综述：植物乳杆菌作为炎症性肠病的多功能益生菌：机制、合生元策略及递送系统

《Synthetic and Systems Biotechnology》：Lactiplantibacillus plantarum as a multifunctional probiotic for inflammatory bowel disease: Mechanisms, synbiotic strategies, and delivery systems

　　

炎症性肠病（IBD）涵盖一组慢性肠道炎症性疾病，其病因复杂，与肠道微生物群（gut microbiota）失衡、免疫系统（immune system）异常激活以及肠道黏膜屏障（intestinal mucosal barrier）功能受损密切相关。当前治疗选择因低应答率和代谢紊乱而受限，亟需创新的临床疗法。植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum，原名Lactobacillus plantarum，以下简称L. plantarum）因其调节肠道微环境的能力和强大的益生特性，已成为IBD研究的热点。本综述阐明了L. plantarum在IBD中的多重调控机制，包括其在调节宿主免疫应答、减轻氧化损伤、恢复肠道黏膜屏障完整性以及重建微生物群平衡中的作用。此外，本综述强调了L. plantarum合生元（synbiotic）研究的进展，并指出现有研究需建立“基础研究-技术转化-临床应用”框架的必要性，同时探索了新型靶向递送技术的潜力。证据表明，L. plantarum通过多靶点协同（multi-target synergy）增强肠道健康，其益生效应和创新递送系统展现出重要的应用潜力。本综述深入解析了L. plantarum的作用机制，为开发治疗IBD的新型食品疗法奠定了理论基础，并进一步促进了此类疗法在IBD精准医学（precision medicine）方法中的整合。

**1. 引言**
炎症性肠病（IBD）的病理过程与肠道微生物群失调、免疫系统异常激活及肠道黏膜屏障功能缺陷相关。肠道微生物群失调是发病核心机制，表现为致病菌增多、有益菌减少。肠道黏膜屏障缺陷使有害物质易进入肠道组织激活免疫系统，免疫系统异常激活产生大量炎性细胞因子，进一步损伤肠道上皮细胞（IECs），形成恶性循环。现有药物如免疫抑制剂和生物制剂存在低应答率和代谢紊乱问题，因此探索新型益生菌成为研究热点。植物乳杆菌（L. plantarum）因其优异的适应性、安全性及调节免疫和代谢功能的能力，被视为预防和管理IBD的有前景的候选菌株。前期研究虽报道了L. plantarum的多功能特性，但常将其分述为微生物群调节、免疫调节、抗氧化活性和肠道屏障保护，未能充分反映IBD病理网络中相互强化的多靶点关联。采用“多靶点调控”框架有助于整体理解L. plantarum如何通过协调调节宿主免疫应答、减轻氧化损伤、恢复肠道黏膜屏障与再平衡肠道微生物群来缓解IBD。此外，合生元策略、先进递送系统和靶向益生菌干预日益受到关注，这些策略可能增强或协调多靶点效应，提高L. plantarum在肠道炎症及相关疾病中的实际适用性。整合机制见解与转化方法可能进一步支持IBD精准益生菌策略的发展，尤其在个性化辅助治疗中。

**2. 炎症性肠病（IBD）发病机制概述**
IBD发病与肠道微生物群失调、免疫系统异常激活及肠道黏膜屏障缺陷密切相关，三者相互影响形成恶性循环。

**2.1 肠道微生物群失调**
肠道微生物群失调是IBD发病的核心机制。健康肠道中，共生菌发酵膳食纤维产生短链脂肪酸（SCFAs），维持黏液产生、上皮屏障和免疫稳态。失调时，黏液降解菌过度增殖，分泌过量酶破坏黏液层，使微生物抗原接近上皮表面，激活模式识别受体（如Toll样受体，TLRs），触发炎症级联反应，释放促炎细胞因子如TNF-α和IL-6。在IBD患者中，厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）丰度显著降低，真菌丰度也发生改变。肠道微生物群与免疫系统紧密交互，失调导致异常免疫应答，进一步减少SCFAs产生，加剧屏障损伤。

