乳酸桿菌S層蛋白的作用

翁璐婷 吳浪 陳亮

摘要：乳酸桿菌S-層蛋白（surface-layer protein，slp）是細菌最外層結(jié)構(gòu)，對乳酸桿菌的黏附、分子結(jié)合、維持穩(wěn)定等方面都具有重要意義。它由許多規(guī)則、排列整齊的蛋白亞基以非共價結(jié)合的形式錨定在細胞壁上，其高度的結(jié)構(gòu)規(guī)整性和在幾種基質(zhì)中的自組裝特性，使它成為理想的結(jié)構(gòu)。基于乳酸桿菌S層蛋白的粘附性、穩(wěn)定性、細胞調(diào)節(jié)等特性，已經(jīng)衍生出許多其他功能。本文將從乳酸桿菌S層蛋白的基本特點出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)有的研究，對其主要作用做一綜述。

關(guān)鍵詞：乳酸桿菌、S層、益生菌

【中圖分類號】 Q939.11+7 【文獻標識碼】 A? ? ? 【文章編號】2107-2306（2022）10--01

細菌表面S層廣泛存在于革蘭陰性和革蘭陽性細菌以及古生菌表面，S層作為細菌的最外層，對細菌起著一定的保護作用，也被認為是細菌形狀的決定因素，同時還可作為一些分子、離子以及酶的結(jié)合位點，另外還可以參與細菌的黏附過程[1]。乳酸桿菌是一種革蘭陽性細菌，廣泛分布于人體消化道和泌尿生殖道[2]，乳酸桿菌的S層蛋白表面具有疏水性，帶正電荷，通常呈堿性[3]。近年來，隨著對乳酸桿菌S層研究的不斷深入，其在生物技術(shù)、納米技術(shù)等領(lǐng)域的潛力逐漸顯現(xiàn)，本文旨在對乳酸桿菌S層的作用進行概括，為今后的研究工作奠定基礎(chǔ)。

1. 黏附作用

乳酸桿菌作為一種腸道益生菌，首先取決于它對腸道的粘附性，目前已經(jīng)有大量的研究表明，乳酸桿菌的S層對人體以及一些動物的腸道具有黏附作用。Wang， R. 等[4]從中國百歲老人的唾液中分離出了一種唾液乳桿菌，證明其S層蛋白CbpA可以粘附在腸上皮細胞HT-29上，隨后在宿主中定植。與野生型相比，CbpA缺失突變體的粘附顯著降低。提出CbpA作為多官能表面蛋白，通過切割宿主細胞外基質(zhì)并參與粘附。Frece， Jiang等[5]發(fā)現(xiàn)嗜酸乳桿菌M92對小鼠回腸上皮細胞有黏附作用，當用5mol/L的LiCl去除其S層蛋白后，粘附力明顯下降。并且在模擬胃液和胰液的環(huán)境中，相較于去除S層蛋白的M92，保留S層的存活率更高。這說明嗜酸乳桿菌M92的S層蛋白在介導(dǎo)對腸上皮黏附的同時，還具有保護細菌的作用，這對于建立腸道益生菌具有重要意義。

2. 抗感染

基于乳酸桿菌S層的黏附作用，許多研究者還發(fā)現(xiàn)S層蛋白具有抗感染的功效。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，乳酸桿菌S層蛋白可以通過競爭性抑制的方式，來減少致病性大腸桿菌對腸道的黏附，從而達到抗感染的效果[6-8]。同樣地，這種競爭性抑制也可作用于沙門氏菌[9]。Li， P.等[10]對乳酸桿菌S層蛋白如何影響沙門氏菌誘導(dǎo)的Caco-2人結(jié)腸上皮細胞體外凋亡進行了研究，發(fā)現(xiàn)當CaCO-2細胞感染沙門氏菌SL1344時，是通過Caspase-3的活化來介導(dǎo)細胞凋亡。而加入乳酸桿菌S層蛋白，可以顯著降低CaCo-2細胞凋亡，并修復(fù)細胞損傷。分析表明，S層蛋白抑制了Caspase-3活性并活化了細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1和2（ERK1/2）信號通路，這一機制可能為拮抗沙門氏菌感染提供了一種新的途徑。

