Lactiplantibacillus plantarum WB4201、WB4202和WB4203能够缓解LPS刺激的HT-29细胞中的肠道炎症反应，并增强肠道屏障功能

《Microbial Pathogenesis》：Lactiplantibacillus plantarum WB4201, WB4202, and WB4203 Alleviate Gut Inflammatory Responses and Strengthen Barrier Function in LPS-stimulated HT-29 Cells

肠道炎症和屏障功能保护机制研究中，Lactiplantibacillus plantarum WB4201、WB4202、WB4203菌株通过抑制NF-κB和MAPK信号通路，减少IL-8、IL-6、TNF-α等炎症因子表达，同时增强occludin、claudin-1、ZO-1等紧密连接蛋白及MUC2分泌，恢复肠道屏障功能。

　　

宋秀妍|李娜英|朴贤东

韩国首尔建国大学动物资源食品科学与生物技术系

摘要

Lactiplantibacillus plantarum WB4201、WB4202和WB4203具有益生菌特性，本研究评估了它们缓解肠道炎症和增强上皮屏障功能的能力。这些菌株表现出对病原体的抗菌和抗粘附作用。在HT-29细胞中，这些菌株显著降低了硝普钠诱导的一氧化氮（NO）过量产生，表明它们具有减轻氧化应激的能力。在脂多糖（LPS）刺激的细胞中，这些菌株通过下调白细胞介素（IL）-8、IL-6、IL-1β、环氧化酶-2（COX-2）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）来显著抑制促炎反应。此外，通过恢复紧密连接蛋白（包括occludin、claudin-1、zonula occludens-1（ZO-1）和黏蛋白2（MUC2）的完整性，维持了屏障功能。机制分析显示，这些保护作用与核因子κB的抑制和丝裂原活化蛋白激酶磷酸化级联反应的抑制有关。这些发现证明了L. plantarum WB4201、WB4202和WB4203的抗炎和屏障保护潜力，突显了它们作为肠道健康益生菌干预措施的潜力。

引言

炎症性肠病（IBD），包括克罗恩病和溃疡性结肠炎，是一种慢性复发性胃肠道炎症性疾病，严重损害患者的生活质量，并给全球医疗系统带来日益沉重的负担[1]。IBD的全球发病率和患病率持续上升，这在一定程度上反映了环境、饮食模式和生活方式因素的变化，这些因素会调节疾病风险[1]。IBD的发病机制是多因素的，涉及遗传易感性、环境触发因素、免疫失调和肠道微生物群失衡（菌群失调）[2]。IBD的一个特征是肠道上皮屏障的破坏，这是一种特化的单层细胞，能够调节营养物质、水和溶质的选择性通过，同时防止有害抗原和细菌的转运[3]。屏障完整性的丧失增加了肠道通透性，使腔内微生物及其成分能够穿透黏膜，激活免疫途径并引发慢性炎症[4]。

在细菌成分中，革兰氏阴性菌产生的脂多糖（LPS）是一种强烈的炎症刺激物[5]。LPS与肠道上皮细胞上的Toll样受体4（TLR4）结合，从而启动一系列细胞内信号事件[6]。两条主要途径，核因子κB（NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK），通过诱导促炎细胞因子（如白细胞介素（IL）-8、IL-6和肿瘤坏死因子α（TNF-α）以及炎症酶（包括环氧化酶-2（COX-2））的表达，在介导这些反应中起核心作用[7]、[8]。这些信号途径的失调导致细胞因子过度产生和肠道炎症持续存在，使其成为治疗干预的关键分子靶点[9]。

益生菌被定义为在适量摄入时对宿主有益的活微生物，已成为调节肠道炎症的有希望的候选者[10]。已报道的效果包括减弱促炎细胞因子的表达和减轻由于这些信号途径过度激活导致的上皮损伤。此外，益生菌可以通过增强紧密连接（TJ）蛋白（如occludin、claudin-1和zonula occludens-1（ZO-1）的表达，以及增加支持黏液层稳定性的黏蛋白2（MUC2）的产生来增强上皮屏障的完整性[11]。其他机制还包括竞争性抑制病原体粘附、产生抗菌代谢物以及调节氧化应激和氧化应激[12]。

尽管有研究报道了益生菌的抗炎潜力，但很少有研究同时探讨益生菌在缓解肠道炎症和增强屏障功能中的作用。因此，在本研究中，我们评估了Lactiplantibacillus plantarum菌株在LPS刺激的HT-29细胞中的表现。本研究旨在表征这些菌株在调节炎症信号（NF-κB和MAPK途径）、调控细胞因子表达以及恢复紧密连接蛋白和黏蛋白等相关基因方面的菌株依赖性差异。

章节摘录

细菌菌株和样品制备

L. plantarum菌株（WB4201、WB4202和WB4203）是从泡菜中分离出来的[13]。作为商业对照，Lacticaseibacillus rhamnosus GG从韩国典型培养物收藏中心（KCTC；大田，韩国）获得。所有乳酸菌（LAB）菌株在De Man、Rogosa和Sharpe肉汤（MRS；Difco实验室，底特律，MI，美国）中于37°C培养18小时。培养后的菌株在4°C下以12,000 × g的离心力离心5分钟，所得沉淀物清洗三次

LAB菌株的抗菌活性

所有LAB菌株均抑制了L. monocytogenes、S. enteritidis、S. aureus和E. coli的生长（表2）。对于L. monocytogenes ATCC 15313，L. plantarum WB4203的抑制圈大于L. rhamnosus GG（28.67毫米 vs 28.67毫米）。对于L. monocytogenes Scott A NADC 20454b，各菌株的抑制圈相似（27.33 – 28.33毫米）。在S. enteritidis KCCM 12021的情况下，L. plantarum WB4203的抑制圈最大（38.67毫米），其次是L. plantarum WB4201（34.33毫米）

讨论

慢性肠道炎症是IBD的典型特征，它破坏上皮屏障的完整性并通过持续的免疫失调导致黏膜损伤[9]。屏障的破坏增加了上皮通透性，使腔内微生物和抗原更容易进入黏膜，从而放大炎症级联反应[18]。鉴于这种相互作用，同时减弱炎症信号和增强屏障防御的治疗策略是必要的

结论

L. plantarum WB4201、WB4202和WB4203在肠道模型中表现出保护作用。这些菌株对病原菌表现出强烈的抗菌和抗粘附活性，限制了病原菌在上皮表面的定植。在HT-29细胞中，L. plantarum菌株降低了促炎细胞因子的表达，同时促进了TJ蛋白和MUC2的表达，从而在炎症应激下增强了上皮屏障的完整性。Western blot分析

CRediT作者贡献声明

朴贤东：项目监督、项目管理。李娜英：写作 – 审稿与编辑、数据可视化、项目管理、概念构思。宋秀妍：原始稿写作、数据可视化、方法学设计、实验研究、概念构思

利益冲突声明

作者没有需要声明的利益冲突。

数据可用性

所使用的数据是保密的。

利益冲突声明

作者没有需要声明的利益冲突。

致谢

本研究得到了韩国食品、农业和林业技术规划与评估研究所通过食品高附加值技术开发计划的支持，该计划由农业、食品和农村事务部资助（#321035–5）。