乳酸菌介導巨噬細胞極化作用的研究進展①

邵麗娜 楊文濤 王春鳳 胡靜濤

(吉林農業(yè)大學動物科學技術學院，吉林省動物微生態(tài)制劑工程研究中心，動物生產(chǎn)及產(chǎn)品質量安全教育部重點實驗室，長春130118)

乳酸菌(Lacticacidbacteria，LAB)是一類能利用可發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生大量乳酸的革蘭染色陽性菌，是益生菌的重要代表成員。在維持宿主機體穩(wěn)態(tài)，激活免疫系統(tǒng)、促進免疫細胞活化、維持機體免疫平衡等方面具有重要作用[1,2]。乳酸菌以其在腸道定植黏附力好、對腸黏膜免疫調節(jié)作用突出而備受關注。研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌能通過調節(jié)巨噬細胞的免疫功能以及吞噬能力來預防和治療各種炎癥疾病，是腸道內重要的一類益生菌[3]。

巨噬細胞(Macrophage，Mφ)是一類可塑性極強的免疫細胞，能吞噬和殺傷入侵機體的病原菌，是固有免疫的重要組成之一。通過識別病原體表面的模式識別受體激活并調節(jié)細胞因子的表達、免疫信號通路等阻止病原體入侵。乳酸菌可以增強Mφ吞噬病原菌的能力，同時在不同的免疫微環(huán)境下可以促進巨噬細胞分化為不同的表型[4]。近年來，乳酸菌對巨噬細胞產(chǎn)生免疫調節(jié)的作用機制成為研究熱點，并且還發(fā)現(xiàn)乳酸菌能調節(jié)巨噬細胞不同表型的極化。因此，有必要對乳酸菌調節(jié)巨噬細胞極化的作用機制進行深入探索，從而為炎癥疾病提供新的治療方向。

1 巨噬細胞在不同病原感染模式下的表型變化

巨噬細胞在機體中參與特異性免疫和非特異性免疫。在特異性免疫中主要發(fā)揮細胞免疫調節(jié)和抗原遞呈的功能并能激活獲得性免疫。在非特異免疫中主要負責清除病原微生物與衰老細胞、促進炎癥反應，并能夠重構與修復損傷組織。在機體特定的組織微環(huán)境下，巨噬細胞可分化為不同的表型，即分化為經(jīng)典活化的M1型和選擇性活化的M2型巨噬細胞[5]。M1型和M2型巨噬細胞在機體中發(fā)揮不同的免疫功能。M1型巨噬細胞促進Th1反應，具有較強的殺菌作用，而M2型巨噬細胞促進Th2反應，具有組織重構、免疫耐受的功能[6]。一旦入侵微生物被消滅，機體組織應答就必須從殺傷過程轉換為組織修復過程，巨噬細胞也會隨著炎癥的發(fā)展而發(fā)生變化。它們首先被TNF-α以經(jīng)典方式激活殺滅攝入的病原菌，隨后這些M1型巨噬細胞逐漸轉變?yōu)镸2型細胞，并表現(xiàn)出抗炎特性[7]。

當組織被病原體侵入時，單核細胞被募集并分化成巨噬細胞，巨噬細胞通過極化不同的表型來發(fā)揮不同的免疫功能來保護機體的穩(wěn)態(tài)。通常在細菌感染的早期階段巨噬細胞極化為M1型。細菌中存在的病原體相關分子模式被病原體識別受體識別時(如Toll樣受體，TLR)，巨噬細胞被激活并產(chǎn)生大量的促炎介質，包括TNF-α、IL-1和一氧化氮(NO)，它能殺死入侵的生物并激活適應性免疫，具有促炎作用[8]。有研究表明鼠傷寒沙門氏菌(S.typhimurium C5)能增強巨噬細胞誘導型一氧化氮合酶(iNOS)表達，促使巨噬細胞向M1型極化，這種機制可能與細菌在巨噬細胞內存活和復制的能力有關，這對全身性疾病是必不可少的[9]。大腸桿菌k88誘導巨噬細胞產(chǎn)生大量的促炎因子TNF-α等，促使巨噬細胞向M1型極化[10]。這種機制被認為與感染傷寒沙門氏菌、沙門氏菌及大腸桿菌等病原菌的早期階段有關[11]。如果巨噬細胞介導的炎癥反應持續(xù)產(chǎn)生，將會使促炎細胞因子過度產(chǎn)生，從而導致組織損傷。因此，巨噬細胞極化成M2型巨噬細胞，分泌大量的白細胞介素-10(IL-10)和轉化生長因子-β(TGF-β)抑制炎癥以緩解炎癥反應促進傷口愈合、有助于組織修復和重塑促進[12]。

