代谢调控与多物种互作：植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）通过黏膜模型调控变异链球菌-白色念珠菌互作的机制及意义

本综述系统阐述了植物乳杆菌（L. plantarum）及其与低聚半乳糖（GOS）联用，在口腔黏膜模型中通过代谢重编程与免疫调节双重机制，有效抑制变异链球菌（S. mutans）和白色念珠菌（C. albicans）的黏附、迁移及毒力表达，维护黏膜屏障完整性，为利用合生元（Synbiotic）策略防治儿童早期龋（ECC）和口腔黏膜感染性疾病提供了新的理论依据和治疗思路。

　　

引言：

变异链球菌（Streptococcus mutans）和白色念珠菌（Candida albicans）是导致儿童早期龋（ECC）和口腔念珠菌病的关键病原体。两者在唾液和生物膜环境中存在显著的协同相互作用，例如变异链球菌产生的葡糖基转移酶B（GtfB）可结合至白色念珠菌表面，促进细胞外葡聚糖的合成，增强黏附和生物膜形成能力，进而加速微生物定植并促进牙釉质脱矿。近年研究发现，在牙齿萌出前的婴儿口腔中，黏膜已成为这两种病原体相互作用的初始部位。口腔黏膜作为抵御微生物入侵的重要屏障，其完整性对维持口腔健康至关重要。白色念珠菌可破坏上皮细胞间的紧密连接，增加组织通透性，为链球菌的定植创造条件，形成黏膜损伤与微生物过度生长相互加剧的恶性循环。因此，探究黏膜界面微生物互作的调控机制，对ECC及口腔感染性疾病的防治具有重要意义。

植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）作为一种常见益生菌，具有黏附上皮表面、产生抗菌物质及调节免疫应答的能力。低聚半乳糖（GOS）作为益生元，也被证明可抑制多种病原体生长。先前研究显示，植物乳杆菌和GOS在浮游和生物膜模型中均可抑制变异链球菌和白色念珠菌的生长及相互作用，然而它们在口腔黏膜环境中的作用机制尚不明确。

材料与方法：

本研究使用变异链球菌UA159、白色念珠菌SC5314和植物乳杆菌ATCC 14917菌株，在包含1%葡萄糖、1%蔗糖或1% GOS的不同培养基中进行实验。通过建立TR-146细胞系来源的口腔黏膜模型，评估了植物乳杆菌单用及与GOS联用对病原体活力、黏附、迁移、毒力基因表达、黏膜屏障完整性、炎症反应、细胞外多糖生成及代谢谱的影响。

采用菌落计数法（CFU）测定微生物黏附与迁移能力，使用跨上皮电阻（TEER）测量评估黏膜屏障功能，通过qRT-PCR分析毒力基因表达，利用透射电镜（TEM）和共聚焦显微镜观察微生物形态及生物膜结构，并通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）进行非靶向代谢组学分析。细胞因子等免疫标记物使用Luminex?多重检测技术进行定量。

结果：

植物乳杆菌抑制变异链球菌和白色念珠菌在口腔上皮的黏附：

与单物种模型相比，变异链球菌和白色念珠菌共接种可显著增加两者在TR146细胞上的黏附。而在加入植物乳杆菌后，两种病原体在所有糖条件下的黏附均受到显著抑制。

植物乳杆菌抑制变异链球菌的活力与迁移：

在黏膜完整性方面，添加植物乳杆菌后，跨上皮电阻（TEER）值在所有糖条件下均有所提高，表明显著改善屏障功能。通过测定下室菌落数发现，植物乳杆菌可显著抑制变异链球菌的迁移，并降低其在上下室的存活数量。

在基因表达层面，植物乳杆菌显著下调了变异链球菌的毒力基因eno和gtfC，但同时在某些糖条件下上调了aptD、gtfB、gtfD、lacC和lacG等基因，推测可能与存活菌的反馈调节有关。

植物乳杆菌降低白色念珠菌的毒力：

植物乳杆菌对白色念珠菌迁移的抑制因糖条件而异，在蔗糖和GOS条件下迁移反而增加，但其毒力基因HWP1、ECE1、CHT2、ERG4和SOD3的表达在18小时均出现下调。此外，在GOS条件下，植物乳杆菌显著抑制了白色念珠菌的菌丝形成，促使它向酵母形态转变，从而降低其致病性。

GOS增强植物乳杆菌对病原体产酸的抑制：

共聚焦显微镜结果显示，植物乳杆菌与GOS联用可显著抑制细胞外多糖（EPS）积累和白色念珠菌菌丝形成。在GOS条件下，多物种模型中的pH值更接近对照组，表明产酸受到显著抑制，酸性微环境得到缓解。

植物乳杆菌维护黏膜屏障并减轻细胞免疫反应：

透射电镜结果显示，在蔗糖双物种模型中，黏膜结构受损、细胞间隙扩大且出现坏死，而添加植物乳杆菌后黏膜显著增厚、完整性改善，GOS条件下的多物种模型效果最佳。细胞连接结构（如紧密连接和桥粒）在植物乳杆菌处理组中也得到更好的保持。

在免疫调节方面，植物乳杆菌显著降低了多种促炎因子（如GM-CSF、IFN-γ、IL-6、IL-8、TNF-α等）的释放，并减少上皮细胞内脂滴和糖原积累，表明其具有抗炎作用并可能减轻细胞自身炎症反应。

植物乳杆菌与GOS调控代谢景观：

非靶向代谢组学分析显示，植物乳杆菌的加入引起371种代谢物显著改变，其中256种下调、115种上调。 pathway分析表明，植物乳杆菌显著下调了与变异链球菌和白色念珠菌能量及生物分子生成密切相关的代谢通路，如嘌呤代谢、柠檬酸循环及多种氨基酸和辅因子代谢途径。

在GOS存在时，植物乳杆菌的代谢调节能力进一步增强。GOS调控多物种模型中功能代谢物的合成，上调植物乳杆菌的嘌呤代谢、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢等途径，同时下调变异链球菌和白色念珠菌的嘧啶代谢、硫代谢和牛磺酸代谢等关键通路，从而改变微生物微环境的代谢格局，抑制病原体生存与互作。

讨论与结论：

本研究系统揭示了植物乳杆菌及GOS通过代谢与免疫双重调节机制，在口腔黏膜模型中抑制变异链球菌和白色念珠菌的病原性互作。植物乳杆菌不仅直接抑制病原体黏附、迁移和毒力表达，还通过增强黏膜屏障功能、减轻炎症反应以及重构微生物代谢网络，发挥保护作用。GOS作为益生元进一步强化了植物乳杆菌的抑制功效，尤其在抑制产酸、促进白色念珠菌酵母形态转变等方面表现突出。

这些发现突出了合生元（益生菌与益生元组合）策略在口腔健康干预中的应用潜力，为儿童早期龋及其他口腔黏膜感染性疾病的防治提供了新的理论依据和潜在治疗策略。未来的研究需进一步深入探索其分子机制，并推动相关临床转化研究。