1 肠道免疫系统
 

        肠道上皮免疫系统按照功能分为免疫诱导部位和效应部位。诱导部位主要为PP结，效应部位主要包括肠粘膜上皮内和固有层的淋巴细胞(图1)。小肠PP结是小肠内淋巴滤泡的集合体，主要由T、B淋巴细胞(CD4+)组成。在PP结的淋巴滤泡中含有大量免疫细胞，受抗原刺激形成效应中心，B淋巴细胞及增殖淋巴母细胞主要聚集于此，并多数为IgA+细胞，滤泡间区含有少量IgM+和IgD+细胞。T、B淋巴细胞在此分化成熟，并移行到粘膜的相应位置发挥其免疫效应。
 

 

1.2 肠道粘膜非特异性免疫屏障

        非特异性肠道粘膜免疫屏障是肠道免疫的天然屏障，主要包括肠道物理屏障、化学屏障和微生物屏障（图2）。各个屏障通过不同的分子机制、信号通路及生物学功能，发挥着抵抗外来抗原与病原菌的黏附与入侵，对机体起到初步的免疫防御作用。

1.2.1 肠道粘膜物理屏障
        物理屏障又称机械屏障，由肠粘膜上皮细胞及其间紧密连接组成的肠道上皮完整的结构组成，是肠道屏障中尤为重要的一部分。肠道上皮细胞紧密排列，通过细胞间连接复合体调控细胞旁路通透性和上皮屏障的完整性。这些链接复合体包括紧密连接(TJ)、黏着连接(AJ)、桥粒(desmosome)和间隙连接(GJ)等(图3)。TJ是阻止肠毒素进入组织、封闭细胞间隙的重要结构；AJ位于紧密连接下方，在细胞间的黏附与胞内信号传递上起着作用；桥粒则起到链接相邻细胞的作用；GJ可在细胞间形成电偶联和代谢偶联，对神经冲动传递起作用，并连通细胞，形成胞间小分子代谢物和信号分子的水性通道。TJ在免疫屏障中起重要作用，其通透性决定着整个肠道上皮屏障的功能。研究发现，TJ主要有3种整合蛋白，即闭锁蛋白(occluding)、闭合蛋白(claudin)和连接黏附分子(JAM)；前两者主要负责相邻两个细胞间小分子物质扩散与通透性的调控；JAM在免疫监视和炎症反应期间，对免疫细胞的运输非常重要。

 

 

1.2.2 肠道粘膜化学屏障

        肠粘膜化学屏障主要是指覆盖在肠上皮细胞的黏液层。黏液层是由肠黏液腺和上皮杯状细胞产生的，附着在粘膜表面一定厚度的疏水黏液被，其主要成分为黏蛋白(MUC)、SIgA、水、电解质，并伴有细胞碎片与常驻菌群。黏液被覆盖在粘膜表面，遮盖了粘膜表面的糖蛋白和糖脂受体，阻止了细菌的附着；黏液中的糖蛋白和糖脂则充当了细菌黏附受体的类似物，改变了细菌的进攻位点，使细菌结合到黏蛋白和糖脂上，并随粪便排出体外；同时黏液保护上皮细胞不受肠腔渗透压的影响。

1.2.3 肠道粘膜微生物屏障
        微生物屏障是肠道内正常菌群在肠道内定植形成的微生态系统。研究表明，肠道内厌氧菌能够通过磷壁酸与肠粘膜上皮细胞结合，可有效阻止致病菌的定植与入侵；厌氧菌不仅产生维生素等供机体利用，而且产生的乳酸和短链脂肪酸等还可降低肠道pH，抑制致病菌生长；同时，常驻菌群多带有抗原性，可刺激特异性免疫系统的成熟，抵御病原菌入侵。
 

