原名：Molecular insights into probiotic mechanisms of action employed against intestinal pathogenic bacteria

译名：从分子角度了解益生菌对抗肠道致病菌的作用机制

期刊： Gut Microbes

IF：7.823

1 益生菌在GIT中的定植和持久性

2 竞争性排除肠道病原体

3 抗菌化合物的生产

3.1 细菌素

3.2 类细菌素抑制物质

3.3 有机酸

3.4 过氧化氢

3.5 铁载体

3.6 生物表面活性剂

3.7 抑制病原体黏附肠细胞的化合物

4 稳定肠上皮屏障

5 共同聚集

6 抑制鞭毛运动

7 免疫系统调节

乳酸菌（LAB）在发酵食品的保存和感官特性中起主要作用，但在影响肠道菌群的组成和多样性方面也同样重要。最重要的有益影响包括刺激宿主免疫系统，预防与抗生素有关的腹泻，治疗炎症性肠病（IBD）和肠易激综合症（IBS），减轻乳糖不耐症，降低胆固醇水平和预防危及生命的胃肠道感染，例如艰难梭菌相关性腹泻。乳酸菌是人类和动物小肠和大肠的固有成分，并具有许多益生菌特性，深入了解GIT中益生菌，宿主肠粘膜和肠道病原体之间的特定代谢和遗传相互作用非常重要。由于人类GIT的复杂性，仅发表了一些关于益生菌与肠道病原体之间相互作用的研究，许多研究依赖于体外数据，研究特定健康益处的机理。特定的健康益处也可以归因于多种机制的组合，几种益生菌菌株分泌具有抗微生物活性的二级代谢产物和肽，可能与宿主或病原体直接相互作用。最终，了解些相互作用将大大改善益生菌在支持和增进人类健康方面的应用。在这篇综述中，讨论了益生菌用于与肠道病原体相互作用的机制以及在GIT上定殖的能力。

1 益生菌在GIT中的定植和持久性

定居在GIT的菌株比通过GIT的菌株对宿主具有更大的有益作用。可能因为与粘液和上皮细胞的粘附不仅为菌株提供竞争优势，而且与宿主之间形成更强的相互作用，导致对益生菌的识别并刺激宿主的免疫反应。此外，定殖的益生菌菌株防止肠病原体的粘附。几项研究表明益生菌具有干扰胃肠道病原体粘附于Caco-2细胞的能力。

早期益生菌定植基于体外研究，研究表明菌株具有粘附细胞系（如Caco-2，HT-29和HT29-MTX）的能力。虽然这些研究模拟了GIT的模型，并提供益生菌细胞粘附有价值的见解，它仍然是一个体外实验，无法概括GIT的复杂多细胞性质。使用细胞系进行研究需要专用的设备和设施，保持细胞的活力。所以，对益生菌的存活和定植的研究大多通过分析粪便样本完成，根据益生菌干预后粪便中细胞的回收率，可以计算出菌株的持久性，前提是已知剂量中的细菌数并且所有方法均已标准化。粪便中持续时间最长，数量最多的益生菌细胞表明GIT中的定殖和持久性更高。通过比较摄入前后特定菌株之间的细胞数量可以研究益生菌的体内药代动力学。使用的其它技术包括肠插管和造影。抗生素耐药性标记可用于明确识别粪便样本中的益生菌细胞。因为内源性益生菌细胞也可以通过粪便排出。食用益生菌的存活和持久性在属间甚至品系之间存在很大差异。乳杆菌和双歧杆菌属作为益生菌已被广泛研究，因为它们构成人类和动物天然肠道微生物组的组成部分。Bifidobacterium lactis LAFTI B94, B. longum SB T2928, Lactobacillusrhamnosus DR20, Lactobacillus gasseri SBT2055 和Enterococcus mundtii ST4SA在体内存在时间最长。相比之下，乳酸乳球菌MG 1363和发酵乳杆菌KLD的粪便回收要低得多。在最近的一项研究中，益生菌菌株Lactobacillus plantarum 423 and E. mundtii ST4SA用含有来自Photinus pyralis的生物发光荧光素酶基因（ffluc）的质粒转化。这使得能够以一种非侵入性的方式实时监测菌株在GIT和小鼠粪便中的迁移。使用生物荧光成像(BLI)，作者检测到细胞数量低至10⁴ CFU/100 mg粪便。影像学检查显示，E. mundtii ST4SA在整个试验期间持续存在于粪便中（> 20天），而植物乳杆菌423在胃内给药的最后一天（第5天）后持续存在13天。BLI提供细菌通过GIT迁移时的三维图像。该技术已用于多项研究，有关光学成像系统在LAB体内跟踪中的应用的综述，请参阅参考文献66。