**2.2 免疫系统异常激活**
正常情况下肠道免疫系统处于免疫耐受状态。在遗传、环境和微生物群失调等因素作用下，耐受机制被打破。克罗恩病（CD）以Th₁细胞介导的免疫应答为主，分泌IFN-γ和TNF-α；溃疡性结肠炎（UC）以Th₂细胞应答为主，分泌IL-4、IL-5和IL-13。此外，调节性T细胞（T_reg）功能障碍是免疫耐受丧失的关键机制，T_reg数量减少或功能缺陷导致IL-10和TGF-β产生不足，减弱对效应T细胞的抑制，增强树突状细胞抗原呈递，破坏IL-2消耗平衡，使肠道免疫环境转向持续炎症状态，促炎细胞因子（TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-23）水平升高，抗炎细胞因子（IL-10、TGF-β）水平降低。

**2.3 肠道黏膜屏障功能**
肠道黏膜屏障由机械、化学、免疫和生物屏障组成。IBD患者中这四种成分均被破坏。机械屏障由肠道上皮细胞（IECs）和紧密连接（TJs）构成，TJs决定细胞通透性。外周膜蛋白（ZO-1、ZO-2、ZO-3）和跨膜蛋白（occludin、claudins）是关键蛋白。研究表明IBD患者TJs中occludin表达下调，TJs结构异常与炎症程度正相关。TJs表达降低增加肠道通透性，促进抗原移位激活免疫细胞，加剧IBD发展。

**2.4 微生物群、免疫系统与黏膜屏障之间的相互作用**
IBD发病并非单一缺陷驱动，而是由微生物群、免疫系统和黏膜屏障之间的自我维持“恶性循环”所致。失调诱导的黏液降解和SCFAs减少削弱黏膜屏障，导致细菌移位，进而过度激活Th₁和Th₁₇细胞分泌促炎细胞因子，进一步降低屏障通透性并重塑微生物群——抑制有益菌、促进致病菌增殖。同时，过度活化的中性粒细胞产生的氧化应激无差别损伤物理屏障和内源微生物群，三者相互反馈将急性炎症转变为慢性复发性病理状态。

**3. 植物乳杆菌（L. plantarum）概述**
L. plantarum属于乳杆菌属，革兰氏阳性，杆状。首次由Orla-Jensen于1919年从植物发酵物中分离。其环状染色体约3.3 Mb，GC含量约44%，编码3000多种蛋白质，高度可塑，适应多种生态位。广泛分布于泡菜、发酵豆制品、葡萄酒等传统发酵食品以及人类口腔、唾液、肠道和阴道黏膜。其“跨界”定植能力与其丰富的碳水化合物酶谱相关，能降解果胶、菊粉、木聚糖等复杂多糖。益生功能源于独特代谢和免疫调节特性：通过糖酵解、戊糖磷酸途径和三羧酸循环产生L-乳酸、乙酸、乙醇、甘露醇及多种细菌素；细胞壁富含脂磷壁酸和肽聚糖，可特异性激活TLRs和NOD2通路，诱导IL-10和TGF-β等抗炎因子表达，抑制TNF-α和IL-1β等促炎因子。L. plantarum已被欧洲食品安全局（EFSA）授予合格安全推定（QPS）认证，并被美国食品药品监督管理局（FDA）认定为“一般认为安全”（GRAS）。这些批准为其在食品和药物中的应用及基因工程改造提供了安全基础。

**4. 植物乳杆菌在IBD发病机制中的多重调控机制**
L. plantarum通过免疫调节、抗氧化应激、肠道黏膜修复和肠道微生物群调节等多种机制协同干预IBD。

**4.1 宿主免疫应答的调节**
L. plantarum可诱导先天性和适应性免疫，激活中性粒细胞、巨噬细胞、单核细胞、自然杀伤细胞和树突状细胞。例如，L. plantarum Dad-13分泌SCFAs抑制巨噬细胞向M1型极化，降低促炎细胞因子TNF-α、IL-6和IL-1β，上调抗炎细胞因子IL-10。L. plantarum 06CC2口服给药刺激结肠IL-10分泌，减轻DSS诱导的结肠炎。L. plantarum CLP-0611抑制TNBS诱导的TNF-α、IL-1β和IL-6分泌，促进IL-10分泌，抑制TLR-4相关的NF-κB和MAPK信号通路，并极化M1至M2型巨噬细胞。表1总结了不同L. plantarum菌株介导的细胞因子变化及其在IBD中的作用，总体表现为下调促炎因子（TNF-α、IL-6、IL-1β等）和上调抗炎因子（IL-10）。

