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研究益生菌抗RV感染对其宿主的免疫调节作用

2020-06-18 327 上传者：管理员

摘要：轮状病毒（RV）是引起婴幼儿和幼龄动物腹泻的主要病原体之一，全世界每年因感染RV而死亡的婴幼儿约为21.5万人，目前尚无抗RV特效药。研究表明，益生菌作为对宿主有益的一类微生物，可缓解由RV引起的腹泻，并可通过下调A20表达、降低TLR3诱导的小肠损伤和上调细胞因子表达等，提高机体抗RV免疫状态。本文对益生菌在抗RV感染及其对宿主免疫调节作用等方面作一综述，为RV的防治提供参考。

关键词：
儿童感染性疾病
免疫学
免疫调节
抗感染
治疗
益生菌
轮状病毒
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轮状病毒（RV）是引起婴幼儿和幼龄动物腹泻的主要病原体之一[1]，全世界每年因感染RV而死亡的婴幼儿约为21.5万人，其中大多数发生在发展中国家[2]。目前尚无抗RV特效药，接种减毒活疫苗是防控RV腹泻最经济有效的手段，但在发展中国家由于疫苗接种率较低，使该病在发展中国家尚未得到控制[3]。益生菌是一类对宿主有益的活性微生物，可维持机体微生态平衡、调节免疫反应、减少传染性疾病以及肠道炎症的发生等[4]，因此使用益生菌是临床中预防RV感染的一个重要方案。近年来已有大量研究证实，益生菌可缩短RV腹泻的持续时间、减少腹泻发病次数、增强RV弱毒苗的免疫效果等[5,6,7]。研究表明，益生菌的抗RV作用可能与调节宿主免疫应答有关，但具体机制仍不明确[8]。因此，对益生菌抗RV作用及其对宿主免疫调节的深入研究可为制定有效的RV防治策略提供理论依据。

1、益生菌抗RV作用

1.1益生菌在人体中抗RV作用

在抗人肠道病毒感染中，应用最多的菌株之一是鼠李糖乳杆菌GG株（LGG）。研究发现，鼠李糖乳杆菌GG可明显缩短感染RV患者的腹泻持续时间以及降低婴幼儿腹泻相关疾病发病率[9]。同时发现，患儿在接受益生菌治疗后第3天，腹泻症状明显减轻，表明益生菌的治疗效果主要通过激活先天免疫应答来发挥作用，而不是通过诱导适应性免疫应答[10]。此外，LAZARUS等[6]证明，婴儿在接种RV减毒灭活苗前后口服益生菌，可有效提高血清中IgA浓度。在阿根廷，腹泻是儿童中常见疾病，BARDACH等[11]对此进行一项随机试验发现，口服益生菌酸奶（含有鼠李糖乳杆菌CRL1505）的儿童，感染RV概率与对照组的66%相比，下降至34%，发病严重程度明显降低，证明鼠李糖乳杆菌可增强黏膜免疫、降低儿童肠道疾病发病率[12]。因此，推测口服含有鼠李糖乳杆菌CRL1505的酸奶有助于减少RV感染相关疾病的发生。

除了鼠李糖乳杆菌具有抗RV作用外，罗伊氏乳杆菌也可缓解RV引起的腹泻[13]。SARKER等[14]还发现，干酪乳杆菌菌株ST11也可明显缓解RV引起的腹泻，但对严重腹泻无效。事实上，并不是所有菌株均能缓解RV引起的腹泻。MAJAMAA等[15]对口服鼠李糖乳杆菌GG、嗜酸乳杆菌（Lactobacillusacidophilus）或嗜热链球菌（Streptococcusthermophilus）的6至35个月大感染RV儿童进行研究，发现仅口服鼠李糖乳杆菌GG的儿童腹泻持续时间缩短，且该保护作用与肠黏膜和血清中IgA浓度以及分泌RV特异性抗体的细胞数量相关。但益生菌的疗效可随着剂量、细菌菌株及宿主年龄、健康状况和营养状况而变化。因此，在选择益生菌治疗时，应从多方面考虑，制定最佳治疗方案，充分发挥益生菌作用。