一些报告表明，非活菌和非定植的益生菌也可能给宿主带来一定的健康益处。在Kullen等人的研究中。70名人类志愿者接受双歧杆菌益生菌菌株的治疗并监测粪便中菌株的回收率。在给药的几天（8天）中，在粪便中检测到菌株细胞数增加，但在最后一次口服给药后无法在粪便中恢复。作者得出结论，尽管菌株未在人GIT上定殖，但可能不需要定植和长时间持续也能达到明显的益生菌作用。藤原及其同事报告了类似的结果。作者发现双歧杆菌产生一个100 kDa的蛋白，该蛋白通过阻止致病性大肠杆菌与糖脂结合受体神经节-四糖基神经酰胺结合，阻止致病性大肠杆菌粘附肠黏膜细胞。因此，竞争性排除致病菌株可能直接与活细胞竞争肠道粘着位点没有关系。

2 竞争性排除肠道病原体

对于致病性病原体而言，它们在肠道粘膜定植前必须穿过肠粘膜屏障。一旦病原体穿透覆盖在肠上皮上的黏液层，它们就附着在上皮细胞上的结合位点上。附着之后是肠道定植和感染。具有黏附能力的益生菌可防止病原体附着，保护肠道免受肠道感染图1。使用人或动物粘膜材料进行体外研究结果表明，益生菌LAB可以竞争性地排除病原体。鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus GG)具有良好的黏附性，可防止肠出血性大肠杆菌(Enterohemorrhagic e.c oli, EHEC)在人肠细胞系中的内化。肠道病原体，例如EHEC，使用甘露糖敏感的1型菌毛附着在肠上皮细胞（IEC）表面的糖蛋白或糖脂的寡糖残基上。乳酸杆菌和双歧杆菌的益生菌菌株附着在相同的受体位点上，并排除病原体与GIT结合。一些益生菌菌株在其细胞表面有特定的粘附蛋白，可以结合黏液层中的碳水化合物部分，如植物乳杆菌的甘露聚糖特异性粘附机制。在某些情况下，竞争排斥可能和空间位阻一样简单。GIT中参与竞争排斥粘附-受体相互作用的特定粘附蛋白的一个例子是植物乳杆菌甘露糖特异性粘附（Msa）蛋白。与野生型相比，自然突变的益生菌L. plantarum 299 v菌株不能抑制EHEC对HT-29上皮细胞的附着，该菌株被认为受Msa基因影响。表明含Msa的益生菌菌株可以有效排除其他几种其他几种1型菌感染的肠道致病性病原体。最近，Van Zyl等人利用基因敲除分析和BLI技术证明L. plantarum 423黏附蛋白(mapA)参与Listeria monocytogenesEGDe 的体内竞争排斥。L.plantarum 423的mapA阴性突变株不能排除L.monocytogenes EGDe。Heinemann等表征了发酵乳杆菌RC-14的胶原蛋白表面结合蛋白，该蛋白抑制屎肠球菌1131的粘附。其他研究表明，表层（S层）提取物防止病原体粘附IEC。Chen等表明卷曲乳杆菌ZJ001锚定的细胞表面S-层蛋白负责的竞争排斥鼠伤寒沙门氏菌和EHEC。Johnson-Henry等人也记录了类似的结果，瑞士乳杆菌R0052的S层蛋白提取物抑制大肠杆菌O157：H7对Caco-2细胞的粘附。S层蛋白是高度疏水的，这表明病原体的粘附抑制作用是通过疏水基团相互作用而不是粘附-受体相互作用来介导。

