文摘
乳酸菌物种可以起到促进健康作用在胃肠道(GIT)通过许多机制,包括病原体抑制、维护的微生物平衡,免疫调节,增强上皮的屏障功能。不同种类的属乳酸菌可以在宿主的反应也是不同,并不是所有菌株相同的物种可以被认为是有益的。应变的变化可能与乳酸杆菌的细胞表面结构的多样性和细菌的能力来表达某些表面组件或分泌特定化合物的主机环境。乳酸杆菌是已知的修改他们的表面结构对压力的反应胆汁和低pH值等因素,而这些适应性可能帮助他们生存在面对严酷的环境条件在GIT中遇到。近年来,多个细胞surface-associated分子与乳酸杆菌的粘附到GIT衬里,免疫调节,保护对肠上皮屏障功能的影响。识别相关的细菌配体和它们的宿主受体是必要的对于更好的理解机制通过乳酸杆菌发挥他们对人类健康有益的影响。
1。介绍
人类胃肠道(GIT)是人体最大的接口与环境是一个动态的屏障,港口一个复杂的微生物群落。肠道上皮允许营养物质的吸收,水和电解质的分泌,同时充当障碍排除病原体和毒素1]。人类和他们的共生细菌共同演进和相互交流对人类健康和福祉至关重要(2]。有越来越多的实验证据对肠道细菌所扮演的角色在调节宿主免疫系统的开发和肠上皮细胞的屏障属性(3]。
乳酸杆菌是重要的食品和发酵工业。他们也经常用作食品中益生菌,培养牛奶和各种制剂(4- - - - - -6]。乳酸杆菌的存在是很重要的对肠道微生物生态系统的维护和提供抵御病原体感染7- - - - - -9]。乳酸杆菌在GIT在不同比例存在。他们在近端小肠占主导地位10],营养丰富的环境,而在粪便微生物群他们存在最多-0.6% ~ 0.01%,这一比例显著不同个体间(11,12]。他们有能力坚持与上皮和粘膜层,而幸存的敌意条件腔的竞争环境和微生物群(13]。这些属性添加到他们的潜能作为益生菌符合设定的参数操作标准在2002年(粮农组织/世卫组织:益生菌在食品的评价指南)。然而,研究表明,不同菌株的乳酸杆菌可以在主机和因此引起不同的反应,结果从一个应变不能普遍对他人(9]。
乳酸杆菌的粘附肠上皮细胞是一个重要的特性,因为它促进持续时间和殖民,通过免疫调节刺激microbe-host交互,提供了各种保护肠道屏障对病原体的机制包括敌对活动(14]。细菌细胞表面组件(丰富、多糖和蛋白质)扮演主要角色在乳酸杆菌对肠道上皮的依从性,相互作用,可能导致排除病原体和宿主细胞的免疫调节15,16]。乳酸杆菌的粘附性能直接关系到其表面性质影响的结构和细胞壁的成分。几项研究表明细胞表面组件,单独或集体,在microbe-host交互17,18]。
乳酸杆菌显示细胞表面结构的多样性和已知修改他们的表面性质,以应对环境变化19,20.]。不同的大分子组成的细胞壁,乳酸杆菌已被证明有助于维持细菌细胞完整性在环境压力(21]。乳酸杆菌的细胞表面结构和他们的能力来表达某些表面组件,或分泌特定化合物直接作用于宿主细胞,从而可能影响细菌细胞的物理化学性质和毒株特异性属性。
本文将专注于细胞表面组件影响主机响应的乳酸杆菌和乳酸杆菌传授毒株特异性特征。
2。细胞表面结构
乳酸杆菌的细胞被膜,就像所有的乳酸菌,由bilipidic质膜与嵌入蛋白质由细胞壁包围着。细菌细胞壁由厚的多层球囊的肽聚糖(PG),装饰着磷壁酸(墙磷壁酸(WTA)和/或lipoteichoic酸(LTA)),胞外(EPS),称为菌毛的蛋白质的细丝,蛋白质固定在细胞壁(图通过不同的机制1)。一些种类的乳酸杆菌周围显示额外的亚晶状的蛋白质层的PG层,称为S-layer。这些大分子在一起可能扮演重要的角色在决定物种和毒株特异性乳酸杆菌的特点通过影响宿主相互作用和微生物适应宿主环境的变化。
2.1。肽聚糖
细菌细胞壁的PG是最大的组成部分,是一个重要的聚合物在乳酸杆菌决定形状和保存细菌细胞的完整性。PG层被描述为一个渔夫的净,功能的容器和筛子的细菌(24]。PG帮助承受拉伸力的弹性性质引起的细菌膨压,不包括大分子进入细菌细胞,同时限制分泌大量的蛋白质。蛋白质理论分子量高达49.4 KDa和82.1 KDa分泌已报告乳杆菌GG和乳杆菌,分别为(25,26]。一些大型蛋白质无法扩散通过细胞壁和依赖于细胞壁扩张过程拖到PG厚层的外表面之前被动释放到外部环境(24,27]。本网的线程相关的共价聚合物交替的残渣N-acetyl-glucosamine (GlcNAc)和β1-4-linked N-acetyl-muramic酸(MurNAc)。多糖链是由交联五肽侧链为网络提供弹性。的五肽分子侧链是由交替L -和酸和这个高度D-lactyl MurNAc羧基。巨大的变化发生在多糖链的基本成分和推荐传授毒株特异性特征的细菌(28,29日]。生物合成后,装配,和PG子单元的合并,修改GlcNAc和MurNAc结构可能发生和影响宿主之间的相互作用和乳酸杆菌(24]。这些修改包括去除细胞壁的乙酰基PG (30.),6-O-Acetylation细胞壁MurNAc残留的31日),替换的C6 MurNAc磷壁和teichuronic酸(32]。这些修改会影响生理细菌细胞壁的自我分解敏感性增加,耐溶菌酶,细胞被膜的疏水性进而影响识别由宿主受体和细菌粘附[33,34]。