**4.2 抗氧化损伤**
氧化应激是IBD发病的重要环节。L. plantarum可有效减少体内活性氧（ROS）积累。L. plantarum FC225增加超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性，降低丙二醛（MDA）水平，其胞外多糖可能通过Nrf2信号通路介导。L. plantarum ZDY2013上调SOD₂和谷胱甘肽过氧化物酶2（GSH-Px2）基因表达，增强抗氧化能力。L. plantarum AS21与丁酸梭菌协同抑制p38-MAPK/NF-κB通路，抑制肠道氧化应激，保护肠组织形态和TJs。在恶唑酮诱导的结肠炎模型中，L. plantarum YS4增加一氧化氮合酶（eNOS）mRNA表达，提高SOD和GSH活性，降低MDA和髓过氧化物酶活性。

**4.3 肠道黏膜屏障的修复**
L. plantarum通过增加紧密连接蛋白（TJs）表达修复肠道屏障。L. plantarum代谢产生的SCFAs可增加TJs表达，防止肠道通透性增加。L. plantarum HNU082上调ZO-1和ZO-2的mRNA及ZO-1免疫荧光蛋白含量。L. plantarum MKMB0和MKMB02增加HT-29细胞中MUC-2基因表达和黏蛋白-2释放，增强黏液层完整性。L. plantarum T34上调TJs基因和黏膜屏障蛋白表达，调节水通道蛋白基因、血清素（5-HT）和氧化应激标志物，并恢复胃肠道微生物群组成。

**4.4 肠道微生物群平衡的恢复**
L. plantarum可增加结肠微生物群多样性，提高厚壁菌门/拟杆菌门比例及Turicibacter丰度。L. plantarum 1201增加血清中厚壁菌门和拟杆菌门浓度，提高双歧杆菌、乳杆菌和丁酸产生菌的相对丰度。L. plantarum Q7的胞外囊泡（EVs）增加阿克曼菌和双歧杆菌丰度，降低放线菌门丰度，改善DSS诱导结肠炎小鼠的肠道炎症。L. plantarum CGMCC9513降低布劳特氏菌、大肠埃希菌和毛螺菌科NK4A136丰度，增加厚壁菌门和乳杆菌丰度，减少细菌移位风险。

**5. 植物乳杆菌在IBD中的应用**
L. plantarum在IBD动物模型研究中取得显著进展，研究焦点逐渐从菌株选择转向分子机制阐明和临床应用优化，但仍处于探索阶段。

**5.1 植物乳杆菌与益生元在IBD中的联合应用**
合生元将益生菌与益生元结合产生协同效应。L. plantarum与菊粉、低聚果糖、β-葡聚糖、抗性淀粉纳米颗粒等益生元配对，通过抗氧化、抗菌、调节微生物群组成和肠道屏障功能改善IBD。例如，含菊粉和低聚半乳糖的发酵液中L. plantarum使结合态酚类化合物释放为游离态，增强自由基清除活性。与木脂素合用降低TNF-α、IFN-γ、IL-1β和TGF-β水平，通过上调miR199a抑制CD44表达。与枸杞合用降低炎症标志物，增加有益菌（普雷沃氏菌、阿克曼菌）丰度。西瓜摄入促进L. plantarum定植和EVs释放，增加阿克曼菌、减少大肠埃希菌比例。玉米可溶性膳食纤维与L. plantarum ACCC10533增强抗菌活性。表2总结了代表性合生元应用案例及其潜在机制。

