肠道是机体重要的免疫器官，肠道黏膜是机体防御外来抗原的重要防线[1]。肠上皮细胞在维持宿主肠道黏膜的完整性方面发挥重要作用[2]。肠道黏膜受损，易使动物机体发病，如炎症性肠病、坏死性小肠结肠炎、肠易激综合征等，甚至诱发多脏器功能衰竭[3]。因此，维持肠道菌群平衡是保证动物机体健康的重要保障。目前，益生菌因具有改善肠道屏障功能的作用，已经被广泛关注。但是，益生菌对肠道屏障的分子作用机制尚不清楚。本文综述益生菌表面分子及代谢产物在肠道屏障功能中的潜在作用，以期为益生菌在动物生产中的合理应用提供参考。1益生菌对肠道黏膜屏障的影响益生菌是一种对机体有益的活性微生物，能够调节肠道菌群平衡。俄国科学家Metchnikoff认为肠道乳酸菌可以起到延长机体寿命的作用[4]。此后，益生菌对动物肠道的免疫作用受到越来越多的学者关注，发现益生菌能够有效地预防肠道菌群紊乱，提高动物机体免疫力[5]。益生菌通过自身具有的特殊物质，如黏附素、多糖和蛋白质等与肠道上皮细胞黏附，产生占位保护作用，使肠道黏膜排斥病原菌，从而起保护肠道屏障功能的作用[6]。这种保护作用是通过诱导黏液产生、调节细胞骨架、紧密连接蛋白磷酸化等多种机制实现，可增强紧密连接功能、免疫反应、防止肠上皮细胞凋亡[6]。益生菌还可以通过分泌一些代谢物，如分泌蛋白、细菌素、有机酸等物质，抑制病原菌生长和繁殖[7]，进而维持肠道固有菌群，保证溶菌酶等分泌，发挥保护肠道屏障功能的作用。研究表明，直接补充细菌来源的代谢物，如短链脂肪酸（SCFA）、维生素或色氨酸代谢物，可以避免肠道菌群失调，对肠道产生益生作用[8]。2益生菌表面分子对肠道屏障功能的调节作用益生菌细胞壁中的表面大分子物质（表层蛋白、鞭毛、菌毛、多聚糖等）一方面介导菌体对靶细胞的黏附而激活相关信号通路；另一方面通过竞争抑制阻断具有类似受体结构的细菌黏附而达到抑菌作用，从而降低病原菌对肠道黏膜屏障的损伤[9-10]。细菌的表面层，又称为S层，是由一种蛋白质或多种糖蛋白组成[11]。S层蛋白作为细胞的最外层结构，通常被认为是与宿主上皮细胞直接相互作用的首批细菌成分。研究表明，从乳杆菌中分离的S层蛋白可与宿主细胞蛋白和细胞外基质结合[12-13]。S层蛋白主要通过参与肠道细胞表面黏附位点的竞争[14]、影响F-肌动蛋白的分布或在mRNA和蛋白水平上，调节紧密连接蛋白来保护肠道屏障[12]。如卷曲乳杆菌2029的Slp2蛋白可以促进肠上皮细胞系Caco-2的生长和分化，刺激血管内皮生长因子产生，降低细胞旁通透性，增加跨上皮电阻，增强肠道屏障功能[15]。乳酸乳球菌NCDO 2118的SlpB蛋白可增加结肠中紧密连接蛋白-1（zo-1）、黏蛋白-2和密封蛋白等基因的表达，增加白细胞介素-10（IL-10）和转化生长因子-β、降低IL-12、IL-17和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）细胞因子的水平，进而缓解小鼠结肠炎[16]。鞭毛蛋白是由病原菌、共生菌和中性菌产生的细菌鞭毛的一种结构成分[17]。鞭毛蛋白可通过Toll样受体5（TLR5）依赖性机制激活肠上皮中的磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）信号通路[18-19]。TLR5对PI3K途径的快速激活，可以限制促分裂素原活化蛋白激酶（MAPK）信号传导，抑制促炎因子的基因表达，从而抑制炎症发生[19]。