2.2。磷壁酸
磷壁酸(助教)是第二个乳酸杆菌细胞壁的主要成分,占到一半的细胞壁干重(35]。他们是阴离子聚合物制成的重复单位的甘油或ribitol-phosphate共价与PG WTA或附加到细胞质膜通过脂质锚作为英国网球协会(36- - - - - -38]。LTA可以找到免费的一小部分细胞壁或可能释放到细胞外介质通过脱乙酰作用的脂质锚,他们认为是配体受体存在于肠上皮细胞(3]。节目导致细胞壁并提供疏水性的阴离子特性,进而影响细胞壁的粘合度(34]。
助教的总体结构是一系列由phosphodiester-bound甘油或核糖醇残留连接通过一个终端联系单位的C6 MurNAc残留的PG链增长。连杆的结构单位是守恒的,是由二糖N-acetylmannosaminyl(1 - 4)氨基葡萄糖磷酸甘油紧随其后。TA可能发生的各种性质的糖和磷酸残基的数量。WTA之间有相当大的结构和丰富的变化和LTA分子。它们的大小和物理化学性质取决于几个因素,如物种或应变,阶段或增长率,可用性的磷酸盐,酸性介质,和碳源,等等24]。尽管所有的乳酸杆菌细胞壁中TA,不是全部乳酸菌细胞壁含有WTA和一些物种似乎只包含英国网球协会(39]。助教可以作为储层磷酸盐和食腐动物的阳离子(毫克+ +特别是)[40,41]。助教也可以帮助创建一个pH梯度穿过细胞壁,也被认为与噬菌体吸附和自溶素的活动(42]。糖基化的助教已报告的吸附是必不可少的l .杆菌噬菌体,研究l . delbrueckii无性系种群。lactis显示英国网球协会的参与在噬菌体失活(43]。
2.3。细胞壁多糖
细胞壁多糖是中性多糖,可以形成一个厚外胶囊与细胞壁密切相关,往往是共价结合MurNAc PG(称为荚膜多糖;CPS)或与之关联的松散(壁多糖;WPS)或被释放到细胞外介质(EPS) [44,45]。区分这些不同类别的细胞壁多糖往往是困难的。在乳酸杆菌,每股收益通常是指细胞外多糖,可以附着在细胞壁或释放到周围介质。每股收益的构成的复杂变化,不同糖单体的性质以及它们的联系,分布,和替换,增加结构的不同乳酸菌细胞壁(46,47]。每股收益通常是由组成不同的杂多糖糖半个如葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、GlcNAc, N-acetylgalactosamine [48]。残留的葡萄糖醛酸、磷、乙酰和丙酮酸组也可以出现在一些乳酸杆菌的菌株。除了heteropolymeric EPS分子,一些乳酸杆菌菌株能够合成homopolysaccharides如葡聚糖或果聚糖蔗糖(49]。
研究喂食GG确定了两个不同类型的每股收益:长半乳糖丰富短葡萄糖和甘露糖的分子和EPS分子(50]。一些多糖链也可以作为糖蛋白,提供锚地S-layer蛋白质,创建额外的复杂性细菌细胞壁结构(50]。具体贡献的EPS细胞壁功能尚不清楚,尽管他们的角色通常是调解乳酸杆菌与环境组件交互,促进细菌粘附和生物膜的形成惰性或生活表面(51,52]。
2.4。纤毛和鞭毛
Pili multisubunit蛋白质聚合体的结构,功能和特征分析l。喂食GG [53,54),尽管他们已确定在基因组层面在一些乳酸杆菌(23]。这些nonflagellar附件组装的多种菌毛蛋白亚基共价相互耦合的转肽酶活动pilin-specific sortase [53,55]。结果isopeptide债券之间形成LPXTG-like图案的苏氨酸和赖氨酸YPKN菌毛蛋白主题在菌毛蛋白亚基56]。组装后,菌毛蛋白是附着在细胞壁膜结合转肽酶,管家sortase [57]。细菌的菌毛粘附的角色,入侵,聚合,形成生物膜,和免疫调制成立(58,59]但在宿主受体识别这些pili仍未知,其功能在主机响应信号尚不清楚。鞭毛的存在是一个不寻常的特性在乳酸杆菌和目前发现至少有十二个运动型种乳酸杆菌认可(11]。细菌鞭毛组成的聚合物叫做鞭毛蛋白的蛋白质,这是建议作为配体以及调节激活宿主免疫细胞的信号通路和调制(60]。
2.5。细胞表面蛋白
乳酸杆菌的细胞表面蛋白固定在细胞壁由不同机制或细菌细胞分泌到周围介质,在那里他们再结合通过静电相互作用(与细胞壁61年]。细胞表面蛋白质包括S-layer蛋白质构成的主要细胞周围细胞蛋白质。细胞表面蛋白的例子包括43 KDa胶原蛋白绑定S-layer蛋白质l . crispatus两种蛋白质和细胞表面蛋白的15 kDa, 45和58 kDal .嗜酸的CRL639参与绑定纤连蛋白和胶原蛋白62年]。共价固定蛋白质进一步subcategorised为N -或c端锚定蛋白,lipid-anchored蛋白质(脂蛋白)和LPXTG-anchored蛋白质。