岑秋宇，龐日朝，胡曉敏，崔艷如，張安仁

腸道具有與外界環(huán)境接觸面積大的特點，因此腸屏障在保護生物體免受病原體和外部有害物質侵害方面起著重要作用[1]。腸屏障由相互關聯(lián)的4部分組成，分別是機械屏障（單層半透性上皮細胞）、化學屏障（黏蛋白和抗菌肽組成的黏液層）、免疫屏障（固有層中的免疫細胞和腸道淋巴組織）和微生物屏障（腸腔中的共生菌）。腸屏障功能障礙與多種疾病相互關聯(lián)，如中樞神經系統(tǒng)疾病、代謝性疾病、消化系統(tǒng)疾病、自身免疫性疾病等[2-5]。因此，了解導致腸屏障功能改變和調節(jié)的分子機制將對相關疾病的治療和預防起積極作用。

羅伊乳桿菌（Lactobacillus reuteri，L.reuteri）是腸道共生菌群的重要成員，Gerhard Reuter和Tomonari Mitsuoka 在20世紀60年代和20世紀70年代深入研究了人類消化道中的乳桿菌微生物群，并報告L.reuteri是人類胃腸道中的優(yōu)勢乳酸桿菌之一，并且經常在糞便樣本中被檢測到[6]。此外，L.reuteri還是一種對宿主健康有多種益處的益生菌，其可定殖于腸道，減少微生物從腸腔到腸外組織的轉移，加強腸道物理屏障，也可通過產生抗菌分子，抑制病原微生物的定植，還可通過重塑宿主腸道中的微生物群組成減少促炎因子的產生、促進調節(jié)性T細胞的發(fā)育，進而保護宿主的腸道免疫系統(tǒng)[7]。本文針對L.reuteri的生物學特性、L.reuteri對腸屏障功能的影響及可能機制進行綜述。

1 L.reuteri的生物學特性

L.reuteri是乳酸桿菌屬的革蘭陽性兼性厭氧菌，最早于1962年被分離出來[8]，其是一種末端呈圓形的略微不規(guī)則的彎曲桿菌[9]。L.reuteri廣泛存在于人類和脊椎動物的胃腸道，其在腸道中具有很強的黏附性，常定殖于近端消化道的腸上皮細胞之上。由于腸上皮細胞是腸屏障的主要構成[10]，也就意味著腸屏障比其他組織更容易直接接觸到L.reuteri。L.reuteri主要代謝產物有羅伊菌素、乳酸、醋酸、乙醇和羅伊環(huán)素等抗菌物質[9]，且前期研究已證實L.reuteri還可通過增加腸道中丁酸的含量[11]和促進色氨酸代謝物的產生[12]，在宿主腸道中發(fā)揮免疫調節(jié)的作用[13-14]。因此，了解L.reuteri對腸屏障功能的調控作用對腸屏障功能障礙相關疾病的治療和預防意義重大。

2 L.reuteri對腸屏障的調節(jié)作用

2.1 L.reuteri對腸機械屏障的調節(jié)作用 腸機械屏障主要由腸上皮細胞覆蓋組成，細胞間通過黏附連接（adherens junctions，AJ）和緊密連接（tight junction，TJ）相連，被認為是腸道旁細胞通透性最重要的決定因素[15]。L.reuteri對腸機械屏障的調節(jié)作用可通過直接影響和間接影響實現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，L.reuteri胞外存在大量脂磷壁酸（lipoteichoic acid，LTA）、黏液結合蛋白（mucus-binding protein，Mub）等黏附素。這些特異結構使得L.reuteri可黏附于回腸的黏液以及上皮細胞之上，并且定殖到宿主胃腸道后形成生物膜，直接加固腸屏障，有效減少共生菌的腸外轉移。除此之外，L.reuteri還可通過刺激促腸上皮細胞以及TJ蛋白相關生長因子的表達，間接調控腸機械屏障。WU等[16]研究發(fā)現(xiàn)，Wnt/β-catenin信號在健康成年人組織中的功能是維持干細胞壁龕，并在小腸隱窩底部表達最高。利用每孔108CFU的L.reuteri D8處理由脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導的小鼠腸上皮細胞損傷模型48 h后，發(fā)現(xiàn)小腸隱窩底部Lgr5+細胞（腸干細胞標志物）數量增加，其機制可能為L.reuteri可通過促進R-spondins基因的表達，激活并提高Wnt/β-catenin信號強度和持續(xù)時間，促進腸干細胞增殖分化為腸上皮細胞，從而修復腸機械屏障功能。HOU等[17]研究發(fā)現(xiàn)使用109CFU/d的L.reuteri持續(xù)喂養(yǎng)27 d，可修復由右旋糖酐硫酸鹽（ameliorates dextran sulfate sodium，DSS）誘導的小鼠腸上皮細胞損傷，其機制可能為L.reuteri可將膳食營養(yǎng)攝入的色氨酸通過吲哚-丙酮酸途徑代謝為具有芳烴受體（aryl hydrocarbon receptor，AhR）配體活性的吲哚-3-醛（indole-3-aldehyde，IAld），從而激活AhR信號，促進白介素（interleukin，IL）-22表達，誘導信號轉導轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）蛋白磷酸化以加速腸上皮的增殖。既往研究發(fā)現(xiàn)，蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）信號通路的激活與TJ蛋白的表達增強高度相關[18]。應用黃芪甲苷Ⅳ干預傳輸型小鼠便秘模型5 d后觀察到小鼠的結腸轉運時間以及腸道中L.reuteri的α與β多樣性，并通過菌群調控的方式在結腸中產生短鏈脂肪酸（丁酸），后者可以為結腸轉運提供動力并通過激活Akt信號通路增加TJ蛋白（claudin-1和occludin）mRNA的表達來增強腸機械屏障功能[19]。