2 植物提取物对肠道粘膜关键蛋白表达调控机制

2.1 对TJ的调控通路

        TJ结构的组装、分解和维持受到各种病理性和病原性刺激物的影响，主要受到以下几个信号通路的影响：蛋白激酶C（PKC），丝裂原激活的蛋白激酶（MAPKs），肌球蛋白轻链激酶（MLCK）以及GTP酶。PKC介导了多种信号转导通路,在上皮细胞中，对TLR2的刺激激活了PKCα与PKCδ蛋白，继而增加了跨上皮细胞电阻和ZO-1的重新分配。MAPK可对各种刺激或生长因子做出响应，其中细胞外调节蛋白激酶（ERK）可直接作用于occludin蛋白的C-末端阻止过氧化氢诱导的TJ的断裂，白藜芦醇能够活化PKC，增加MAPK的基因表达水平。MLCK是介导调控TJ渗透性多条通路的关键中间元件，影响TJ屏障的细胞因子、菌群等。Shen等发现，MLCK突变体的连续表达，导致了TEER的降低与ZO-1和occludin的重新分配。中药提取物亦能够提高TEER，降低细胞通透性，并可调节claudin-2保护Caco-2细胞的功能。GTP酶介导的TJ调控通路比较复杂，Rho的失活导致ZO-1与occludin背离细胞膜，导致TEER的降低与细胞旁路通量的增加。Rho的激活会使MLC磷酸化，增加了TJ的分解。植物提取物中的低聚糖能够通过Rho相关激酶增强上皮细胞TJ功能的恢复。当肠道炎症发生时，TJ会受到影响。对于LPS诱导的损伤，黄芪苷与黄芪多糖均被证实能够显著提高ZO-1与occludin的mRNA水平，上调ZO-1的蛋白表达，并可恢复LPS造成的ZO-1的连接与分布，具有缓解肠道炎症损伤的作用。
 

2.2 对MUC2的调控通路

        MUC2是肠道杯状细胞产生的分泌型糖蛋白，是肠上皮黏液的主要成分，有着保护肠上皮的功能。肠道炎症发生时，人参提取物能够刺激粘膜上皮细胞，增加MUC3和MUC4的分泌水平，缓解肠炎。肿瘤抑制基因p53调节参与细胞周期进程，DNA修复，凋亡等许多生长控制基因的表达。研究证实，MUC2基因的启动受到p53蛋白的转录调节，细胞应激可能通过p53产生MUC2促进受损细胞周围保护屏障的构建。植物中的活性成分，如茶多酚、黄酮能够通过p53转录激活MUC2基因表达。MUC2等黏蛋白的表达还受到其他植物成分的影响，肉仔鸡日粮中添加丹参精油后，回肠MUC及杯状细胞的数量显著提高；肉桂、百里香和姜黄提取物也被证实具有增加肉鸡小肠MUC2基因表达和改善肠道消化和防御能力的作用。
 

3 植物提取物对其他肠道主要免疫指标的影响

3.1 调控细胞因子分泌

        细胞因子是多种免疫细胞应答炎症反应时释放的一类非抗体、非补体的能够调节免疫功能，调节细胞生长分化，参与炎症反应的小分子多肽物质。在肠道特异性免疫中IFN-γ、IL-2、IL-4等细胞因子具有特殊且重要的意义。IFN-γ参与诱导和增强机体的细胞免疫；IL-4参与促进B淋巴细胞的增殖分化，增强体液免疫。IFN-γ、IL-4的水平反映肠道细胞免疫与体液免疫的状态。IL-2对免疫反应的性质有着显著影响，有利于Th1和Th2细胞的免疫应答。从枸杞与茯苓中提取的多糖能够提高免疫抑制下小鼠肠道粘膜中IFN-γ和IL-4的分泌水平，维持肠道免疫处于相对稳定状态。转化生长因子β（TGF-β）是肠道内诱导粘膜SIgA的重要物质。Xie等发现口服白术多糖可显著提高小鼠十二指肠中TGF-β和IL-6和TNF-α的mRNA的表达量。IL-17是促使白细胞处理炎症的重要细胞因子，从淫羊藿提取的多糖可促进小肠IL-17分泌，提高肠道免疫。黄芪多糖能够显著下调体外培养的Caco2细胞中TNF-α、IL-1β和IL-8的分泌水平，缓解LPS对细胞的损伤。

3.2 提高肠道粘膜免疫SIgA分泌水平

        肠道内SIgA是肠道免疫非常重要的成分，由粘膜固有层的浆细胞分泌产生，并通过上皮细胞进入肠腔内，为粘膜表面提供多重保护作用。并且它可以选择性地转移到其他粘膜组织，从而建立一种广泛而稳定的黏液屏障系统，防止病原微生物入侵。SIgA在中和肠道内毒素，阻止病原侵入，抑制病原微生物在肠上皮细胞的黏附和定殖方面发挥重要的功能。且其分泌细胞数量也常被用作评价肠道粘膜免疫的指标，从中草药中提取的多糖多具有提高小肠中IgA+分泌细胞数量的作用，在H22肝癌耐受小鼠中，灵芝多糖的添加能够显著增加小肠中IgA+细胞数量。此外据报道，SIgA能够增强肠道黏液的亲和力，调控IgG介导的反应以助于隔离细菌与粘膜的接触，并抑制感染部位的炎症反应，同时作为肠道分泌最多的免疫球蛋白，其分泌水平反映了粘膜免疫机制的成熟度，是肠道屏障功能的重要贡献者。而植物提取物作为一种天然活性物质在一定程度上能够促进SIgA分泌，从淫羊藿提取的多糖可显著提高肉仔鸡十二指肠和空肠中SIgA的分泌，增强粘膜免疫。SIgA的分泌诱导转化受到TGF-β的调控，白术多糖能够通过提高十二指肠中TGF-β基因表达水平而促进SIgA的分泌，提高粘膜免疫。