氨基端锚定蛋白代表最大的cell-surface-anchored乳酸杆菌和主要参与细胞被膜中蛋白质代谢,细胞外的运输和信号转导,能力,和蛋白质周转(35,63年]。许多c端锚定蛋白,通过c端与细胞膜跨膜域,通过乳酸杆菌进行编码,但是几个这些蛋白质的功能尚不清楚(35]。lipid-anchored蛋白质构成的第二大群预测membrane-anchored蛋白质在乳酸杆菌,并参与运输、附着力,抗生素耐药性,感觉过程,细胞内稳态信封和分泌,折叠和易位的蛋白质(35,64年]。这些脂蛋白的信号肽的恒定区包含lipobox主题(L - (A / S) - (A / G) - c]。Lipidation紧随其后乳沟的氨基端Cys-residue lipobox结果共价结合的脂蛋白通过硫醚键(细胞膜65年]。LPXTG-anchored蛋白质或蛋白质sortase-dependent (SDP)共价连接到PG和据说lactobacilli-host交互中扮演着重要的角色66年]。这些蛋白质通常包含一个裂解位点,LPXTG主题,位于c端地区成熟的领域,其次是一段疏水残基和一个带正电的尾巴66年]。LPXTG主题是认可的sortase (SrtA)酶之间劈开T和G残留物,然后共价连接苏氨酸羧基氨基的PG横桥(67年]。尽管SrtA承认LPXTG序列,另一个名为SrtB sortase金黄色葡萄球菌,据报道承认和过程蛋白质序列轴承NPQTN [68年]。最近的研究涉及交联蛋白产品SrtA SrtB表明,不同类型的sortases可以附加蛋白质细胞壁内的不同位置(69年]。
共价固定蛋白质是通过绑定域名绑定到细菌细胞表面。有些蛋白质还可以发现固定其他细胞壁蛋白质通过蛋白质-蛋白质之间的关系,而其他的已知与细胞壁分泌后再结合,通过静电相互作用[70年]。
许多种类的乳酸杆菌显示一个水晶制成的表面涂层,二维数组的蛋白质或糖蛋白亚基在晶格组装不同的对称性,也称为S-layer。乳酸杆菌S-layer蛋白质代表10细胞壁蛋白总量的15%。这些蛋白质是非常基本的,稳定的三级结构从40到60 kDa [3]。S-layer蛋白在原核生物最突出的糖蛋白,尽管在乳酸杆菌最S-layer蛋白质似乎nonglycosylated,一些乳酸杆菌糖化S-layer蛋白质,已确定(71年]。S-layer细胞壁多糖pyruvylation和相关蛋白质共价结合到底层PG细胞壁,一般通过次级聚合物如LTA, WTA,中性多糖(70年]。性能如附着力、聚合和病原体抑制与发生相关的特定类型的S-layers,虽然S-layer函数在乳酸杆菌不仅是特定的物种也压力。研究表明,有一个关联的不同的结构和化学特征S-layer蛋白质表面性质的乳酸杆菌(50,70年]。有充足的证据表明S-layer蛋白质影响生物膜微生物群落的发展因此,S-layer蛋白质很可能有一个角色在乳酸杆菌与其他微生物的相互作用72年]。
乳酸杆菌酶与绑定域,有助于保持固定在细菌细胞表面。例如,细胞外的酶如自溶素显示一段的20种氨基酸保存多个串联重复序列的芳香残留物和甘氨酸锚的细菌细胞表面结合WTA的胆碱残留和英国网球协会(73年]。LysM域(赖氨酸主题)被发现在许多细胞外酶的建议有一个PG绑定函数和参与细胞壁代谢(74年]。WXL domain-containing蛋白质在乳酸杆菌基于识别在网上分析(75年),建议与PG层通过蛋白质C终点站。据报道,这一领域也被调解细菌细胞壁之间的共价结合粪肠球菌和其他革兰氏阳性细菌76年]。SH3b域已确定在一些乳酸杆菌和提出了参与细胞壁营业额。他们一直建议识别特定序列肽横桥内的PG,因此针对和绑定的细胞壁(77年]。假定的域由三个组成的α螺旋在C -或细胞外蛋白质的氨基端一直在报道一些乳酸杆菌(l .杆菌l . johnsonii l .干酪乳杆菌l .短l . helveticus和l . gasseri),建议参与细胞壁降解通过绑定PG (35]。
3所示。乳酸杆菌的细胞表面适应宿主环境的反应
细胞信封的第一个目标是物理化学和环境压力。乳酸杆菌遇到几个环境压力因素在运输通过GIT如低pH值、胆盐,和氧化和渗透压力,以及饥饿的压力。乳酸杆菌已经开发出复杂的响应和适应生存压力。乳酸杆菌的应激反应依赖于基因的协调表达或抑制,一致的行动来提高压力宽容。这些基因可以改变的细胞过程,如细胞分裂,膜组成、运输系统、管家和DNA代谢和监管因素,可以控制多个基因,有时甚至其他监管机构。乳酸杆菌对压力的反应具体方法依赖于应变,物种,压力的类型。这些应激反应的协调是通过监管机构的网络,使细菌细胞反应和适应不同的压力。
3.1。酸和胆汁的压力