肠罗氏菌的鞭毛蛋白可以降低血清中促炎细胞因子水平，抑制核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3炎性小体的激活和细胞凋亡，降低结肠组织的病理损伤程度，从而改善肠道炎症[20]。大肠杆菌Nissle 1917产生的鞭毛蛋白可诱导β-防御素2（HBD-2）的分泌[21]，是一种由宿主细胞合成的抗菌肽。HBD-2可通过诱导相关的核因子-κB激活和蛋白-1（AP-1）信号传导途径，从而减少病原菌定植，调控肠道稳态[22]。鞭毛蛋白诱导的HBD-2表达也可通过作用P38蛋白激酶和c-Jun氨基末端激酶排除病原菌并保护肠道黏膜屏障[23]。最初，菌毛被认为是病原菌的特殊结构[24]，直到在鼠李糖乳杆菌（LGG）中发现菌毛是细菌表面的丝状蛋白质结构。LGG是人类肠道黏液和肠上皮细胞系的结合因子，SpaC菌毛是主要的黏附决定因素[10,25]。菌毛与肠道黏液结合可提升乳酸菌菌株在胃肠道的持久性[26]。SpaC菌毛被证实可诱导上皮细胞中活性氧的生成，刺激ERK磷酸化和保护肠道黏膜屏障[27]。SpaCBA菌毛能够促进肠道隐窝细胞增殖且能够防止放射线损伤[27]。短双歧杆菌UCC2003的IVb型紧密黏附Tad菌毛可促进小鼠肠上皮细胞的增殖[28]。双歧杆菌对肠道黏膜屏障的益生作用，可通过产生特定的亚基TadE菌毛刺激新生儿肠道黏膜的生长和成熟[29]。乳酸乳球菌ZHY1表面的Amuc-1100可增加肠道紧密连接蛋白的表达，增加了肠道中梭杆菌属的丰度，减少了变形杆菌的丰度[30]。多聚糖是多个单糖通过糖苷键连接而成的均聚物或杂聚物[10]，主要类型有2种，胞外多糖（EPS）是微生物细胞表面松散结合的聚糖，而荚膜多糖（CPS）是牢固附着在细胞表面上的聚糖[31]，均可抑制病原菌黏附。Fanning等[32]通过使用鼠柠檬酸杆菌感染模型，发现短双歧杆菌UCC2003的EPS能够减少病原菌的定植。Zhou等[33]研究表明，植物乳杆菌NCU116的EPS116可调节肠干细胞的增殖与分化以及增加与聚糖代谢相关的微生物种群。LGG的EPS表现出良好的抗氧化活性，可清除肠道中的羟基自由基和超氧阴离子自由基含量，上调细胞内紧密连接蛋白含量，提高猪肠上皮细胞的存活率，有效缓解猪上皮细胞的氧化损伤，保持肠道屏障功能完整性[34]。Wang等[35]发现，植物乳杆菌ZLP001也有类似作用，可减少活性氧的产生，降低细胞内丙二醛浓度，促进一些抗氧化酶的表达和生成，推测可能与EPS和阿魏酸有关。3益生菌代谢产物对肠道屏障功能的调节作用益生菌产生的代谢产物（细菌素、SCFA和分泌蛋白）可通过与某些受体相互作用，或直接促进杯状细胞黏液分泌，增加抗菌肽分泌，或增强紧密连接蛋白的表达，从而保护肠道黏膜屏障[36]。细菌素是由多种细菌产生的核糖体合成肽或蛋白质，具有热稳定、低毒等特性，表现出抑菌或杀菌作用[37]。乳酸乳球菌产生的细菌素（乳链菌肽A）可有效抑制耐甲氧西林金黄色葡萄球菌生物膜的形成[37]，嗜酸乳杆菌产生的细菌素可抑制铜绿假单胞菌（PA）生物膜的形成[38]，可抑制PA生物膜的形成[39]，表明细菌素可消除病原菌的生物膜。丁酸梭菌ZJU-F1产生的细菌素CBP22可降低血清中的IgG、IgA、IgM、TNF-α和分泌型IgA水平，降低肠道通透性，抑制空肠中的细胞凋亡和上皮组织损伤[40]。