綜上所述，L.reuteri一方面可通過直接黏附于腸上皮細胞來降低細胞旁通透性，減少腸道菌群的移位；另一方面可通過刺激腸上皮細胞以及TJ蛋白的增殖改善腸機械屏障功能。

2.2 L.reuteri對腸化學屏障的調節(jié)作用 腸化學屏障由消化液中的抑菌物質、杯狀細胞分泌的黏液以及Paneth細胞分泌的抗菌相關蛋白（例如黏蛋白和抗菌肽）組成[20-21]，屏障中的抑菌物質和抗菌相關蛋白可在特定部位發(fā)揮抑菌效能，保護腸道免受病原菌感染；該屏障的黏液層對于限制上皮細胞與腸腔內的細菌直接接觸至關重要。研究表明，L.reuteri可通過促進抗菌物質產生以及黏蛋白的表達，加強腸免疫屏障的防御功能。XIE等[22]研究發(fā)現(xiàn)給予3日齡仔雞連續(xù)口服7 d 109CFU/d的L.reuteri 22后，結果顯示Notch信號通路被顯著抑制，故誘導了腸道干細胞分化為具有增加黏蛋白2（mucin 2，Muc-2）表達特性的杯狀細胞，另外還顯著上調了溶菌酶1（lysozyme 1，Lyz1）的mRNA表達。另有研究也發(fā)現(xiàn)，給予3日齡新生仔豬口服5 d 109CFU/d L.reuteri后，可促進仔豬空腸中的腸道干細胞分化為杯狀細胞與Paneth細胞，這些細胞的增殖顯著上調了腸道黏液中Muc-2、Lyz1、β-防御素1以及抗菌肽（antimicrobial peptides，AMPs） mRNA的表達[13]，從而增強了腸化學屏障功能。此外，田志梅等[23]研究結果顯示，給予21日齡斷奶仔豬口服添加109CFU/kg的L.reuteri飼料后，其胃蛋白酶表達上調，該機制可能為乳桿菌通過降低胃腸pH值而促進了蛋白酶等消化酶的產生，且酸性環(huán)境和消化酶的產生在一定程度上可抑制或殺滅病原體，保護腸屏障不被病原體攻擊，保護腸化學屏障。