在酸性条件下生存是通过适应低pH值通过一个称为耐酸碱反应的机制(ATR)。研究酸——和bile-resistant变体l .嗜酸的显示一个诱导既存系统共同存在于一个新创蛋白质合成机制,防止酸压力(78年]。胆汁酸结合甘氨酸或牛磺酸在肝脏和进入小肠氨基酸可以由胆汁盐的水解酶水解(BSH)表达的细菌,包括乳酸杆菌。在l .杆菌,能力容忍taurodeoxycholic酸(TDCA)被归因于TDCA水解酶的表达,但其他研究已经表明,BSH活动和耐胆汁无关属性在乳酸杆菌(79年,80年]。许多耐药机制导致乳酸杆菌细胞表面结构的改变是常见的胆汁和酸压力(81年]。组成的大分子细菌细胞信封(细胞壁和细胞膜)有助于维持细胞完整性在这些压力的情况。例如,胆汁盐和胆固醇已被证明导致脂质细胞膜的变化这种l .(19)在低pH值导致的脂肪酸组成变化口服的l .干酪乳杆菌(20.]。
放映的酸反应和胆汁盐反应乳酸杆菌已经确定在PG基因生物合成和细胞被膜功能。基因表达的分析l .嗜酸的发现大量的PG基因与细胞表面的蛋白质(如SrtA)生物合成,胆汁曝光后差异表达(82年]。在这种l .,对酸性条件涉及到ClpL伴侣蛋白,与女伴atp酶活性和假定的细胞wall-altering酯酶。据报道这些酶也引起胆汁曝光,进一步暗示常见的耐药机制酸和胆汁的压力(83年,84年]。其他细胞表面结构(WTA, LTA则和EPS)也被建议在正常运转中发挥作用的细胞完整性在酸性环境下和胆汁的存在(85年]。EPS合成据说也包括胆汁曝光后在抑制基因l .嗜酸的和这种l .,虽然每股收益在胆汁和耐酸性的作用仍不清楚(82年,84年]。
3.2。氧化和渗透压力
除了酸和胆汁压力,乳酸杆菌的生存能力在GIT氧化和渗透压力是很重要的。氧化应激可以影响细胞健康是由接触引起的活性氧(ROS)造成部分氧气减少超氧化物阴离子自由基(O2)、羟基自由基(∙哦),过氧化氢(H2O2)。多不饱和脂肪酸对活性氧攻击和敏感膜的生成的过氧化脂质和蛋白质变化影响细胞膜渗透率和渗透调节86年]。ROS造成的损害降到最低,乳酸杆菌抵消ROS生成过氧化氢酶等酶的帮助下,NADH氧化酶/ peroxidise和超氧化物歧化酶(SOD)或非酶的化合物,如抗坏血酸盐、谷胱甘肽和锰2 +。抗氧化应激的物种和品种之间有很大的差别。压力处理机制从防止活性氧的形成,消除活性氧,抵御氧化损伤修复氧化损伤的87年]。
的脂肪酸组成的细胞膜l . helveticus已被证明改变underoxidative压力,据报道,这是由于增加的活动啊2消耗脂肪酸desaturase系统,减少自由基损伤的细胞(21]。有趣的是,胆汁压力也已被证明能够诱导氧化应激,研究表明谷胱甘肽还原酶的表达是影响胆汁治疗(88年]。
乳酸杆菌经常暴露于渗透性变化的环境妥协必不可少的细胞功能。环境中的溶质浓度的变化导致细胞膨压变化导致细胞体积的变化。维持细胞膨压,保持水分,乳酸杆菌兼容hyper-osmotic条件下溶质的积累和释放他们hypo-osmotic条件下。在l .嗜酸的细胞分裂,破坏酶CdpA引起阻力增加胆汁盐而显示,抵抗渗透压力减小了。类似的效果被SlpA显示突变体l .嗜酸的渗透压力,更敏感,更耐胆汁。根据这些研究,细胞壁的某些组件保持uncleaved或交联导致一个不成熟的细胞壁结构的变异从而改变其表型(89年,90年]。研究l规范表明,当生长在亚致死剂量的生理盐水,观察增加公差对hyper-osmotic条件或增加对有机酸ATR。类似的跟踪观察,当细胞暴露于亚致死剂量的这些酸暗示共同机制参与(91年]。
3.3。饥饿的压力
能力适应特定的营养环境是很重要的乳酸杆菌,并确保他们在GIT的停留时间和生存。饥饿是最常见的一种乳酸杆菌和细菌生长所面临的压力导致营养耗尽,积累发酵最终产品(如乳酸),和随后的饥饿导致这种压力。营养饥饿在乳酸杆菌主要研究通过限制碳水化合物的供应,磷酸盐和氮。乳酸杆菌适应这些营养限制通过下调核酸和蛋白质合成和/或蛋白质降解和氨基酸的合成92年]。此外,极端环境压力条件可以间接引发饥饿减少转运蛋白的活性导致减少可用性可能存在的基本营养物质在细胞外环境中(93年]。营养饥饿导致增长被捕,和不同的乳酸杆菌已经开发出不同的生存策略饥饿。修改条目的细胞形态学和细胞分裂的固定相,从而减少细胞大小,据报道在乳酸杆菌在这些条件下(87年]。
饥饿在乳酸杆菌耐药机制是不同的,因为他们占领不同的细分市场,不遇到相同的饥饿状况。变得更加完善,细菌抵抗各种压力和开发一个通用压力状态进入固定相。碳水化合物饥饿诱导阻力增加许多压力条件。氨基酸分解代谢,特别是精氨酸降解,在增强的生存过程中发挥作用l . sakei在固定相(94年]。在l .嗜酸的据报道,16个蛋白质合成应对饥饿,其中7例固定相而引起的其他应对低pH值(95年]。在l . lactis,葡萄糖饥饿诱导阻力很多压力(热量,低pH值、氧化和渗透压力)(96年]。同样在l . bulgaricus乳糖饥饿热阻力增加,酸和胆汁压力(97年]。starvation-induced蛋白质在乳酸杆菌的规定尚不清楚。虽然研究显示一个小stress-specific重叠基因和许多蛋白质和饥饿监管机构通常可以由多个压力,只有少数蛋白质是常见的所有压力。
4所示。乳酸杆菌和宿主交互涉及细菌细胞表面的因素