先前的研究表明，依赖于分选酶的细胞表面蛋白（SDP）在益生菌与宿主的相互作用，粘附和定植中起着至关重要的作用。已鉴定出几种SDP，其在体外和体内对肠道细胞的粘附中起作用，包括黏液结合细胞表面蛋白。在革兰氏阳性细菌中，分选酶通过将它们共价结合到细胞壁上（分选酶A）或通过聚合蛋白质在细胞表面上构建复杂的多亚基菌毛蛋白结构（分选酶C），用各种各样的蛋白质修饰细胞表面。分选酶的特征是半胱氨酸转肽酶，将含有特定细胞壁分选信号（CWSS）的SDP与位于细胞表面的氨基连接。Sortase A酶将包含带有LPXTG（其中X捐赠任何氨基酸）的C端基序的CWSS的蛋白锚定到细胞表面。LPXTG基序被SrtA酶识别，该酶破坏苏氨酸和甘氨酸肽键，然后将苏氨酸残基共价连接到五甘氨酸细菌细胞壁交叉桥的氨基上。分选酶C蛋白催化类似的转肽反应，识别QVPTGV排序基序构建菌毛，促进微生物粘附。使用突变体分析结合体内BLI进行的一项最新研究表明，与野生型相比，E. mundtii ST4SA分选酶突变体（srtA和srtC）在小鼠GIT中排除Monocytogenes EGDe的能力降低。益生菌为了获得竞争优势，可以通过产生抑制性化合物，降低pH值和竞争营养改变肠道环境。乳酸菌（例如嗜酸乳杆菌和植物乳杆菌）具有利用复杂碳水化合物的能力。同样，双歧杆菌是能够代谢使用几种解聚酶各种植物的膳食纤维。利用除肠道致病性细菌所使用的碳水化合物以外的碳水化合物来源，益生菌可以扩大在GIT中的定植面积，抑制病原体。

3 抗菌化合物的生产

益生菌产生的抗菌化合物可以对竞争性肠病原体发挥直接的抗菌作用，预防GIT的病原定植，图1b。

 图1 益生菌对抗肠内病原体的作用机制

3.1 细菌素

细菌素是核糖体产生的抗菌肽，大小（2-10 kDa）和作用机理不同（综述见参考文献108）。益生菌（通常是LAB）产生细菌素是抑制GIT中病原体的关键作用机理。细菌素通常只抑制特定的物种，通常是那些与生产者密切相关的物种。据报道，有些细菌素具有更广泛的抗菌活性。细菌素，如乳酸链球菌素，由Lc. lactis产生。植物乳杆菌素由植物乳杆菌产生，嗜酸乳杆菌乳酸蛋白B对食源性肠道致病性病原体如李斯特菌、梭杆菌、芽孢杆菌等具有活性。细菌素可能对病原体具有抑菌或直接杀菌作用，因此限制细菌在肠道中定殖的能力。细菌素的相关抗菌活性使产生细菌素的益生菌菌株在复杂的GI环境中获得竞争优势。