Fu等[41]发现，丁酸梭菌可降低仔猪肠道通透性，增加肠道紧密连接蛋白和黏蛋白的表达，从而维持肠道上皮屏障的完整性；丁酸梭菌还可以增加肠道中乳酸菌的比例和盲肠中丁酸、丙酸、乙酸和总酸水平，增强TLR2-MyD88-NF-κB信号传导，改善肠道屏障功能。Zong等[42]研究发现，丁酸梭菌ZJU-F1可提高仔猪肠道绒毛高度、降低十二指肠和回肠的隐窝深度，提高十二指肠和回肠中zo-1和紧密连接蛋白-2的mRNA表达，表明丁酸梭菌ZJU-F1可以改善肠道屏障，促进仔猪的生长，这与丁酸梭菌分泌高水平的细菌素有关。SCFA主要包括丁酸、丙酸和乙酸，是肠道微生物群从未消化的膳食碳水化合物（如纤维、低聚糖和多糖）中产生的代谢物[43]。研究表明，SCFA具有抗炎、抗肿瘤和抗菌作用，可以保持肠道屏障的完整性[43]。丁酸是结肠上皮细胞的优先能量来源，可以降低氧化应激，抑制结肠炎症和癌症的发生，增强肠道屏障功能[44]。Miao等[45]研究发现，蛋鸡饲粮中添加丁酸盐可降低肠道中丙二醛含量，增加空肠超氧化物歧化酶活性以及回肠总抗氧化能力，增强肠道的抗氧化功能；丁酸盐减少了肠道中TNF-α、IL-6和IL-10细胞因子的水平，增加肠道中SCFA的浓度，提高了肠道中益生菌的丰度，降低病原菌的富集度，达到改善肠道健康的作用，SCFA的产生是抗氧化指数和细胞因子的变化的主要原因。Dhaliwal等[46]研究发现，给小鼠补充植物乳杆菌MTCC 9510，可促进肠道乳杆菌属的定植，提高乙酸盐和丁酸盐含量，降低肠道通透性和大脑中单胺氧化酶的含量。He等[47]研究表明，给刚断奶的仔猪口服约氏乳杆菌L531可降低肠道中的沙门氏菌的定植，维持代谢稳态，主要与约氏乳杆菌L531产生的高水平SCFA有关。分泌蛋白是由益生菌分泌，并释放到环境中的蛋白质，可参与共生细菌与宿主之间的相互作用。研究表明，LGG的p40可激活表皮生长因子受体（EGFR），上调上皮细胞增殖，诱导配体表达，促进IgA产生，抑制细胞凋亡，改善肠道损伤和炎症[48]。LGG和干酪乳酸杆菌BL23纯化的p40和p75通过诱导EGFR/AKT途径具有抗细胞凋亡活性[49]。研究表明，干酪乳杆菌能够刺激EGFR/AKT途径对肠上皮细胞起到保护作用，主要与细胞外囊泡结合的p40和p75蛋白有关[50]。p40和p75能够通过蛋白激酶C和MAPK依赖性机制保护肠上皮紧密连接和屏障功能[51]。新生儿补充p40和p75可以促进肠道发育，预防成年期的结肠炎[52]。乳酸菌分泌的聚集促进因子（APF）蛋白可促进肠道益生菌的定植，阻止病原菌的黏附，包括自我聚集、与其他共生或致病细菌共聚集以及维持细胞形状[53]。研究表明，加氏乳杆菌SBT2055可降低空肠弯曲杆菌的黏附和侵袭，阻碍其在鸡体内感染，这种共聚集作用由细胞表面成分介导，推测为APF蛋白[54]。敲除D1基因的植物乳杆菌NCIMB 8826显示出其自身APF蛋白功能的丧失以及与黏蛋白结合能力的下降[55]，表明APF蛋白具有黏附作用。4结论益生菌可通过其表面分子及代谢物调节宿主的肠道黏膜屏障功能。但菌株的种类、剂量、添加方式以及混合或单一菌株均可以影响菌株的作用效果，而宿主也会随着品种、外形的差异，表现出不同的结果。因此，深入研究益生菌在肠道内的作用机制及研发安全高效的益生菌制剂，对促进动物机体健康具有积极作用。