巨噬細胞極化也參與病毒和寄生蟲感染模型，M2型巨噬細胞可抑制炎癥并促進組織愈合和清除凋亡細胞并加速炎癥的消退[13]。流感病毒可以誘導巨噬細胞極化，其模式為早期極化為具有較強殺傷活性的M1型巨噬細胞，后期極化為兼具殺傷活性和組織損傷修復活性的M2b型巨噬細胞[14]。此外，M2型巨噬細胞具有調控蠕蟲感染的各種病理特征的作用，包括T細胞反應的抑制、纖維化的調節(jié)等。還有研究表明弓形蟲感染巨噬細胞后能夠明顯誘導靜息狀態(tài)的巨噬細胞朝向M2型的方向極化，從而改變巨噬細胞的表型和功能。本研究為進一步闡明弓形蟲與機體免疫系統(tǒng)相互作用提供了實驗依據(jù)[15]。還有一些研究結果表明在新孢子蟲感染小鼠后期能夠誘導小鼠腹腔巨噬細胞極化為M2型巨噬細胞[16]。巨噬細胞的極化為如何提高宿主抵抗病毒和寄生蟲感染的研究提供思路和依據(jù)。M1型和M2型巨噬細胞在機體內互相轉化以提高宿主抵抗病原的能力，同時能維持機體穩(wěn)態(tài)，這將成為臨床上治療炎癥疾病的切入點。

2 乳酸菌對巨噬細胞極化的作用影響

乳酸菌作為腸道益生菌，定植在動物腸道從而增加黏膜底層細胞出現(xiàn)大量的淋巴細胞、巨噬細胞等這些免疫細胞能夠維持動物的腸道穩(wěn)態(tài)。劉東方等[17]研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌可以顯著增強巨噬細胞吞噬活性和提高NO分泌水平，表明它可以激活免疫細胞及調節(jié)細胞因子分泌發(fā)揮一定的免疫增強作用。研究發(fā)現(xiàn)ELISA法檢測脂多糖(LPS)處理后的巨噬細胞上清液，發(fā)現(xiàn)乳酸菌能促進LPS誘導的巨噬細胞上清液中產(chǎn)生IL-10[18，19]。表明乳酸菌能促進巨噬細胞發(fā)揮它的抗炎作用，對機體進行免疫調節(jié)，使機體處于一種平衡的狀態(tài)。此外，乳酸菌的細胞壁成分如：肽聚糖和多糖也能顯著增強巨噬細胞的吞噬能力，并且提高胞內游離Ca2+離子濃度，從而增強巨噬細胞殺傷腫瘤細胞的活性[20]。王輯等[21]給免疫抑制小鼠模型不同劑量的植物乳桿菌JLK0142的胞外多糖發(fā)現(xiàn)胞外多糖可以提高RAW264.7巨噬細胞的增殖，并且顯著地增強了巨噬細胞的吞噬能力及NO分泌量。表明植物乳桿菌JLK0142胞外多糖能有效提高RAW264.7巨噬細胞的免疫活力。這些研究表明乳酸菌可以激活巨噬細胞活性，使其大量分裂增殖，增加其表面受體的含量而顯著增強其吞噬能力，促使其分泌細胞因子，從而發(fā)揮其抗感染的效應[22]。