1.2益生菌在动物中抗RV作用

益生菌除了在人体中具有抗RV功效外，一些研究发现，其在动物体内也具有抗RV作用[16]。YASUI等[17]通过给乳鼠口服RV疫苗以及饲喂短双歧杆菌YIT4064，发现其抗RV感染能力高于单独服用RV疫苗的乳鼠。此外，双歧杆菌可减轻小鼠因感染RV引起的腹泻以及增加粪便、血清中特异性IgA水平[18]。另外，THOREUX等[19]通过给感染RV的幼鼠饲喂干酪乳杆菌DN-114001发酵的酸奶，发现腹泻程度减轻，小肠中空泡以及肠切片中RV含量减少，证实干酪乳杆菌DN-114001可缓解RV引起的相关肠道损伤。PANT等[20]证明，鼠李糖乳杆菌GG可显著降低BALB/c幼鼠腹泻的严重性。这些发现与先前在新生儿群体中的研究结论一致。此外，对新生仔猪的研究发现，鼠李糖乳杆菌GG和双歧杆菌Bb12的共同使用可减轻腹泻和降低RV感染率[21]。在近几年的研究中发现，两种基因型和表现型不同的罗伊氏乳杆菌菌株DSM17938和ATCCPTA6475，均可缩短感染RV的新生小鼠腹泻持续时间以及增强其肠道微生物多样性[22]。尽管人类临床试验在各个方面已经标准化，但动物实验仍存在实验变量有限和观察参数不统一的问题。因此，加强动物方面的研究，可有效促进益生菌在动物中的广泛应用。

2、益生菌抗RV感染的免疫调节机制

2.1下调A20表达

多项研究已经证实，益生菌作为肠道菌群一部分，能够调节机体的免疫反应，增强机体抗病毒能力，其调节宿主抗RV免疫的机制之一就是下调A20表达[23,24]。RV感染机体后病毒基因组dsRNA激活模式识别受体（PRR），如Toll样受体3(Toll-likereceptor3,TLR3）、视黄酸诱导基因-1(RIG-1）和黑素瘤分化相关基因-5(MDA-5）。PRR激活后，通过干扰素（interferon,IFN）调节因子-3(IRF-3）介导的细胞信号传导途径来上调Ⅰ和Ⅲ型IFN表达，启动抗病毒感染的先天性免疫应答。同时，激活NF-κB诱导促炎细胞因子和趋化因子分泌，促使免疫细胞募集和DC激活，在肠上皮细胞（intestinalepithe-lialcell,IEC）中建立抗病毒免疫[5]。然而，MACPH-ERSON等[23]用poly(I:C）刺激HT29细胞模拟RV感染引起的免疫应答过程，发现poly(I:C）能刺激HT29细胞上调A20表达。A20是肿瘤坏死因子α（TNF-α）诱导内皮细胞反应的一个诱导性表达蛋白，具有去泛素功能，可抑制NF-κB的活化，干扰抗病毒的先天性免疫应答。此外，SAITOH等[25]也报道了A20可以抑制IRF3激活，还可通过与IKK-i/IKKε相互作用抑制IFN介导的免疫应答。但ISHI-ZUKA等[24]研究发现，双歧杆菌MCC12和MCC-1274能显著降低RV感染细胞中A20表达，使IRF-3活化，诱导IL-6、IL-10和IL-12持续分泌以及增加抗病毒因子IFNα、IFNβ、MxA和RNaseL分泌，增强机体抗病毒免疫状态。但益生菌使IRF3活化的具体机制仍待研究。

2.2减少TLR3诱导的小肠损伤

TLR是先天免疫中最重要的受体之一，通常识别细菌细胞壁结构或病毒复制中间产物dsRNA，在病原体识别和宿主防御中发挥重要作用。然而，异常的TLR信号会造成组织损伤甚至免疫性疾病[26]。TADA等[27]研究发现，鼠李糖乳杆菌CRL1505和植物乳杆菌CRL1506通过调节促炎细胞因子产生和IEC与肠淋巴细胞（IEL）相互作用，减少TLR3诱导的小肠损伤。IEC和IEL是针对包括病毒在内的病原体的第1道防线，它们之间相互作用对于维持适当免疫稳态至关重要。