綜上所述，L.reuteri可以通過促進抗菌物質產生以及降低胃腸pH值抑制病原微生物的生長。

2.3 L.reuteri對腸微生物屏障的影響 微生物群在哺乳動物的腸道中定殖，形成了腸微生物屏障，這種微生物生態(tài)系統(tǒng)對維持腸道健康起著重要作用[24]。XIE等[25]研究結果顯示，使用109CFU/d的L.reuteri干預大腸埃希菌誘導的腹瀉仔豬21 d后，在門水平上，腸道益生菌如厚壁菌的比例增加，且有害菌如擬桿菌、變形菌和梭桿菌的比例降低；在屬水平上，益生菌如乳酸桿菌的相對比例有所提高，而致病菌如埃希菌、志賀菌、梭桿菌和普雷沃菌等的相對比例有所降低。值得一提的是，厚壁菌已被證實是產丁酸的主要菌群，可通過拮抗核轉錄因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）信號抑制腸道炎癥。另一項研究也發(fā)現(xiàn)，使用109CFU/d的L.reuteri I5007喂養(yǎng)葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導的結腸炎小鼠14 d后，小鼠腸道中致病菌埃希菌屬、志賀菌屬、沙門菌屬的豐度降低，結腸屏障的滲漏、黏膜潰瘍、上皮水腫和炎癥細胞浸潤有效減輕[14]。此外，HE等[26]利用 108CFU/d的 L.reuteri DSM17938干預實驗性自身免疫性腦脊髓炎模型小鼠20 d后，小鼠腸道中微生物群的β多樣性增加，且有益菌群如雙歧桿菌、普雷沃菌和乳桿菌的相對豐度得到有效改善，平衡了腸道菌群。

綜上所述，L.reuteri可顯著改變腸道微生物群的組成和豐度，促進有益菌群的增殖，減少有害菌群的增殖，進而使腸微生物屏障得到改善。

2.4 L.reuteri對腸免疫屏障的調節(jié)作用 腸免疫屏障主要包括腸黏膜固有層中的免疫細胞（如樹突細胞、駐留巨噬細胞、B細胞和T細胞）和腸道相關淋巴組織。腸道免疫系統(tǒng)可產生分泌型免疫球蛋白A（secretory immunoglobulin A，sIgA）、IL等因子[27]。L.reuteri能通過刺激相關淋巴組織促進免疫細胞因子的產生，并通過微生物代謝途徑促進腸道中AhR配體和丁酸鹽的產生，影響AhR、NF-κB的信號傳導而調節(jié)炎性因子，加強腸免疫屏障。研究發(fā)現(xiàn)，L.reuteri通過調節(jié)大鼠回腸集合淋巴結（peyer's patch）中樹突細胞的功能，刺激B淋巴細胞產生sIgA，此外，其還通過調節(jié)腸道微生物群和乳桿菌的多樣性，預防腸道炎癥[28-29]。WANG等[13]研究發(fā)現(xiàn)，使用L.reuteriD8飼喂日齡仔豬5d后，仔豬空腸中CD3+T細胞數量和血清中IgG抗體、IL-4水平顯著上升，促進了Th1輔助細胞產生γ干擾素（IFN-γ），而這些物質可調節(jié)腸道免疫系統(tǒng)，抵御病毒和細菌感染發(fā)生。WANG等[14]研究發(fā)現(xiàn)，使用109CFU/d的L.reuteri I5007喂養(yǎng)DSS誘導的結腸炎小鼠14 d后，產丁酸鹽菌豐度增加，進而促進丁酸鹽的產生。丁酸鹽可結合并激活過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferators-activated receptors，PPARs），拮抗NF-κB信號通路，從而在腸道中產生抗炎作用，具體表現(xiàn)為可降低促炎細胞因子干擾素γ（IFN-γ）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）、IL-1β、IL-6、IL-8的mRNA表達情況，上調IL-10和轉化生長因子β（Transforming growth factor-β，TGF-β）的表達情況[30-31]。此外SINGH等[32]研究發(fā)現(xiàn)，L.reuteri可通過促進丁酸鹽的產生刺激其下游靶基因G蛋白偶聯(lián)受體109A（G protein coupled receptor 109a，GPR109A）的表達，而丁酸可作為其配體直接激活該受體從而抑制NF-κB信號通路的磷酸化，促進結腸巨噬細胞和樹突細胞的抗炎作用，并使二者能夠誘導調節(jié)性T細胞的分化和結腸上皮中IL-18、IL-10的表達，并通過促進這些抗炎基因和免疫細胞的表達加強腸免疫屏障。CERVANTES-BARRAGAN等[33]在體外研究中發(fā)現(xiàn)，L.reuteri釋放的羅伊素和組胺可以將腸道中的色氨酸代謝為吲哚衍生物如IAld、吲哚-3-乳酸（indole-3-lactic acid，ILA）等，這些物質可充當AhR配體激活AhR信號通路，將腸固有層內的CD4+T細胞重新編程為免疫調節(jié)T細胞，改善炎癥性腸病小鼠的腸屏障功能障礙。另一體外實驗發(fā)現(xiàn)，將10 μg的L.reuteri CO21裂解液預處理4 h后可減輕由LPS誘導的IPEC-J2細胞炎癥，其機制可能為L.reuteri CO21通過抑制Toll樣受體4（Toll-like receptors 4，TLR4）介導的NF-κB信號通路，并抑制其下游炎性因子如IL-1β、IL-12、IL-6和TNF-α的表達，上調IL-10的表達，以減輕由LPS誘導的IPEC-J2 細胞炎癥[25]。