人类GIT代表的第一道防御细菌,病毒,真菌和寄生虫,可以作为病原体。GIT上皮也与土著微生物共生的微生物群组成。因此,上皮细胞对GIT体内平衡的维护是重要的共生微生物的存在,同时防止病原体入侵(98年]。乳酸杆菌与肠上皮细胞通过几种机制,帮助调节宿主的免疫反应,保护屏障的完整性,并维持微生物平衡通过直接排除病原体的抗菌活性(细菌素或抑制剂)的生产,竞争排斥(竞争结合位点),和/或刺激抗炎免疫反应(表1)。
4.1。依从性
GIT粘膜粘附的细菌是殖民和导致直接交互的一个重要因素,可能导致竞争排除病原体和宿主的调制响应。人类病原细菌粘附机制已被广泛的研究通过使用在体外模型系统。人类结直肠恶性腺瘤细胞系如Caco-2或HT-29细胞,由于肠道粘液和细胞外基质,定量测量,微观枚举和免疫学检测方法已被用于评估胶机制(120年,121年]。然而,细菌细胞表面的知识分子介导粘附GIT粘膜仍然是有限的。Genomics-based方法揭示了几种细菌cell-surface-associated蛋白质结合粘液和肠道细胞(17]。乳酸杆菌丰富被分为粘液结合蛋白;sortase-dependent蛋白质;S-layer蛋白质;蛋白质介导粘附细胞外基质(ECM)成分的肠上皮细胞;非蛋白丰富(LTA和EPS)。
肠上皮细胞之间形成一个屏障主机和腔的内容,被保护层的粘液覆盖。黏液层存在于一个动态的平衡,平衡生产,退化和物理侵蚀。它提供细菌只有短暂的停留时间在GIT粘附,从而保护宿主对病原体和不受欢迎的细菌殖民化(122年]。然而,黏液层还提供了一个栖息地共生的细菌,如乳酸杆菌。依从性粘液的乳酸杆菌已被实验验证在体外用粘附化验probiotic-pretreated肠道粘液糖蛋白(123年),以及在活的有机体内通过活检样本的显微分析(124年]。乳酸菌粘附粘液包括粘液结合蛋白(Mubs),除了同一域组织典型的细胞表面蛋白(N -终端信号肽和C终端LPXTG锚定主题)共享一个粘液绑定域名。Mubs Lactobacillales-specific集群编码的同源蛋白质编码基因(LaCOG)和包含一个或多个Mub重复。蛋白质含有Mub重复丰富的乳酸杆菌,居住在GIT,表明Mub重复是一个功能单位,可能是一种进化适应生存在GIT。一个数据库搜索使用细胞外Mub域的序列这种l .(125年),l .嗜酸的(17),lectin-like mannose-specific adhesin (Msa)的l .杆菌(103年),导致蛋白质的识别包含多个Mub域在几个种类的乳酸菌(实验室),进一步表明该域是一个LAB-specific功能单元。研究酵母BCS87帮助识别和描述一个32 KDa surface-associated蛋白质(32-mMubp)建议调解粘附粘液(114年]。Mub域由一系列氨基酸残基,不同的大小从100年到200年残留每个域(126年]。研究表明,Mub和Mub-like蛋白质有助于粘液绑定和autoaggregation,但高遗传异质性粘附粘液中株毒株特异性多样性的结果(122年]。
一些乳酸杆菌(如喂食GG)菌毛(也称为pili)据报道,提高宿主细胞的粘附粘液糖蛋白GIT的后续殖民(53]。研究喂食GG显示粘液绑定因素(MBF)假定辅助参与pilus-mediated粘膜粘附[107年]。然而,菌毛的革兰氏阳性病原体被证明诱导炎性反应(127年),而荚膜多糖喂食发现GG盾菌毛,可能抑制促炎症反应(99年]。这样的作用和可能的积极作用喂食GG菌毛还不清楚,需要验证。
在乳酸杆菌,子群的包含LPXTG图案表面蛋白C终端由SrtA认可。SrtA劈开这些蛋白质PG和定位产生的产品,因此将这些SrtA-dependent蛋白质在微生物表面。尽管许多sortase-dependent蛋白质编码乳酸杆菌,绝大多数没有分配功能。功能特征的蛋白质属于这个家庭,三个对应的粘液丰富这种l .(Mub),l .杆菌(Msa)和l .嗜酸的(Mub)。LspA,唾液l .UCC118,第四个特征sortase-dependent蛋白质,还结合粘液和已知调解肠道上皮细胞粘附的物种(109年,128年]。最近的研究与l .干酪乳杆菌BL23 sortases和SrtA突变体表明SrtA可能参与粘附的应变Caco-2和HT29细胞(117年]。尽管大多数sortase-dependent乳酸杆菌的蛋白质似乎mucus-binding能力,并不是所有人有亲和力粘液的功能组件和假定的乳酸杆菌sortase-dependent蛋白质仍不清楚(16]。域分析和系统发育分析的细胞外蛋白质l .杆菌参与粘附报道10的12确定蛋白质包含LPXTG图案。他们的预测作用是坚持胶原蛋白、纤连蛋白、甲壳素,或粘液75年]。识别出的这12个蛋白质,Msa的角色l .杆菌在附着力已经通过实验验证的,但是其他的角色在网上确定假定的丰富的投机和需要在体外和在活的有机体内验证。