除了對細菌的抑制作用，乳酸桿菌S層的競爭性抑制在抗病毒方面同樣有效。Prado Acosta， M.等[11]以2種α病毒（基孔肯雅病毒（chikungunya virus）、semliki森林病毒（SFV））和2種黃病毒（寨卡病毒（zika virus）、登革熱病毒（DENV））為模型，對S層抑制機制進行了研究。發(fā)現(xiàn)DC-SIGN的表達顯著增強了四種病毒的感染。感染前用S層處理細胞，只在表達DC-SIGN的細胞中降低所有病毒的感染性。體外ELISA實驗顯示S層與DC-SIGN有直接的相互作用;然而，共聚焦顯微鏡和流式細胞技術(shù)顯示，S層與細胞的結(jié)合與DC-SIGN表達無關(guān)。S層可抑制DC-SIGN表達細胞中SFV的結(jié)合和內(nèi)化，但對病毒與DC-SIGN陰性細胞的結(jié)合無影響。這些結(jié)果表明，S層與常見的DC-SIGN結(jié)合化合物甘露聚糖具有不同的作用機制，它在阻斷病毒感染方面具有直接作用，推測S層/DC-SIGN相互作用可能觸發(fā)抑制病毒感染所需的信號通路的激活。

3. 細胞調(diào)節(jié)作用

乳酸桿菌S層的細胞調(diào)節(jié)作用主要表現(xiàn)為免疫調(diào)節(jié)和促進細胞增殖或凋亡。樹突狀細胞（DCS）是一種抗原提呈細胞，可以高效地攝取、加工處理、提呈抗原，成熟的樹突狀細胞可以有效激活T細胞，促進免疫應(yīng)答[12]。Konstantinov， S. R.等[13]研究了乳酸桿菌NCFM及其細胞表面化合物與DCS的相互作用。乳酸桿菌 NCFM附著于DCS并誘導(dǎo)IL-10和IL-12的產(chǎn)生，還進一步證明，NCFM結(jié)合了一種DC特異性受體（DC-SIGN）。通過S層蛋白A（slpA）缺失的突變體顯著降低與DC-SIGN的結(jié)合，證實了slpA就是DC-SIGN的特異性配體，其在功能上涉及DCS和T細胞功能的調(diào)節(jié)。

4.口服疫苗開發(fā)

如前所述，乳酸桿菌S層可以介導(dǎo)對腸道的黏附，能夠抵抗胃腸道酸性環(huán)境，并且S層蛋白基因具有高度表達的特性。這些特點使得乳酸桿菌S層蛋白十分具有口服疫苗開發(fā)的潛力。有研究者[14， 15]將一種綠色熒光蛋白基因同S層蛋白基因融合，發(fā)現(xiàn)細菌表面出現(xiàn)不同程度的綠色熒光，這為口服疫苗開發(fā)提供了依據(jù)。Kajikawa， A.等[16]構(gòu)建了Ι型人類免疫缺陷病毒（HIV-Ι）的膜近端外部區(qū)域（MPER）修飾的乳桿菌菌株。獲得的重組蛋白在小鼠的胃內(nèi)免疫，成功在小鼠血清和粘膜中檢測出了MPER的特異性抗體。

5.展望

隨著研究的深入，乳酸桿菌S層蛋白的神秘面紗也逐漸被揭開，成為極具開發(fā)潛力和應(yīng)用前景的一種材料，已經(jīng)在各個領(lǐng)域中取得一定成果。以前有學(xué)者認為，口腔中的乳酸桿菌是造成齲齒的其中一個原因，因其產(chǎn)生的乳酸會造成牙齒硬組織的脫礦，并且在齲壞組織中，常常可以檢出相當數(shù)量的乳酸桿菌。然而現(xiàn)在有研究者認為，乳酸桿菌是作為齲壞的一種結(jié)果而存在，并不是導(dǎo)致齲壞的一個首發(fā)原因。因此，乳酸桿菌是否能作為一種口腔益生菌存在，其S層蛋白對于其他口腔細菌的黏附和定植有何影響，還值得進一步研究。89136473-F393-4D58-86EE-982894A4C18F

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作者簡介：翁璐婷，1996-8，女，漢，四川資陽，碩士研究生在讀，納米載藥在防齲方面的應(yīng)用.89136473-F393-4D58-86EE-982894A4C18F