**5.2 植物乳杆菌与其他物质在IBD治疗中的协同应用**
L. plantarum与他克莫司联用下调IL-2信号通路和炎症反应通路，改善肠道微生物组多样性。与屎肠球菌Kimate-X和L. plantarum Kimate-F结合富硒物质，降低结肠损伤和促炎细胞因子，上调IL-10和SCFAs。鼠李糖乳杆菌CRL1505与L. plantarum CRL1506联用增强抗革兰氏阴性病原体感染能力，降低IL-12和IL-1β，增加IL-10产生。

**5.3 植物乳杆菌在IBD干预中的递送策略**
为确保L. plantarum在肠道中的存活，主要采用微囊和纳米颗粒递送系统。

**5.3.1 微囊递送系统**
海藻酸钠、壳聚糖、明胶、乳清蛋白等壁材将L. plantarum封装于微囊中。海藻酸钠微囊在胃酸中保护细菌，到达肠道后在酶作用下降解释放。海藻酸钠/纤维素纳米纤维凝胶大球具有pH响应性，在模拟胃液中保护益生菌，在模拟肠液中释放。合成聚合物聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）微囊具有良好控释性能，但成本高、降解速率调节复杂。

**5.3.2 纳米颗粒递送系统**
纳米颗粒因尺寸小易于通过黏液层并接触IECs。L. plantarum合成的硒纳米颗粒（LacSeNPs）在胃液中高度稳定，其表面蛋白和多糖帮助细菌抵抗胃酸环境，实现负载与控释。

**5.4 工程化植物乳杆菌及精准益生菌策略用于IBD**
合成生物学和微生物组工程扩展了益生菌治疗IBD的潜力。基因工程改造的L. plantarum可增强抗炎活性、提高肠道靶向效率、调节微生物群组成并直接递送治疗分子。缺乏自诱导剂-2的工程菌株抑制DSS诱导的促炎细胞因子（TNF-α、IL-6、IL-1β），增加微生物多样性并改善肠道屏障完整性。胆汁盐水解酶相关功能调控有助于维持肠稳态。重组L. plantarum表达异源抗原或免疫相关蛋白可调节肠道免疫应答。L. plantarum 22A-3刺激IECs分泌TGF-β₁，促进CD103⁺树突状细胞活化和Foxp3⁺ T_reg分化，缓解结肠炎。可编程工程益生菌能感应肠道炎症信号并动态释放治疗分子，为下一代IBD治疗提供新机会。

**5.5 植物乳杆菌的临床转化与商业应用前景**
一项随机双盲安慰剂对照试验显示，L. plantarum CCFM8610每日1×10¹⁰ CFU可缓解腹泻型肠易激综合征（IBS-D）患者临床症状，改善生活质量并恢复肠道失调。尽管IBS与IBD不同，但提供了菌株特异性制剂调节肠道症状的临床证据。商业上，L. plantarum已广泛用于发酵食品、益生菌乳制品、饮料和膳食补充剂。基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等多组学技术为阐明菌株特异性益生特性提供了新工具，有助于开发针对肠道炎症的精准益生菌产品。但L. plantarum在UC和CD中的直接临床证据仍不足，未来需开展大规模随机对照试验确定最佳菌株、剂量、干预时长、安全性和长期疗效。

**6. 结论与展望**
L. plantarum通过多靶点协同调节发挥有益效应，涵盖免疫信号、氧化应激、肠道屏障修复和微生物代谢。与传统的单靶点免疫抑制疗法相比，多靶点特性为开发辅助或精准益生菌策略提供了理论基础。未来研究需采取可操作的路线图：首先在基础机制层面，绘制宿主-微生物群相互作用图谱，明确不同菌株及其代谢物、胞外囊泡、细胞壁组分与IECs、免疫受体和定植微生物群的交互关系；其次在技术转化层面，优化合生元配方和递送系统，利用类器官、微流控肠芯片和3D生物打印模型验证性能；最后在临床应用层面，从经验性干预转向患者分层和生物标志物指导的临床评估，采用适应性试验设计，整合多组学指标预测疗效，并评估长期维持缓解、减少复发或改善生活质量的能力。最终建立“基础研究-技术转化-临床应用”的闭环创新体系，推动L. plantarum从普通益生菌补充向IBD精准益生菌策略发展。