介质的表达。一些菌株例如长双歧杆菌BB536、YS108R和CCM7952能够调节宿主肠道炎症，减缓实验性结肠炎的恶化，但并非所有双歧杆菌都有很好的效果，如长双歧杆菌CCM372、HAN4-25缓解病程的效果就并不显著。一方面，这可能是由于双歧杆菌的菌株特异性，首先，不同菌株的胃肠道转运耐受性和肠黏附能力不同，这会影响菌株在肠道定植，进而影响其发挥益生作用。其次，双歧杆菌的遗传背景不同，如一些双歧杆菌表达糖基水解酶的数量有限，不能较好地利用人类肠道中不同的碳资源，这导致菌株定植能力较弱，或影响益生作用的发挥。另一方面，人群特异性也会影响益生菌制剂的效果，如对于婴儿、老年人和免疫功能低下的特殊群体，其对菌株的耐受能力有限，需要个性化定制及严格控制菌株的安全性。此外，双歧杆菌到达肠道的数量和质量、以及复配试剂中各个菌株与双歧杆菌的协同和拮抗关系等同样对其益生功能具有影响。由于不同双歧杆菌菌株的作用效果和机制不同（表1），所以在评价双歧杆菌益生功能之前，合理的体外筛选是必要的。而了解不同双歧杆菌的作用机制对于展开菌株的筛选工作具有重要意义。

双歧杆菌可以通过调节肠道菌群进而在UC中发挥治疗作用。正常机体肠道内栖居着大量的细菌，它们与肠道黏膜结合，或黏附或嵌合，与宿主的肠道空间结构形成一个既相互作用又相互依赖的微生态系统，这种微生态系统构成了肠道的生物屏障。双歧杆菌作为早期就定植在人类肠道的益生菌，在调节肠道微生态环境中发挥重要作用。

综上，双歧杆菌抑制有害菌的生长和提高有益菌丰度，进而完善肠道生物屏障是其缓解UC的主要原因之一。

在肠道中，黏液是屏障功能中必不可少的细胞外成分，在上皮形成保护性凝胶状结构，并且低水平的黏蛋白和黏蛋白聚糖与结肠炎有关。Jostins等发现肠道黏蛋白Muc2基因的表达降低会加剧UC患者黏膜损伤。黏液屏障受损不仅会导致肠道疾病，还会导致自身免疫、代谢和精神健康疾病。因此，保持肠道黏液屏障的完整性是改善UC的关键因素之一。体外研究发现，两歧双歧杆菌FL-276.1、FL-228.1能够缓解DSS诱导的Caco-2细胞单层炎症，上调芳香烃受体AHR促进肠道稳态，上调抗氧化信号通路NRF2，抑制炎症小体NLRP3的表达。齿双歧杆菌通过分泌醋酸盐，增加人结肠腺癌肺转移细胞T84中的Muc2水平；另外，双歧杆菌能够促进γ-氨基丁酸的生成，刺激Muc2释放和自噬介导的钙信号传导，通过自噬过程清除死亡和衰老的细胞。

体内研究同样印证了双歧杆菌在改善肠道机械屏障方面的潜力。用短双歧杆菌UCC2003处理无菌小鼠，可检测到小鼠结肠细胞显著增殖。富硒长双歧杆菌DD98能够增加DSS诱导的结肠炎小鼠TJP（ZO-1和Occludin）的表达，明显提高肠道屏障的完整性。双歧杆菌能够定植于小鼠肠道黏液层，调节杯状细胞产生黏液，上调结肠中小鼠的杯状细胞标志物Krüppel样因子4、三叶因子3、抵抗素样分子β、Muc2和几种糖基转移酶水平，增加酸性黏蛋白填充杯状细胞数量，进而改善肠道黏液屏障。双歧杆菌还具有维持肠TJP和黏附连接蛋白浓度的能力，从而减少上皮细胞凋亡，恢复部分肠道机械屏障。综上，促进肠道黏液层的修复，增加TJP等肠屏障蛋白的表达是双歧杆菌修复肠道机械屏障从而缓解UC的主要机制之一。