S-layer蛋白质形式最外层表面相互作用在不同种类的乳酸杆菌和已被证明作为丰富的上皮细胞和组件如粘液和细胞外基质蛋白。S-layer蛋白的粘附作用l .嗜酸的(SlpA),l . crispatus(CbsA)l .短(SlpA)已经通过实验验证63年,110年,129年]。移除的S-layer减少细菌聚合l .嗜酸的l酸乳酒,和l . crispatus表明他们的功能参与这个过程112年,113年]。有相当多的证据表明,聚合直接影响生物膜微生物群落结构的发展,并移除S-layer完全废除coaggregation,因此建议由S-layer蛋白质。研究还表明S-layer lectin-like活动与糖蛋白、多糖和蛋白质从而影响乳酸杆菌与其他微生物的相互作用[113年]。
聚合有助于形成物理屏障从而防止殖民化的病原体。免疫印迹分析显示之间的直接交互l酸乳酒S-layer蛋白质和沙门氏菌丰富的表面。预处理的沙门氏菌与纯化S-layer蛋白质已被证明保护两个人类肠道上皮细胞系,父母Caco-2 TC-7克隆,沙门氏菌入侵,但保护作用时没有被观察到沙门氏菌是使用nonaggregative菌株(112年]。这些观察加强coaggregation防止入侵的理论沙门氏菌和保护上皮细胞损伤。在l酸乳酒,S-layer也影响红血球凝聚,但不是粘附Caco-2细胞,与S-layer一些菌株l .嗜酸的同时参与Caco-2粘附和聚集One hundred.,112年,113年]。在l . crispatus的去除S-layer并不影响autoaggregation或红血球凝聚63年),这表明S-layer可能不是唯一的结构参与这些过程和其他蛋白质共价结合或分子如LTA或lectin-like分子可以调解粘附肠道上皮细胞。
细胞外基质(ECM)是一个复杂的结构周围的肠上皮细胞和由各种蛋白质如层粘连蛋白、纤连蛋白和胶原蛋白。一些乳酸杆菌可以绑定到这些蛋白质,从而与病原体有相同的配体结合位点(62年]。ECM绑定丰富的例子是fibronectin-binding蛋白质(FbpA)l .嗜酸的和collagen-binding蛋白质(CnBP)这种l .(17,130年]。CnBP域包含了分析预测细菌细胞外solute-binding域(PF00497)也发现粘液附着力促进蛋白质(MapA),它被发现是一个CnBP同系物。虽然据报道MapA介导的绑定这种l .Caco-2细胞和粘液、数据库分析发现没有粘液结合蛋白,暗示作用的细胞外solute-binding域MapA粘附[16]。其他的例子包括前面讨论S-layer蛋白质。
乳酸菌粘附GIT也已被证明能够涉及surface-associated非蛋白节目和每股收益等因素。节目导致细胞壁并提供疏水性的阴离子特性,进而影响细胞的粘性信封(34]。每股收益可能导致细胞表面的物理化学性质通过屏蔽其他细胞表面丰富,作为配体介导粘附和coaggregation131年,132年]。在l . acidophilu年代BG2FO4,碳水化合物对细菌细胞壁被报道是部分负责这一毒株的粘附Caco-2细胞和粘液分泌的粘液生产人类HT29-MTX腺癌细胞系细胞(101年]。在l . johnsonii,英国网球协会调解粘附Caco-2细胞(18),在l .嗜酸的,不同类型的胞外已经被证明影响附着力ECM组件(62年]。
两个特殊的例子cytoplasmic-localised蛋白质作为surface-translocated丰富的乳酸杆菌的延长因子图(EF-Tu)和热休克蛋白GroELl . johnsonii。EF-Tu参与蛋白质生物合成在细胞质中,但已被报道为表面转移在很多乳酸杆菌。在l . johnsonii、表面发生易位EF-Tu满足另一种调解肠道上皮细胞粘附的作用和黏蛋白。GroEL蛋白质折叠的中介,但当局部细菌表面,它搭建起了人类肠道细胞粘附和黏蛋白(115年,116年]。没有发现在这两种蛋白质域或图案占其跨膜易位。GAPDH cell-surface-associated酶l .杆菌LA318已经发现调解坚持人类结肠细胞可能通过识别上的糖链粘液和充当lectin-like蛋白(104年]。GAPDH是表面局部虽然缺乏传统的n端信号序列或膜锚定的主题。
4.2。维护上皮屏障功能
