益生菌在自身免疫性疾病中的应用

益生菌是一类能够定殖宿主肠道并对机体产生有益作用的活性微生物的总称，通过与宿主细胞相互作用，影响肠道菌群组成与结构完整性，从而影响其代谢和免疫。自身免疫性疾病是一类因机体免疫耐受功能受损而致使免疫细胞及其成分对自身组织结构和功能破坏的疾病，包括 I 型糖尿病、类风湿性关节炎等。

1、工程化益生菌或可成为自身免疫性疾病的新治疗方法

在最近的《自然》杂志上，哈佛医学院的研究团队发表最新研究成果，他们研究显示，DC和其他免疫细胞产生的乳酸是抑制致病性自身免疫性T细胞的关键，经缺氧诱导因子1α（HIF-1α）-NDUFA4L2通路限制线粒体活性氧产生，发挥抑制作用，他们还设计了一种益生菌，利用此机制成功抑制了T细胞自身免疫和中枢神经系统炎症反应。

这项研究使用了模拟人多发性硬化的实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）小鼠模型，对被招募到中枢神经系统的DC的单细胞RNA测序分析显示出了与炎症相关转录程序的激活，以及转录因子HIF-1α信号通路的激活。在EAE发病时，中枢神经系统、淋巴结和脾脏的DC中，HIF-1α水平增加。

DC中编码HIF-1α的基因的缺失导致EAE更加严重，HIF-1α缺陷型DC显示出与神经炎症、活性氧产生和线粒体去极化有关的转录增加，这些发现表明，HIF-1α限制了促进效应T细胞反应的DC转录程序。

代谢物可以稳定HIF-1α，研究人员评估了代谢物对脾脏DC内HIF-1α水平的影响，L-乳酸诱导了最高水平的HIF-1α表达。L-乳酸降低了脂多糖诱导的小鼠和人DC中促炎细胞因子的表达，降低了与EAE诱导物共培养的促炎因子的表达，L-乳酸的抗炎作用是剂量依赖性的。此外，L-乳酸的抗炎作用依赖于HIF-1α。

     乳酸有两种异构体，一种是哺乳动物细胞产生的L-乳酸，另一种是由饮食、微生物组和丙酮醛通路产生的D-乳酸，在本次研究中，这两种乳酸具有同样的抗炎作用。HIF-1α的缺失导致耗氧率增加，L-乳酸能够降低野生型DC的耗氧率，但不能降低HIF-1α缺失DC的耗氧率。

由于检测到了与HIF-1α缺失DC线粒体呼吸链的异常活动有关的转录模式，以及L-乳酸对耗氧率的HIF-1α依赖性影响，研究人员进一步分析了骨髓来源DC的线粒体HIF-1α靶基因的表达，发现，脂多糖刺激或L-乳酸治疗后，会出现HIF-1α依赖性的Ndufa4l2表达增加。

NDUFA2L2是呼吸复合物I的一个亚基，可以限制其活性和线粒体活性氧的产生。实验显示，HIF-1α驱动的Ndufa4l2表达限制了DC线粒体呼吸，Ndufa4l2过表达还限制了DC中促炎细胞因子的表达。Ndufa4l2敲低也可以抑制L-乳酸的抗炎作用。总的来说，NDUFA2L2依赖性活性氧抑制介导了乳酸的抗炎作用。

再进一步，活性氧和炎症反应激活未折叠蛋白反应和转录因子XBP1，从而驱动了DC的促炎反应。

由此，可以总结出，通过限制线粒体活性氧的产生，L-乳酸和HIF-1α驱动的NDUFA2L2表达抑制了DC中XBP1依赖性促炎反应。

研究人员发现，使用125mg/kg/日剂量的L-乳酸或D-乳酸进行治疗，可以抑制EAE小鼠的脑炎性T细胞和疾病的发展，并限制了与炎症、线粒体代谢、氧化应激和未折叠蛋白反应相关基因的表达。

为了使乳酸的吸收更便利，同时让大剂量乳酸给药相关乳酸中毒的可能性最小化，研究人员设计了一种可以产生D-乳酸的益生菌，他们敲除了大肠杆菌Nissle（EcN）的pta基因，引入了一个含ldhA基因的质粒，受37℃激活的热诱导启动子的调控，以保证丙酮酸向D-乳酸的充分转化。

在37℃培养时，改造的益生菌株成功分泌D-乳酸，而普通的EcN则没有。小鼠接受每日一次的改造益生菌灌胃，连续一周后，血浆、小肠和结肠中D-乳酸水平显著增加，小肠DC中HIF-1α和NDUFA4L2水平增加，XBP1表达降低。

在诱导EAE发病前3天，小鼠接受改造益生菌或普通EcN的预防性治疗，改造益生菌组的病情明显更轻，中枢神经系统、小肠和外周促炎T细胞数量更少，证实了改造益生菌的治疗潜力。