乳酸菌既能促使巨噬細胞活化又能在機體發(fā)生感染的不同階段使巨噬細胞極化不同的表型。當病原微生物感染突破機體的免疫屏障時，病原微生物會激活巨噬細胞，釋放大量的炎癥因子加劇機體炎癥反應。同時乳酸菌會促使巨噬細胞向不同的表型極化而表現(xiàn)不同的免疫防御功能，從而緩解機體的炎癥反應。糞腸球菌(Enterococcusfaecalis)為消化道內正常存在的一類微生物，在腸黏膜具有較強的耐受和定植能力，并且是一種兼性厭氧的乳酸菌，它能調節(jié)巨噬細胞極化。Christoffersen等[23]研究發(fā)現(xiàn)糞腸球菌誘導巨噬細胞的iNOS表達增加且精氨酸酶-1表達降低，誘導分泌相對較低水平的IL-10和分泌高水平誘導的TNF-α。這些結果表明糞腸球菌可誘導巨噬細胞M1型極化。為乳酸菌如何調控宿主防御提供了新的見解。乳酸桿菌作為乳酸菌的一種，它的黏附力較好，近年來被用來研究炎癥疾病甚多。有研究表明在炎癥疾病中，乳酸菌能促進M2型巨噬細胞的增加，從而有利于炎癥的緩解。Sohn等[24]在研究中發(fā)現(xiàn)副干酪乳酸桿菌(Lactobacillusparacasei)在非酒精性脂肪性肝炎(Nonalcoholic steatohepatitis，NASH)模型中肝竇內表面的吞噬細胞-庫普弗細胞(Kupffer cell)有著不同的表型極化。表明副干酪乳桿菌可降低NASH患者的肝臟脂肪堆積和血清丙氨酸氨基轉移酶(Alanine aminotrans-ferase，ALT)水平，降低腸道通透性。另外，副干酪乳桿菌減少由NASH引起的庫普弗細胞浸潤，抑制促炎性M1型庫普弗細胞應答并被激活抗炎性M2型應答，從而在NASH中誘導M2型庫普弗細胞極化。副干酪乳桿菌通過庫普弗細胞M2型極化來降低NASH模型中腸通透性并減輕肝臟脂肪變性。在抵抗病原菌的侵入時，M1型與M2型巨噬細胞存在一種平衡關系，以維持內環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。最新一項研究發(fā)現(xiàn)給老鼠飼喂益生菌解淀粉芽孢桿菌BaSC06后，發(fā)現(xiàn)BaSC06可直接促進巨噬細胞M1型極化，增加其對沙門氏菌的殺傷功能，這與Ji等[25]的研究一致。此外，還發(fā)現(xiàn)BaSC06調節(jié)的腸道菌群能夠促進巨噬細胞向M2型極化，維持腸道穩(wěn)態(tài)和炎癥平衡。表明飼喂BaSC06后誘導的腸道M1型和M2型巨噬細胞共同發(fā)揮抵抗沙門氏菌感染的效果[26]。因此，我們得出結論乳酸菌對巨噬細胞的極化和炎癥發(fā)生過程相關。炎癥發(fā)生早期，乳酸菌促進巨噬細胞分泌大量促炎因子可以殺傷胞內的病原菌。而在炎癥發(fā)生晚期，乳酸菌抑制巨噬細胞分泌大量抑炎因子IL-10來殺傷胞外的病原體，還可以進行組織修復和傷口愈合[27]。乳酸菌主要通過使巨噬細胞極化不同的表型，調節(jié)著炎癥疾病發(fā)生、發(fā)展和終止的一系列過程。這些研究使我們對乳酸菌改善炎癥的機制有了進一步的認識。

3 乳酸菌通過TLRs/Notch/NF-κB信號通路對巨噬細胞極化的調控

巨噬細胞M1-M2極化是一個嚴格控制的過程，可以在其特定的微環(huán)境中相互轉化M1和M2表型，整個過程需要信號通路來調節(jié)網(wǎng)絡。參與巨噬細胞極化調節(jié)的信號通路有TLR、Notch、NF-кB等。這些通路之間的相互作用不僅能調節(jié)巨噬細胞的免疫功能還能調控巨噬細胞極化。因此，鑒定乳酸菌與巨噬細胞極化的動態(tài)變化并了解其相互作用對于闡明疾病治療進展至關重要。

TLR信號能介導炎癥疾病并且與巨噬細胞極化調控密切相關[28]。研究表明嗜酸乳桿菌的肽聚糖(Whole peptidoglycan，WPG)能通過激活小鼠脾臟中TLR2從而抑制NF-κB信號通路，對β-乳球蛋白過敏癥狀有一定的抑制作用，從而緩解β-乳球蛋白過敏反應[29]。副干酪乳桿菌通過對宋內志賀菌(S.sonnei)的刺激導致TLR4表達量減少，表明副干酪乳桿菌對TLR4介導的信號通路起到一定的抑制作用[30]。這些研究表明乳酸菌可能通過抑制TLR4受體從而控制NF-κB的活性，抑制巨噬細胞向促炎性的M1型巨噬細胞極化，促進向抑炎型M2型巨噬細胞極化，達到緩解機體炎癥反應的目的。炎癥反應與巨噬細胞極化密不可分，在巨噬細胞極化過程中TLR受體和NF-κB信號通路起著關鍵性的作用。