细菌素由于其体积小，疏水和亲水性质的变化，粘附在微生物细胞上并穿透磷脂膜。细菌素介导的病原体杀伤一般机制包括诱导细胞质膜渗透敏感细菌导致细胞渗漏，抑制DNA和RNA合成和/或细胞壁蛋白合成。双歧杆菌产生的独特细菌素双歧杆菌素BNCFB对几种革兰氏阳性细菌具有活性，包括李斯特氏菌，肠球菌，芽孢杆菌和乳杆菌，但对其他几种革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌没有活性。菌株之间活性的差异与革兰氏阴性细菌抵抗双歧杆菌素B的吸附能力有关，因为它们的细胞壁组成不同。一些细菌素，mutacins (A- d)、nisins (A和Z)、lacticins(A164和BH5)、细菌素e50 - 52和OR7对具有重要医学意义的革兰氏阴性菌如弯曲杆菌、幽门螺杆菌、嗜血杆菌、奈瑟氏菌和沙门氏菌都有活性。在另一项研究中，解淀粉芽孢杆菌RX7产生的细菌素具有广谱抗菌和抗真菌活性，并抑制白色念珠菌的生长，白色念珠菌是人类皮肤念珠菌病的病原体。虽然已经深入研究细菌素对革兰氏阳性细菌的作用方式，但人们对细菌素对革兰氏阴性细菌的直接作用机理知之甚少。Tiwari等证明细菌素肠球蛋白E50-52，pediocin PA-1及其杂合肽EP和PE能够诱导细胞内ATP流出并消除细胞膜的跨膜电位。细菌素主要是阳离子肽，该特征使得能够与细菌磷脂的带负电荷的头基发生静电相互作用。之后，将其插入平面脂质双层或脂质体膜中，导致形成瞬时通道，细胞内含物泄漏和随后的细胞死亡。

除了体外研究，一些体内研究还证明纯化的细菌素和产生益生菌的细菌素菌株在感染动物模型中的抑制作用。Simonova等观察到，用产生细菌素的粪便肠球菌CCM7420及其部分纯化的细菌素喂养兔子，可显著减少盲肠葡萄球菌的细胞数量，保护动物免受感染。其他研究发现，产生enterocin A的粪肠杆菌EK13 菌株减少日本鹌鹑的沙门氏菌细胞数量，并减少致病性葡萄球菌在兔子消化道中的定植。Svetoch等报告称口服屎肠杆菌E 50-52细菌素后肉鸡肠道沙门氏菌显著减少。一些研究表明，局部应用细菌素治疗皮肤感染，乳腺炎和口腔感染。尽管这些多肽具有强大的抗感染治疗潜力，这些肽尚未进入临床应用。可能是由于各种生产困难。然而，在一些细菌的临床前研究的进展已被证明有前途的。几种细菌素已经通过临床前开发的不同阶段，靶向多种耐药细菌以及囊性纤维化。

同样重要的是要考虑到，并非所有潜在的或已开发的对肠道病原菌具有体外抗菌活性的益生菌菌株都将在体内起作用。例如，口服乳酸杆菌后，该菌株粘附在无菌猪的空肠和回肠，并且该菌株对肠致病性大肠埃希菌(EPEC)具有体外抗菌活性，但未能阻止EPEC在感染动物肠道内定植。观察到干酪乳杆菌亚种也具有相似的结果。尽管如此，大多数益生菌还是利用其细菌素通过抑菌或杀菌活性与肠病原体有效相互作用。在此过程中，防止宿主GIT的致病性定植和随后疾病的发生。

3.2 类细菌素抑制物质

类细菌抑制素（BLIS）具有广泛的抗菌活性。这些化合物中有许多尚未完全表征或不具有细菌素的典型特征。抗菌活性与乳酸，其他有机酸或过氧化氢的产生无关。鼠李糖乳杆菌GG分泌一种具有抑制活性的抗菌物质，这种低分子量（LMW）物质具有热稳定性，不同于乳酸和乙酸，与肠道杆菌(Enterobacteriaeae)产生的微霉素非常相似，表明它可能是一种BLIS。与细菌素不同的分子量和广谱活性物质也存在于其他乳酸菌中，包括嗜酸乳杆菌和德氏乳杆菌菌株，它们的杀菌作用与乳酸和过氧化氢均无关。其他的研究已经鉴定几种双歧杆菌菌株产生的细菌素样抗菌物质，具有广谱的活性，可以对抗革兰氏阳性和革兰氏阴性病原体，如单核细胞增生杆菌、沙门氏菌和大肠杆菌。

