《食品科学》：乳酸杆菌脂磷壁酸的结构及免疫调控功能研究进展

乳酸杆菌作为益生菌的一种，是人和大多数动物肠道内不可缺少的微生物之一。随着科学技术的发展，乳酸杆菌研究的重点从活细菌转移到细菌表面成分。磷壁酸是细菌细胞壁的主要成分之一，特别是锚定在细胞膜上的脂磷壁酸（LTA）作为宿主免疫调节的活性成分引起了人们的关注。

哈尔滨工业大学化工与化学学院的关曼缇、张英春*等人主要综述了脂磷壁酸的理化性质、提取方法和生物学活性，包括脂磷壁酸参与乳酸杆菌对宿主的黏附定植作用、体内外肠道免疫调节以及脂磷壁酸的突变对菌株的影响等，以期为乳酸杆菌相关免疫调控研究提供参考。

1、LTA的理化性质及提取方法

磷壁酸（TA）是革兰氏阳性菌表面的特异性聚合物，根据其在细菌上的分布，可分为锚定在细胞膜上的LTA和与细胞壁肽聚糖共价结合的壁磷壁酸（WTA）。LTA最初被称为膜磷壁酸，属于跨细菌表面肽聚糖层的两亲性分子。绝大多数LTA的亲水区由1,3-磷酸二酯键结合的聚磷酸甘油酯（poly-GroP）组成，GroP重复单元上的游离羟基在不同程度上被葡萄糖、半乳糖、D-丙氨酸（D-Ala）或N-乙酰葡萄糖胺（GlcNAc）取代。LTA的疏水区是一种锚定在细胞膜上的糖脂，通常为Glc(β1-6)Glc(β1-3)二酰基甘油，poly-GroP链通过己糖残基与糖脂共价连接（图1）。

LTA的高纯度和结构完整性是阐明其真正免疫活性的重要前提，从革兰氏阳性菌细胞壁肽聚糖内部和细胞膜中分离出完整的LTA，且不包含任何杂质或杂质残留量极低，选择合适的方法是提高提取率的关键。早期研究人员使用三氯乙酸法提取LTA，三氯乙酸是一种酸性较强的溶液，通过水解磷壁酸与肽聚糖之间的共价键达到分离目的。苯酚法（尤其是热酚-水法）应用时间较长，但萃取物含有较多的蛋白质和残余不溶物质，需利用二乙氨乙基-纤维素阴离子交换层析柱和辛基-琼脂糖疏水层析柱进一步纯化，缺点是该方法可能导致poly-GroP降解和D-Ala的含量降低，此外苯酚具有毒性，必须小心使用。

2、LTA在乳酸杆菌的黏附和定植过程中的作用

目前已经发现乳酸杆菌表面成分，如表层蛋白（SLP）、胞外多糖（EPS）、完整肽聚糖（WPG）和LTA等黏附素，在细菌的黏附过程中起到一定的作用，其中国内外研究最多的是乳酸杆菌的S-层蛋白。但LTA作为乳酸杆菌外层疏水部分，介导乳酸杆菌或其他细菌与人类上皮细胞黏附的重要性已被证明。LTA通过其脂质部分与沉积在上皮细胞并结合在上皮细胞上的纤维连接蛋白受体相互作用，起到黏附分子作用，同时LTA的低等电点使菌株表面分布负电荷，赋予细菌细胞壁阴离子的性质，由此为细菌与细胞受体之间的黏附提供了基础。

Granato等将约氏乳杆菌La1用于小鼠免疫实验并提取和制备单克隆抗体，研究发现提取的单克隆抗体可检测到La1表面的LTA，进一步分离纯化LTA，发现其能强烈地抑制La1与Caco-2细胞之间的黏附，并呈浓度依赖性抑制，当LTA质量浓度为150 μg/mL时，抑制率大约为60%。

3、乳酸杆菌LTA的肠道免疫调控作用

控制肠道细胞和菌群稳态的免疫调节机制的不稳定可能导致有害炎症，甚至导致糖尿病、肥胖症和肿瘤等，例如炎症性肠病（IBD），常见的有溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）等，这些与肠内促炎和抗炎分子的异常表达有关，导致肠道先天性免疫和适应性免疫系统失衡，炎症的恶化可增加患结直肠癌（CRC）的风险。LTA被普遍认为是革兰氏阳性菌的主要病原相关分子模式（PAMPs），与各种炎症性疾病有关，可通过多种信号通路（以核因子-κB（NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）信号转导通路为主）调节相关免疫细胞和生物体内促炎因子和抗炎因子之间的平衡，从而影响炎症进程。

4、LTA突变对乳酸杆菌的影响

为了更全面地认识乳酸杆菌LTA在调节肠道炎症中的稳定性，还需观察LTA突变体对菌株细胞的形态特征和生理活性的影响。例如构建鼠李糖乳杆菌GG的dltD基因敲除突变体，导致D-Ala取代基完全消失，甘油磷酸酯残基数量减少，透射电子显微镜从形态学层面上观察到突变体隔膜形成缺陷和细胞长度增加，在体外模拟胃液中的存活能力降低。两株缺乏LTA的嗜酸乳杆菌突变体表现出比野生株长两倍的细胞形态，这可能是细胞异常分裂介导的，而且突变体菌株的生长繁殖在高浓度的锰离子作用下受到严重抑制，通透性或自溶性增加，导致细胞内成分的释放。相反，缺失磷酸甘油酸转移酶基因的嗜酸乳杆菌NCK2025没有表现出生长速率和形态缺陷，但在体外胃液和小肠液中的存活率降低。这些研究强调了LTA作为乳酸杆菌细胞壁的结构成分在维持细胞形态和离子稳态中发挥的巨大作用，其详细作用有待进一步研究。

结 语

综上所述，LTA作为革兰氏阳性菌表面分子与多种生物学效应有关，过去人们对金黄色葡萄球菌、粪肠球菌和变形链球菌等的LTA在致病菌方面的研究颇多，近年来乳酸杆菌LTA的抗肿瘤、抑制动脉粥样硬化形成和治疗炎症性肠病等方面的作用已得到证实，相关的体内外研究结果层出不穷。对乳酸杆菌LTA的关键基因进行合理敲除或者改变LTA的结构，在不影响菌体本身形态和耐受能力的前提下提高其抗炎能力，是如今需要重视的热点问题。值得注意的是，乳酸杆菌LTA在病毒感染或病毒模式识别受体介导炎症中的潜在有益作用鲜有深入探讨。探究乳酸杆菌LTA的免疫调节机制，开发功能性更强的乳酸杆菌发酵食品，对于人类疾病防治具有重大指导意义。

本文《乳酸杆菌脂磷壁酸的结构及免疫调控功能研究进展》来源于《食品科学》2021年42卷21期278-284页，作者：关曼缇，张英春，卢卫红，王傲。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200724-325。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网

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