NF-кB信號通路是巨噬細胞中標志性的轉錄因子，激活的NF-кB二聚體主要由Rel家族蛋白p50和p65亞基組成。p65活化可以啟動機體的炎癥反應，使巨噬細胞向M1表型極化，NF-кB的p50亞基在巨噬細胞向M2表型極化的過程中起重要作用，p50NF-кB可以抑制NF-кB的活化。Porta等[31]在p50缺陷型的小鼠中發(fā)現(xiàn)M1激活使炎癥反應加劇。表明NF-κB的p50亞基，抑制巨噬細胞向M1極化并促進巨噬細胞向M2極化，p50亞基是M2介導炎癥反應的重要組成部分。乳酸菌可以調節(jié)巨噬細胞的NF-κB信號通路，并對黏膜免疫產(chǎn)生相應的影響，其分泌的可溶性因子能抑制巨噬細胞NF-κB信號傳導通路，從而抑制促炎細胞因子的大量釋放，抑制巨噬細胞向M1表型極化[32]。許光勇等[33]用乳酸菌的代謝物乳酸(LA)對LPS刺激下的大鼠腸道黏膜微血管內皮細胞進行試驗處理后，發(fā)現(xiàn)p-IκBα/IκBα和p65的蛋白水平降低，這表明LA能通過降低IκBα磷酸化來抑制NF-κB的活性，從而降低TNF-α和IL-6的mRNA表達水平。所以LA能減少NF-κB信號中炎性細胞因子的產(chǎn)生，抑制巨噬細胞向M1型極化。Jang等[34]發(fā)現(xiàn)短乳桿菌G-101通過抑制NF-κB、MAPK和AKT途徑將M1型巨噬細胞極化為M2型巨噬細胞，從而來改善小鼠的結腸炎。研究表明鼠李糖乳桿菌的上清液(LGG-CM)能夠通過抑制NF-кB通路，促進巨噬細胞向M2極化，預防大腸桿菌引起的細菌性腦炎[35]。大量研究表明乳酸菌通過降低NF-кBp50亞基的蛋白水平，從而抑制NF-кB信號通路，促使巨噬細胞向抑炎性的M2型極化以發(fā)揮組織修復降低炎癥反應的功能。

此外，Notch信號通路對于調節(jié)巨噬細胞的發(fā)育、分化以及成熟也具有重要作用。Notch信號通路調節(jié)巨噬細胞向M1表型極化，可以刺激巨噬細胞分泌更多的促炎細胞因子和趨化因子，使機體產(chǎn)生更強烈的炎癥反應。當Notch信號被阻斷，發(fā)現(xiàn)與M1表型巨噬細胞相關的炎性減少，而M2表型巨噬細胞顯著增多[36]。由此可見，Notch信號在調節(jié)巨噬細胞極化方面起到了很關鍵的作用并且在炎癥反應調節(jié)中起到一定的作用。趙洪偉等[37]發(fā)現(xiàn)(3，5-二氟苯乙酰基)-L-丙氨酰基-L-2-苯基甘氨酸叔丁酯(DAPT)能夠抑制LPS誘導的IκBα磷酸化和NF-κBp65核轉位。表明Notch1通過激活NF-κB參與LPS誘導巨噬細胞炎癥介質釋放。而過多的炎癥因子會引“炎癥因子風暴”，繼而導致機體發(fā)生敗血癥。有研究表明鼠李糖乳桿菌能改善由沙門氏菌引起的腸道炎癥的機制，使機體達到一種平衡的狀態(tài)[38]。乳酸菌抑制機體炎癥可能是通過抑制Notch從而控制NF-κB活化，促進巨噬細胞向M2極化。乳酸菌不僅能緩解腸道炎癥，還有研究發(fā)現(xiàn)在急性肝衰竭(Acute liverfailure，ALF)的小鼠模型中，血漿中升高的LPS使肝組織內的巨噬細胞活化，從而激活了Notch信號通路，增加急性肝衰竭晚期重要炎癥介質高遷移率族蛋白B1(High mobility group protein B1，HMGB1)和抗炎細胞因子IL-10的分泌量。乳酸菌可以通過降低ALF小鼠血漿中LPS的表達水平，來抑制巨噬細胞的活化，控制Notch的信號轉導，降低HMGB1和IL-10的表達水平，對肝臟起到一定的保護作用。乳酸菌通過抑制Notch信號通路從而控制NF-κB活化來調控巨噬細胞向M2型極化，這種機制不僅能減輕炎癥反應，還為治療肝臟疾病提供新的研究方向。

機體作為一個大的信號網(wǎng)絡通過整合多個信號分子、建立龐大的精密的信號通訊網(wǎng)絡，實現(xiàn)對巨噬細胞極化的調節(jié)。因此，機體調節(jié)巨噬細胞極化的機制是一個極其復雜的過程。除了上述重要信號通路外，還涉及MAPK、JNK-STAT、JNK等其他通路。以上這些不同的信號通路能調節(jié)巨噬細胞的免疫功能，促使巨噬細胞向不同的表型極化，從而對炎癥疾病有所緩解。

4 總結

乳酸菌在建立黏膜防御屏障，活化免疫細胞、抑制炎癥反應等維持機體免疫平衡中具有潛在效應。特別是在抑制和改善腸道炎癥方面，乳酸菌已經(jīng)逐漸成為研究的熱點。機體的炎癥發(fā)展過程與巨噬細胞極化有著密切關聯(lián)，乳酸菌調節(jié)巨噬細胞的極化很有可能是其改善腸道炎癥反應的一個重要機制。乳酸菌通過影響TLRs/NF-κB/Notch等信號分子的表達，繼而調節(jié)巨噬細胞分泌的細胞因子，影響巨噬細胞的極化，從而預防和治療腸道炎癥疾病。本文為乳酸菌在治療炎癥疾病方面提供了新的研究方向。