3.3 有机酸

益生菌在肠道中引起病原体移位的另一种机制是使肠道环境不太适合病原体生长的能力。GIT中的益生菌LAB和共生微生物发酵的碳水化合物产生代谢产物，例如乙酸，甲酸，琥珀酸和乳酸，使肠道环境呈酸性，并抑制细菌病原体的生长。有机酸，特别是乳酸和乙酸，会抑制GIT中许多病原菌的生长。乳酸的未解离形式可作为革兰氏阴性细菌外细胞膜的通透剂，之后进入细胞后会在细菌细胞质内解离。通过降低细胞内pH值，使离子化形式的有机酸和其他抗微生物化合物在细胞质内积累，发挥细菌杀伤活性。DeKeersmaecker等证明鼠李糖乳杆菌GG产生乳酸对鼠伤寒沙门氏菌有强抑制作用。Lehto和Salminen 证明乳酸在鼠李糖乳杆菌GG预防S. enterica serovar Typhimurium侵袭Caco-2细胞的能力中的潜在作用。在观察到当LAB培养液设定为pH 7时，消除病原体的抑制作用后，作者提出一种pH依赖性机制。在另一项研究中，乳酸对沙门氏菌HilA和InvF毒力因子的生长和表达产生影响。

不同的乳球菌和乳杆菌菌株对大肠杆菌O157：H7的抑制作用归因于乳酸的产生和低pH值。嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌、两歧双歧杆菌等不同的乳杆菌和双歧杆菌菌株对幽门螺杆菌的生长有抑制作用。这些影响与生产乳酸，乙酸和盐酸有关。在另一项研究中，四种已知的肠道致病菌—幽门螺杆菌、空肠弯曲杆菌、大肠弯曲杆菌和艰难梭菌的生长被从人体GIT分离的乳酸菌菌株抑制，这可能是由于产生机酸。基于这些研究，我们可以合理地认为，在GIT中益生菌产生有机酸，使肠道环境对竞争对手不利，降低病原体感染的风险。

3.4 过氧化氢

除乳酸和细菌素的生产外，益生菌LAB通过产生过氧化氢（H2O2）可能是抵抗病原体的重要抗菌机制。过氧化氢降低病原菌毒力，减少病原菌对上皮细胞的侵袭，或通过上皮细胞内扩散改变基因转录和信号转导导致肠道病原菌死亡。已经分离多株具有益生特性且产H2O2的细菌，如肠道分离物约氏乳杆菌NCC533，酸奶分离物德氏乳杆菌亚种 保加利亚和阴道中分离获得的卷曲乳杆菌和加氏乳杆菌。约氏乳杆菌 NCC533在有氧条件下产生高达毫摩尔量的H2O2。其产生的H2O2在体外对S.enterica serovar Typhimurium 有抗微生物作用，并提出在体内也可以对抗病原菌。其他研究表明，卷曲乳杆菌 F117和副干酪乳杆菌(F2和F28)产生的H2O2在体外抑制金黄色葡萄球菌的生长。

3.5 铁载体

铁是一种必需的微量元素，在大多数肠道微生物(包括共生菌和肠道病原体)的新陈代谢和增殖中发挥着核心作用。铁载体是一种低分子量、有机、高亲和力的铁螯合化合物，由细菌和真菌等微生物产生。这些化合物通过剥夺微生物的铁来抑制其生长、增殖和持续竞争。在此过程中，细菌产生铁载体将其环境中可用的游离铁隔离开，而这些游离铁对其他微生物至关重要。比 Lc. lactis, C. difficile 和Clostridium perfringens 在GIT中的生长被产生铁载体的双歧杆菌菌株抑制。.具有高铁螯合特性的pseudolongum PV8-2和kashiwanohense Bifidobacterium PV20-2抑制肠致病性伤寒杆菌N15和肠出血性大肠杆菌在IECs上的生长和粘附。