近年来，多项研究揭示了双歧杆菌在DSS或TNBS诱导的肠道炎症细胞以及动物实验模型中调节免疫的机制。在I型免疫中，不同菌株例如长双歧杆菌FGDLZ8M1、两歧双歧杆菌ATCC29521、短双歧杆菌M1和短双歧杆菌M2、婴儿双歧杆菌ATCC 15697等，主要通过下调促炎细胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6，抑制TLR4的表达，阻止髓样分化因子88的激活，最终抑制NF-κB信号通路，起到抗炎的作用。在II型免疫中，Huang等发现双歧杆菌能够抑制肠黏膜炎小鼠炎症因子IL-4的表达，进一步研究发现，婴儿粪便中的长双歧杆菌丰度与血液中炎症因子IL-13含量呈负相关，这说明双歧杆菌具有调控II型免疫的潜力。在UC患者恢复过程中，II型免疫中IL-4Rα的分泌减少，IL-4Rα是炎症因子IL-4的受体。而在双歧杆菌干预的肠黏膜炎小鼠实验中，IL-4水平显著降低，腹泻和体质量得到改善，这可能是由于双歧杆菌通过抑制IL-4Rα的表达从而降低了IL-4的水平，导致JAK激酶无法激活STAT6信号通路，以达到改善自身免疫疾病的目的。在III型免疫中，Th17是一种新的T细胞分化亚群，它与Treg细胞相互作用。因此，有人认为在免疫炎症反应中可能存在Th17/Treg平衡。IL-17是诱导肠道免疫细胞CD4⁺T细胞向Th17细胞分化的关键细胞因子，而IL-23在分化后期维持Th17稳定的分化和成熟。实验结果显示，小鼠经长双歧杆菌BL-10处理后，IL-17、IL-22和IL-23水平升高，这说明长双歧杆菌BL-10可以通过刺激细胞因子的分泌，调节Th17/Treg平衡，维持正常的肠道免疫功能。同时，长双歧杆菌BL-10通过上调IL-22，诱导肠上皮细胞产生抗菌肽Reg-3β和Reg-3γ，并增强再生上皮的抗菌特性。

另一方面，双歧杆菌外源给药可降低中性粒细胞趋化因子（CINC）的mRNA表达，中性粒细胞浓度很大程度上取决于CINC，当中性粒细胞持续处于偏高的水平时，容易形成慢性炎症。双歧杆菌外源给药还能够上调类胰岛素一号生长因子（IGF-1）产生，IGF-1能够促进细胞生长分化与上皮组织创伤愈合，增强肠道屏障功能。Wang Wei等发现，双歧杆菌在降低CINC mRNA表达的同时，上调了IGF-1产生。因此双歧杆菌既能通过降低肠道中性粒细胞浓度缓解炎症，又能通过上调IGF-1促进肠道溃疡伤口的愈合。潘氏细胞的功能类似于中性粒细胞，能够在细菌或病原体入侵肠上皮细胞时分泌抗菌分子到小肠管腔的绒毛。据报道，双歧杆菌能够促进潘氏细胞分泌的Wnt信号蛋白和转化生长因子-β（TGF-β）上调，其中WNT3A在上皮细胞生长、分化和极性形成中起关键作用，TGF-β可以调节细胞的生长，抑制免疫活性细胞的增殖，并且在治疗小鼠结肠炎方面具有潜力。

2.4.1 调节一氧化氮含量

近年来，研究发现双歧杆菌与嘌呤代谢有密切联系（图3）。假长双歧杆菌可通过在肠道积累嘌呤代谢物肌苷增强免疫应答，提高肿瘤免疫检查点阻断疗法的疗效；双歧杆菌还具有激活嘌呤代谢信号通路中CD39和CD73（5’-外核苷酸酶）的潜力，CD39和CD73能够促进胞外ATP的降解，减少炎症介质胞外ATP对免疫细胞的刺激，降低炎症因子的释放。此外，降解ATP生成的单磷酸腺苷（AMP）会进一步分解成腺苷，腺苷能够促进巨噬细胞分泌抗炎因子IL-10，并抑制IL-12和TNF的表达，还能够减少中性粒细胞产生的超氧阴离子。肌苷是腺苷的代谢产物，最新的研究发现，肌苷的富集能够促进肠上皮细胞的生长，此外肌苷的代谢产物次黄嘌呤被发现能够调节肠上皮细胞的能量代谢。Mager等发现肠道低水平的次黄嘌呤以及黄嘌呤氧化酶的高表达是炎症性肠病致病的关键因素，这对改善肠道屏障功能至关重要，或成为缓解和治疗UC的新机制之一。因此，双歧杆菌可能通过调控嘌呤代谢或者富集嘌呤代谢产物缓解肠道的慢性炎症。嘌呤代谢产物及其受体在肠道神经元系统和上皮细胞中广泛分布和表达，并通过免疫等机制参与UC的病理过程。目前双歧杆菌通过调节嘌呤代谢进而缓解UC的报道较少，双歧杆菌-嘌呤代谢产物-免疫途径或许是未来UC辅助治疗的一个新方向。