綜上所述，L.reuteri可以促進免疫細胞因子的產生，并通過調控腸道菌群代謝產物激活AhR、NF-κB等信號通路，刺激其下游抗炎相關蛋白的表達，進而增強腸免疫功能。

以上研究表明，L.reuteri在改善受損腸屏障功能方面表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢和巨大的潛力，其機制可能為：首先，L.reuteri通過激活Wnt/β-catenin信號通路促進腸干細胞增殖分化為腸上皮細胞，并通過激活Akt信號通路促進TJ蛋白的產生，修復機械屏障；其次，通過抑制Notch信號通路以誘導腸道干細胞分化為杯狀細胞與Paneth細胞，促進Muc-2、Lyz1、β-防御素1以及AMPs等抗菌物質的表達，保護化學屏障；再次，通過促進sIgA的產生以及將腸道中的色氨酸轉化為AhR配體激動劑，激活AhR信號通路將CD4+T細胞重新編程為免疫調節(jié)T細胞，增強腸道免疫力；最后，通過平衡腸道菌群促進丁酸鹽的產生和GPR109A的激活，抑制TLR4、PPARs的激活，拮抗NF-κB信號通路，從而抑制促炎細胞因子IL-1β、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α、IFN-γ的表達，上調抑炎細胞因子IL-10、IL-18、TGF-β的表達，改善腸道炎癥，加固免疫屏障與微生物屏障（圖1）。

圖1 L.reuteri對腸屏障作用機制圖Figure 1 The mechanism of action of Lactobacillus reuteri on intestinal barrier

3 小結

綜上所述，L.reuteri可通過修復腸道完整性、恢復黏膜層厚度、重建細菌穩(wěn)態(tài)和平衡炎性因子等途徑來調節(jié)受損的腸屏障。希波克拉底曾言：“所有疾病都起源于腸道”。近年來，腸道菌群及腸屏障領域越來越受關注，且大量研究提示從微生物角度出發(fā)可能是治療各種腸道疾病的重要途徑[34-36]。L.reuteri作為哺乳動物和脊椎動物腸道中最常見的乳酸菌已被證實在動物體內可參與多種代謝途徑，并通過這些代謝途徑調控腸屏障功能，從而保證機體健康。盡管在動物實驗中得出L.reuteri具有較高的理論研究意義和應用價值，但其在臨床中的應用范圍還很局限，多集中于便秘、腹瀉、嬰兒腸絞痛、幽門螺桿菌感染、牙周炎等疾病，且L.reuteri在實際應用中的最佳菌株、干預劑量、干預時間、用法（單用或聯(lián)合其他菌種）等還尚不十分明確。因此，未來還需要設計大量多中心、大樣本的臨床研究以明確L.reuteri對人體腸屏障功能障礙相關疾病的影響與作用。此外，要進一步探索L.reuteri改善腸屏障功能的調控途徑和關鍵靶點，為腸屏障功能障礙相關疾病的預防、早期干預和治療提供新思路。

作者貢獻：岑秋宇提出研究選題方向，進行論文的構思與設計、文獻及資料的整理，并撰寫論文初稿；崔艷如負責檢索和匯總文獻及資料；胡曉敏對初稿進行修訂；龐日朝、張安仁負責論文的質量控制及審校，對論文整體負責；所有作者確認了論文的最終稿。

本文無利益沖突。

本文文獻檢索策略：

以“Lactobacillus reuteri，Intestinal barrier，Intestinal epithelial barrier，intestinal mucosal barrier，Intestinal immune barrier，gut microbiota” 為 英 文 關 鍵 詞 檢 索 PubMed、Medline、Web of Science、SCI-hub；以“羅伊乳桿菌、腸道屏障、腸道機械屏障、腸道化學屏障、腸道黏膜屏障、腸道免疫屏障、腸道菌群”為中文關鍵詞檢索中國知網、萬方數據知識服務平臺、維普網及中國生物醫(yī)學文獻服務系統(tǒng)。檢索時間為建庫至2021-08-20。納入標準：已發(fā)表的文獻；排除標準：數據信息少、重復發(fā)表、無法獲得全文或質量差的文獻。