有越来越多的证据表明,乳酸杆菌可能有益影响肠道上皮细胞。乳酸杆菌在维持肠道屏障功能的作用是通过各种机制诱导粘液等生产、细胞骨架的调制,并紧密连接蛋白磷酸化,从而提高紧密连接功能,免疫反应,以及防止肠道上皮细胞的凋亡。增强上皮屏障完整性的乳酸杆菌已被观察到在体外和在活的有机体内模型。例如,l .短增强上皮屏障功能在健康老鼠所评估的甘露醇渗透率,与甘露醇作为探针研究结肠壁渗透率(111年]。管理l .杆菌和这种l .与methotrexate-induced大鼠小肠结肠炎改善肠屏障功能(105年]。l .杆菌也已被证明能够增加上皮屏障完整性使用transepithelial电阻化验来衡量肠上皮细胞间紧密连接的完整性与Caco-2细胞系模型(106年]。与白细胞介素- 10”gene-deficient研究()小鼠表明他们中的大多数发展慢性小肠结肠炎,il - 10已经被认为是一个不可或缺的immunoregulator GIT是一个有效的抑制巨噬细胞和t细胞功能。乳酸菌物种已被证明,以防止慢性结肠炎il - 10−−/老鼠(133年]。研究人类肠道上皮HT29细胞表明英国网球协会的脂质一半l . johnsonii和l .嗜酸的抑制大肠杆菌和脂多糖(LPS)诱导引发生产(引发是趋化因子,是一种有效的促进血管生成),细菌细胞表面上皮细胞从而识别重要因素带来有益影响GIT [102年]。最近的研究与喂食GG使用Caco-2上皮细胞需要验证脂链LTA引发mRNA表达和取代基,D-alanine Caco-2引发诱导的细胞(也是很重要的134年]。
肠上皮屏障也影响和改变粘液的氯化物分泌上皮细胞。粘蛋白形成物理化学防护屏障底层肠道上皮细胞和协助预防机械、化学、酶和微生物肠道屏障损伤,也限制了微生物入侵后依从性(135年]。在体外试验选择乳酸菌菌株表明致肠病的依从性大肠杆菌人类肠道上皮细胞是由感应抑制肠粘蛋白基因表达的136年]。粘蛋白,抑制细菌易位,并研究l .干酪乳杆菌LGG表明Caco-2粘蛋白基因表达水平增加的细胞模型(118年]。粘蛋白基因的表达,引起乳酸杆菌,已被证明是依赖于细胞直接接触l .杆菌和肠上皮细胞136年]。
除了粘液,调制在上皮细胞紧密连接蛋白的表达是保持上皮屏障完整性的一个重要因素。紧密连接蛋白是动态的结构结合在一起的上皮细胞顶端连接,帮助维持屏障的完整性。紧密连接蛋白结构变化影响它们的功能。Zonula occludens-1 (ZO-1)紧密连接蛋白构成,上皮细胞细胞骨架的结构组成部分,扮演着重要的角色在维护上皮细胞的细胞骨架结构从而保护屏障的完整性。l .嗜酸的已被证明,以防止破坏ZO-1和occludin的分布大肠杆菌和增强细胞骨架和紧密连接蛋白结构如occludin和辅肌动蛋白在肠道上皮细胞(137年]。乳酸杆菌也改善了的老鼠通过增加occludin屏障功能表达和维护上皮紧密连接(138年,139年]。
乳酸杆菌的粘附能力使他们能够与病原菌竞争受体表达在肠道上皮细胞,从而保护他们从致病菌造成的损害和保护屏障的完整性22,140年]。喂食R0011和l .嗜酸的R0052抑制感染引起的肠细胞接触大肠杆菌通过减少细菌粘附和细胞骨架重组140年]。与特定的乳酸杆菌菌株的研究表明细胞直接接触是需要诱导表达阿片和大麻素受体在肠上皮调停的GIT暗示参与镇痛功能cell-surface-related效应分子(141年]。凋亡的影响喂食GG在肠道上皮细胞也依赖于细胞直接接触(102年]。激活凋亡的一种蛋白激酶/蛋白激酶B和激活的抑制proapoptotic p38 /增殖蛋白激酶在细胞因子提出了防止肠上皮细胞凋亡(108年]。
4.3。免疫调节
乳酸杆菌能够调节宿主的免疫反应与GIT粘膜的交互。细菌表面展示特征称为microbe-associated分子模式(MAMP),这通常是细胞壁的组件,如有限合伙人,PG,英国网球协会,和WTA,但也可以是脂质,脂蛋白,蛋白质和核酸142年,143年]。mamp承认各种模式识别受体(PRR)表达的许多细胞类型包括免疫细胞、肠上皮细胞,细胞多发地。识别这些mamp PRRs诱发信号级联,导致生产的细胞因子,趋化因子,和其他效应分子从而激活宿主先天免疫反应。PRRs包括toll样受体(TLR)、核苷酸寡聚化域(点头)同受体(NLR)和c型凝集素受体(CLR)。其中,通常和NLRs特征明显宿主免疫系统已知的受体与细菌细胞表面的组件(比如在英国网球协会和PG (64年]。TLR信号通路参与招聘的适配器,如骨髓分化主要响应基因88 (MyD88),进而激活增殖蛋白激酶(MAPK)通路和核转录因子κB (NF -κB)通路信号级联(144年]。同样,也点头受体激活MAPK通路和NF -κB通路信号级联。激活和NF -易位κB导致众多基因的转录调节炎症反应。基因由NF -κB包括编码细胞因子如白细胞介素(ILs)和肿瘤坏死因子(tnf)。这些变化在细胞因子的生产会导致树突细胞(DC)成熟和激活,进而调节T细胞的活化和分化145年,146年]。mamp PRRs和随后的具体交互感应的信号路径依赖于微生物和宿主的反应,一起扮演主要角色在维持肠上皮屏障功能和体内平衡。