虽然目前靶向DC的免疫调节方法已经有一些了，例如共递送自身抗原和耐受性AHR激动剂的纳米脂质体，或者递送自身抗原编码修饰的mRNA的纳米脂质体，但工程益生菌是一种能够长期使用且副作用最小的替代性方法，EcN益生菌的高安全性、高血清敏感性、广泛的抗生素易感性、已知的基因组图谱和高度可工程化的特点都是其作为治疗载体的优势。

研究人员认为，这一研究结果可能为自身免疫性疾病和过敏性疾病的临床管理提供新的可能。

2、益生菌对自身免疫性疾病的干预策略

2.1通过调节肠道菌群进行干预

通过调节肠道菌群进行干预抗菌药物是治疗肠道菌群失调最直接的方法，但抗菌药物治疗不具有选择性，它会将有害菌群和有益菌群同时杀死，随着治疗的进行，抗菌药物反而会加重肠道菌群失调。相比之下，益生菌干预是一种改善AID患者肠道菌群失调更安全的策略。益生菌是对宿主生物的健康有益的活细菌，能通过维持肠道菌群动态平衡来实现对宿主免疫系统的调节作用，已有研究将微生物应用于人类和动物疾病的治疗。推荐每次平均摄入剂量为10⁹～10¹¹ CFU。还有研究人员认为益生菌产品可能是抗生素的补充剂或替代品，因为益生菌能提高家禽的生长性能、肉质、骨骼健康和蛋壳质量。

2.1.1在动物模型中的应用

植物乳杆菌A7和动物双歧杆菌联合使用能通过增加IL-4、转化生长因子β(transforming growth factor β，T G F - β) 、I L -10和Tre g 细胞，来改善实验性自身免疫性脑脊髓炎小鼠的症状；此外， I L -17、干扰素 γ（interferon γ，INF-γ）、IL-6和Th1细胞水平均显著降低。另一项研究将干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、两歧双歧杆菌和嗜热链球菌制成混合菌灌胃小鼠能改善其实验性自身免疫性脑脊髓炎的症状；同时，提高外周CD4＋T细胞中的IL-4和IL-10的水平。益生菌可通过调节转录因子FOXP3和GATA3的表达，抑制Th1细胞和Th17细胞分化，而对MS产生积极作用。不同剂量的复合益生菌，包括短双歧杆菌、干酪乳杆菌、保加利亚乳杆菌、鼠李糖乳杆菌和嗜酸乳酸杆菌，干预胶原诱导的关节炎小鼠，能显著缓解小鼠关节肿胀程度及疼痛敏感性，降低炎细胞浸润；血清中IL-1β水平下降，脊髓中活化的p38 MAPK受到抑制。

2.1.2在自身免疫性疾病患者中的应用

益生菌可有效调节肠道菌群，从而对MS患者免疫反应的平衡和调节具有有益影响。因此研究人员正试图通过改变肠道菌群来寻找治疗MS的新方法。一项研究对31例复发缓解型MS患者的菌群组成进行检测，在肠道菌群失调个体和感染个体中发现假单胞菌支原体、嗜血杆菌、布劳亚属和多列亚属丰度增加。益生菌可以调节MS患者的免疫系统，并恢复肠道菌群平衡。益生菌也被用作自身免疫性疾病的辅助疗法，用于降低免疫炎症标志物水平，从而减缓疾病进展，延缓发病。通过对MS患者服用混合益生菌（嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、双歧杆菌和发酵乳杆菌）胶囊进行为期12周的辅助治疗，能有效控制MS患者的神经和中枢系统炎症及免疫。另一项研究也是通过口服混合益生菌（婴儿双歧杆菌、乳双歧杆菌、罗伊氏乳杆菌、干酪乳杆菌、植物乳杆菌和发酵乳杆菌）胶囊，促进血清中IL-10的水平，并且显著降低IL-6和超敏C反应蛋白水平。也有研究将益生菌作为自身免疫性疾病治疗的辅助手段。有研究将双歧杆菌和乳酸菌用于系统性硬化病的治疗，实验通过为期2个月对10例系统性硬化病患者进行益生菌干预发现，患者反流、腹胀等症状以及GIT 2.0疾病评分均得到改善。目前自身免疫性疾病均无法根治，多以缓解症状、减缓疾病进程为目标。而自身免疫性疾病患者又恰恰多存在肠道菌群失调的现象，可以通过益生菌来调节肠道菌群，从而达到恢复肠道菌群稳态、调控免疫系统、缓解患者病症的目的。

参考资料：

[1]食品工业科技，2020，41（5）：354-360

[2]《自然》：工程化益生菌或可成为自身免疫性疾病的新治疗方法！  https://news.bioon.com/article/02ade88120db.html

[3]乳业科学与技术，2023，46（3）：38-45