研究发现，NK受体在TLR3诱导的小肠损伤中发挥关键作用[28]。NK受体是免疫系统中另外一种重要受体，包括抑制性受体和激活性受体，NK细胞活性通常由抑制性受体控制，抑制性受体可识别正常细胞表达的抑制性受体配体。如果抑制性受体配体减少或激活性受体配体增加，正常细胞将会成为NK细胞杀伤的目标。NKG2D是最具特征的激活性受体，能够识别在感染和细胞应激条件下上调表达的自身配体。RAE1是NKG2D的高亲和性配体，研究发现，poly(I:C）依赖IEC衍生的IL-15诱导CD8ααIEL表达NKG2D受体，TLR3信号刺激IEC表达NKG2D配体RAE1[29]。EBERT等[30]证明，RAE1通过与IEL表达的NKG2D相互作用诱导IEC和黏膜损伤。HANSEN等[31]利用无菌小鼠证实，益生菌可下调NKG2D配体表达。TADA等[27]用poly(I:C）处理小鼠发现，Poly(I:C）通过增加CD3+NK+1.1和CD8αα+NKG2D+细胞以及促炎介质（TNF-α、IL-1β、IFNγ、IL-15、RAE1、IL-8）诱导小肠组织损伤。然而，在TLR3活化之前用Lr1505和Lp1506处理小鼠，TNF-α、IL-15、RAE1表达量减少。此外，用乳酸杆菌处理小鼠，CD3+NK+1.1、CD3+CD8αα+和CD8αα+NKG2D+细胞减少，表明这些乳酸杆菌可减少小肠组织损伤，改善小鼠健康状态[7,27]。

2.3上调细胞因子表达调节先天性免疫

VILLENA等[32]为深入研究CRL1505菌株免疫调节机制，在体外对鼠李糖乳杆菌CRL1505、IEC和APC之间的作用进行了评估，发现鼠李糖乳杆菌CRL1505诱导IEC中IFNα和IFNβ表达。此外，在poly(I:C）刺激之后可不依赖TLR-2或TLR9上调Ⅰ类IFN表达。CRL1505菌株能通过IEC的TLR-2诱导IL-6和TNF-α表达。同时，还能显著增加小肠APC上细胞因子产生，且增加TLR2诱导的Th1类应答，上调MHC-Ⅱ、IL-1β、IL-6和IFNγ表达，也可明显上调IL-10表达[33]。这些研究为解释鼠李糖乳杆菌CRL1505对感染病毒儿童的肠道保护作用提供了科学依据。最近，ZHANG等[34]提出用鞭毛蛋白激活先天免疫应答来预防和治疗RV感染引起的疾病。研究发现，同时给急性和慢性感染RV的小鼠腹膜内注射鞭毛蛋白，可通过TLR5/NLRC4活化降低感染严重性，促进IL-22和IL-18分泌。虽然鞭毛蛋白与益生菌的抗RV感染作用机制实质上不同，但二者均依赖于增强先天免疫防御病毒感染。

3、结语

益生菌作为对宿主有益的一类活性微生物，可缩短RV腹泻时间、减少腹泻次数以及增加RV弱毒苗免疫效果等。但不是所有菌株均能有效预防和治疗RV感染引起的病毒性腹泻。因此，细致研究益生菌不同菌株抗RV作用差异以及复合益生菌协同作用，有助于制定最佳治疗方案，同时促进抗RV感染的功能性食品和益生菌药物开发。此外，益生菌还可通过下调A20表达、减少TLR3诱导的小肠损伤和上调细胞因子表达，提高宿主抗RV免疫状态，但具体的免疫调节机制仍待明确。因此，对益生菌抗RV免疫调节机制深入研究，将为预防和治疗RV感染引起的疾病提供理论依据。

参考文献：

[1]闻晓波,张玲玲,倪宏波,等.G6P[5]型牛轮状病毒的分离鉴定[J].黑龙江八一农垦大学学报,2016,28(4):36-40.

仝晓丹,冉旭华,闻晓波.益生菌抗轮状病毒感染免疫调节机制的研究进展[J].中国生物制品学杂志,2020,33(06):719-721+724.