3.3 调节肠道粘膜微血管内皮细胞NO的分泌量

        NO是体内非特异性防御反应系统的组成部分，在血管调节、神经信息的传递及免疫功能调节等方面发挥着重要的生物学功能。在机体内，NO通过非特异性杀伤寄生虫、细菌、真菌及肿瘤细胞起到增强机体非特异性免疫的功能。NO能够调控巨噬细胞的功能，抑制多种细胞因子如干扰素、白细胞介素、肿瘤坏死因子等的合成，保护胃肠主要细胞免于损伤，对粘膜防御具有重要的意义。但NO的调控具有双向性，在肠道早期损伤时，NO起到保护肠道粘膜屏障的作用；在强炎症时，抑制NO的合成可改善屏障紊乱。Guo等发现积雪草苷具有抗炎特性，能够通过抑制NO的合成促进胃肠炎症的愈合。NO合成酶（iNOS）抑制剂能够阻止IFN-γ引起的肠道通透性的增加，红葡萄酒中的多酚可通过抑制iNOS的基因表达水平来减少结肠肿瘤发生的几率。此外，肠道黏液层是保护上皮细胞免于物理损伤，减少细菌对上皮的黏附和粘膜侵袭的重要屏障，低量NO能够引发胃肠黏液的释放。有研究表明，橡树和石榴中的多酚提取物能够降低体外培养的肠道Caco-2细胞中NO的合成量，缓解炎症损伤。
 

3.4 对微生物菌群的影响

        肠道微生物是肠道粘膜屏障的重要影响因素，它不仅构成了粘膜微生物屏障，同时对肠道通透性，TJ的装载、构建以及MUC2的合成、分泌有着不可忽视的作用。植物提取物被畜禽摄入后，可以通过提高肠道上皮的免疫防御机制，抵抗病原微生物引起的腹泻。研究表明，植物提取物的疏水性能够使细菌细胞膜和线粒体膜上磷脂分开，破坏细胞结构，增大通透性，引起胞内离子等内容物外流，最终导致细菌死亡。牛至中香芹酚可破坏绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌的磷酸分子，导致细菌失活。石榴提取物能够增加粪便双歧杆菌和乳酸菌数量，减少大鼠炎症标志物。肠道菌群的改善不仅减少了腹泻，对粘膜免疫屏障也起着重要的影响。肠道内有益菌，如枯草芽孢杆菌的增多可以显著改善肠道形态，提高杯状细胞的数量，同时还能够提高occludin、claudin-2与claudin-3的基因表达水平；乳杆菌能够调控TJ蛋白组的特性，并对化学诱导的上皮屏障损伤起到保护作用。绿茶提取物和白藜芦醇都可显著增加肠道内乳酸杆菌或双歧杆菌的数量，改善肠道健康。在肉仔鸡日粮中添加肉桂精油和牛至精油能够显著增加回肠绒毛高度和乳酸菌数量，减少回肠和盲肠内容物中大肠杆菌数量。

 

 

4 小结

        植物提取物特别是植物多糖、多酚、精油作为天然功能性饲料添加剂，在机体细胞免疫和肠道免疫方面均发挥着重要作用。但目前对植物提取物在畜禽肠道健康的研究大多停留在改善肠道内环境、肠道结构与微生物菌群方面，在改善肠道屏障、粘膜免疫，特别是包括紧密连接和黏蛋白在内的对深层机理的研究尚且不足。探索植物提取物增强粘膜免疫的深层机理，对开发新型肠道健康促进剂，防治肠道疾病具有十分重要的意义。
 
参考资料：XIE Yuhuai, WANG Lixue, YANG Weiren, ZHANG Guiguo, ZHANG Chongyu, LIU Yanhua, ZHANG Jifu. Effect on livestock gut mucosal immunity of plant extract and its mechnism. Pratacultural Science, 2018,35(10): 2500-2511.