乳酸杆菌细胞壁成分如英国网球协会和脂蛋白结合TLR6认可TLR2,导致激活NF -κb两个脂链LTA必须暴露在调解与lipid-binding口袋的交互的TLR2暗示节目可能不是关键PRR配体肠道上皮细胞(147年]。WTA LTA也绑定到巨噬细胞清道夫受体如SRA承认节目的I型巨噬细胞清道夫受体,从而导致免疫信号(148年]。LTA S-layer蛋白质(SlpA)与DC-specific细胞间粘附molecule-grabbing nonintegrin (DC-SIGN) DC诱导细胞因子释放和t细胞成熟。激活DC-SIGN一些株乳酸杆菌影响dc的成熟,从而降低他们的诱导能力IL-10-producing监管对病原的t细胞反应(149年]。SlpA糖基化可能与DC-SIGN互动是必要的,但需要验证DC-SIGN被称为糖化配体相互作用影响宿主对微生物病原体的150年]。每股收益和其他细胞壁多糖可以承认c型凝集素受体(CLR)出现在巨噬细胞和直流。在l .干酪乳杆菌水后,抑制炎性反应巨噬细胞是由每股收益从而表明免疫抑制细胞壁多糖的作用[119年]。乳酸杆菌的诱导宿主细胞因子反应的免疫细胞可以根据两个物种和应变明显不同。研究直流反应42l .杆菌菌株表明细胞因子产生不同应变应变,和同一物种的不同菌株可以有不同的促炎和抗炎概要,说明多种因素可以影响免疫表型(151年]。研究l . ruminis表明,某些种类的乳酸杆菌显示鞭毛充当mamp所认可的主机和建议的TLR5激活NF -κ上皮细胞和免疫细胞的B通路信号主机(11]。
5。菌株特异性和细胞表面因素
所扮演的角色的理解细菌mamp (WTA, LTA则PG和EPS)毒株特异性效果观察乳酸杆菌仍在发展中。虽然mamp类似细菌的基本结构守恒的类大分子,不同微生物可以显示mamp位于细胞壁之间微妙的结构性变化。这些变化可能意味着从一个物种或高分子PRR应变可以作为一个受体激动剂,而从另一个物种或类似的高分子为同一PRR应变作为拮抗剂(152年]。研究表明,依从性特征(共生的细菌的殖民潜力的主要因素)影响细胞壁结构,显示出明显的变异菌株之间9]。菌株特异性无疑是与乳酸杆菌的变化和生化复杂性配体和mamp替代水平的助教,变量骨干alditol WTA的成分,和PG的细胞壁的修改153年]。这些修改在PG的结构会影响生理细菌细胞壁的自我分解敏感性增加,耐溶菌酶,细胞被膜的疏水性进而影响识别由宿主受体和细菌粘附[33,34]。
例如,唾液l .str。Ls33防止化学诱导小鼠结肠炎通过胞壁二肽的相互作用存在于它与NLR PG的肠道上皮细胞。然而,这种保护作用不是观察l .嗜酸的str, NCFM PG成分变化的应变块核苷酸结合域和富亮氨酸重复包含家庭(NLR)信号通路激活MAPK和NF -κB通路从而阻碍激活宿主防御机制(154年]。毒株特异性特征的另一个例子的PG成分的差异,观察到在一些乳酸杆菌,在耐万古霉素(一种糖肤抗生素)显示的结果替换c端D-alanine残留的MurNAc-pentapeptide D-lactate [155年]。这说明变量的重要性生物化学等mamp PG应变或物种特异性。此外,milieu-dependent切换多个变体之间的细胞壁聚合物和/或助教乳酸杆菌的变化增加了压力。突变体的研究乳酸菌菌株产生替代LTA变异表明,修改LTA支柱可以改变细胞因子诱导能力从而增加抗炎免疫调制(156年,157年]。研究dairy-isolated菌株l . delbrueckii显示抗炎作用在体外,但这些影响的程度不同菌株之间(158年]。这些影响提出与细菌表面暴露的蛋白质。一个有趣的观察是,l . delbrueckii亚种发酵剂1489年保加利亚穷人坚持Caco-2上皮细胞暗示缺乏表面因素这一毒株可能参与依从性(159年]。细胞表面的高多样性组件发现在乳酸杆菌增加了菌株的变异和反映在生态多样性在乳酸杆菌。链长度变化、亚细胞定位,这些聚合物的相互作用极有可能导致毒株特异性特征和仍在验证实验(50,160年]。
6。结论
细胞壁是一个动态的实体,起着至关重要的作用在许多方面的乳酸杆菌的生理和功能。它是与细菌环境发生交互,影响交流和适应host-derived因素在GIT中遇到。环境压力已经被证明能够影响细胞表面结构通过影响PG生物合成,EPS和细胞表面蛋白的表达,LTA装饰D-alanine残留。乳酸杆菌显示相当大的细胞表面性质的变化,通过改编无疑是重要的功能和GIT中这些细菌的生存。genomics-based方法的增加的可能性和突变体分析了几种效应分子的乳酸杆菌的鉴定。提出了这些效应分子参与直接与宿主上皮细胞或免疫细胞相互作用和许多这样的效应器分子细胞壁本身的(35]。考虑host-lactobacilli交互涉及到宿主细胞信号的复杂性和监管途径,似乎不太可能,single-effector分子调节整个主机响应。这些分子可能扩大曲目除了扮演至关重要的角色作为构建块的细菌细胞壁156年]。知识分子机制的底层乳酸杆菌的生理特点,和识别和验证的效应分子与平行研究补充相应的宿主细胞受体,可以增强的概念菌株特异性和有助于发展与增强健康的好处。
确认
作者感谢波林寻找画画图1Dragana扬科维奇和韦恩年轻校对。r·森古普塔支持梅西博士奖学金和AgResearch博士津贴的卓越研究中心(核心)Riddet研究所的资助,进行文献搜索和写了评论。所有作者设计的方法,评论,编辑和批准了纸和负责论文的最终版本。