双歧杆菌作为肠道最重要的益生菌之一，在肠细胞的能量吸收过程起重要作用。UC患者肠道溃疡面组织的修复和新生细胞的生长需要大量的能量。双歧杆菌虽不直接为肠细胞提供能量，但是能够促进丁酸盐的生产。丁酸盐是结肠上皮细胞的首选能源，能够直接影响结肠细胞的生长和分化，有助于维持肠屏障功能，丁酸盐还能够促进突触足蛋白加速肠上皮细胞损伤修复，这对肠屏障完整性和细胞运动至关重要。据报道，双歧杆菌可通过协同代谢和交叉喂养与其他肠道共生体进行相互作用，特别是能够促进产生丁酸盐的细菌的生长。补充双歧杆菌有助于提高产丁酸盐的细菌如丁酸梭菌、普拉梭菌、罗斯氏菌属、丁酸弧菌属、瘤胃菌科等的丰度，维持肠道pH值，促进其他益生菌如嗜酸乳杆菌等的生长。双歧杆菌还能够分解乳酸盐并向罗氏菌属释放可利用的寡糖，促进罗氏菌属产生丁酸盐。因此双歧杆菌在肠上皮细胞生长发育以及能量供给过程中发挥重要作用。

此外，研究人员还发现双歧杆菌可能在ATP的合成与调控中发挥关键作用。Cao Jianing等发现，在ATP的合成与调控过程中，乳双歧杆菌Probio-M8参与丙酮酸代谢途径。丙酮酸在线粒体合成ATP过程中起重要枢纽作用。它可通过乙酰辅酶A和三羧酸循环实现体内糖、脂肪和氨基酸间的互相转化，为肠上皮细胞提供能量。乳双歧杆菌Probio-M8能够缓解炎症性肠病患者的症状可能是由于改善了肠黏膜的能量缺乏状态，提高了ATP水平以及能量电荷电位。丙酮酸能抑制肠上皮细胞的坏死且生成的ATP能够促进隐窝增殖。未来，深入研究双歧杆菌对肠上皮细胞的丙酮酸代谢调控过程具有重要意义。

双歧杆菌发酵食品作为治疗UC的辅助疗法已被证实，如双歧杆菌YS108R发酵乳可降低结肠炎小鼠疾病活动指数、髓过氧化物酶活性及IL-6和IL-17A基因的表达，并维持TJP，增加Muc2的表达，防止肠杆菌科细菌丰度的增加。许多临床试验表明，使用长双歧杆菌可以有效改善UC的症状。一项针对日本患者的随机、双盲、安慰剂对照多中心实验表明，摄入长双歧杆菌BB536对急性UC患者具有良好的缓解作用，与接受安慰剂治疗的受试者相比，长双歧杆菌BB536能很好地缓解轻度至中度活动性UC患者的临床症状。治疗8 周后，患者疾病活动性大幅降低。Caviglia等的研究同样证实了补充双歧杆菌的效果，发现肠易激患者使用长双歧杆菌治疗12 周后，促炎细胞因子IL-6、IL-8和TNF-α的表达降低，肠道通透性和胃肠道症状改善。通过系统的回顾和荟萃分析，对6 155 名参与者进行多项随机、安慰剂对照研究评估双歧杆菌预防结肠炎的疗效，结果显示，与对照组相比，双歧杆菌组发生结肠炎的风险显著降低，死亡的风险也显著降低。这说明双歧杆菌缓解结肠炎的成功率和安全性较高。总地来说，口服双歧杆菌是一种安全有效的UC辅助治疗策略。

双歧杆菌作为缓解UC患者症状的有效附加疗法，需要进一步在更大样本的UC患者队列中进行随机、双盲、长疗程、对照临床试验从而证实其疗效，并进一步研究其最佳使用剂量和治疗周期。另外，针对性地传递和控制释放双歧杆菌，使双歧杆菌在应用过程中实现高存活率、高稳定性、精准的目标传递和控释是重点。开发简单、经济、高效的保护技术或能够弥补双歧杆菌在缓解UC研究技术上的不足。

随着UC的发病率逐年增高，肠道健康与肠道微生物成为各国研究人员关注的焦点，双歧杆菌能够调节肠道菌群，修复肠道屏障，其在UC的潜在作用是当下研究热点。本文聚焦于双歧杆菌调节溃疡性肠炎的机制及应用现状，从调节肠道微生态、修复肠道机械屏障、增强宿主肠道免疫反应、调节肠道嘌呤代谢、抑制OS和为肠上皮提供能量6 个角度全面阐述了双歧杆菌缓解UC的机制，进一步对复合益生菌或益生元促进双歧杆菌在肠道中的益生作用有效性进行了论述，以期为双歧杆菌改善肠道健康的深入研究及推广益生菌的综合应用提供参考。