3.6 生物表面活性剂

一些乳酸菌产生的生物表面活性剂是干扰病原体在GIT中生长的另一种机制。生物表面活性剂是一类具有表面活性和乳化活性的化合物，在许多不同的生物医学应用中都有应用。已经分离出乳酸菌菌株产生细胞结合或分泌具有抗菌、抗病毒和抗真菌特性的生物表面活性剂。生物表面活性剂通过破坏或溶解物理细胞膜结构的改变引起细胞的通透性增加。生产生物表面因子的乳酸菌在预防泌尿生殖道感染中的应用相当值得关注。这些生物与泌尿生殖菌病原体和酵母菌竞争上皮细胞上的粘附位点，并通过产生生物表面活性剂控制它们的生长。在另一项研究中，干酪乳杆菌MRTL3可以产生细菌素和生物表面活性剂，抑制多种病原体，包括L.monocytogenes, S. aureus, Shigella flexneri and Pseudomonas aeruginosa。

3.7 抑制病原体黏附肠细胞的化合物

肠致病菌粘附到肠细胞和随后定植是毒性的先决条件。益生菌产生的化合物不具有直接杀菌作用，但通过抑制致病菌与黏膜表面的结合，有助于GIT的正常抗感染活性。Fujiwara等人在B. longum SBT2928的培养上清中纯化并鉴定一种新的蛋白质化合物，称为BIF，抑制肠毒素性大肠杆菌Pb176 (ETEC)对人HCT-8 IECs的粘附。作者证明，BIF阻断肠细胞表面ETEC Pb176定植因子抗原(CFA) II粘附因子与神经节四聚神经酰胺(细菌结合结构)受体结合，阻止ETEC Pb176定植。从婴儿肠杆菌中分离出的两株双歧杆菌CA1和F9产生一种低分子量、亲脂、抑菌化合物，可抑制S. typhimurium SL1344 和 E. coli C1845.等几种致病菌的粘附。

4 稳定肠上皮屏障

胃肠道上皮由一层粘液层覆盖的单层细胞组成，粘液层不断暴露于腔内物质和各种肠细菌。肠上皮屏障由粘液层，肠细胞和肠道先天免疫系统组成。胃肠道屏障是维持上皮完整性和防止病原体感染和过度炎症所需的关键防御机制。因此，对于宿主而言，稳定和维持该屏障至关重要。肠道屏障抵御有害抗原入侵的重要防御机制包括粘膜层(粘蛋白的产生)、细胞间连接复合体(紧密和粘连连接)和抗菌肽(如防御素)和免疫球蛋白A (IgA)的分泌。屏障功能破坏可导致由于细菌或食物抗原侵入粘膜下层，导致不适当的炎症反应，导致肠道紊乱如炎症性肠病(IBD)和溃疡性结肠炎。食用定殖或非定殖的益生菌可以增强屏障的完整性，通过对上皮的直接作用（例如，杯状细胞增加粘蛋白表达），调节免疫系统和直接作用，帮助保护肠上皮免于肠道病原体和慢性炎症的侵害。（图2）

肠上皮细胞覆盖有内外保护黏液层，限制细菌运动，并作为动态防御屏障，对抗肠致病菌和其他潜在的有害抗原。肠致病菌要在肠内定居，必须先穿透粘液层，然后才能到达肠上皮。粘蛋白是上皮黏液层的主要大分子成分，由肠道中的专门杯状细胞产生。益生菌能够通过促进肠道分泌粘蛋白和防御素抑制病原体遵粘附IECs（图1a）。几种乳酸菌以增加人肠道Caco-2和HT29细胞中特定粘蛋白基因的表达，防止病原性大肠杆菌的粘附和内在化。植物L. plantarum v介导的MUC2和MUC3粘蛋白表达增加抑制了EPEC的粘附。连续7天服用VSL3（益生菌和益生菌混合物）的大鼠显示MUC2表达增加60倍，并伴随粘蛋白产生增加，因此，益生菌介导的体内黏液生成增加可能是其与肠道致病菌相互作用预防感染、改善肠道屏障功能的关键机制。

图2 益生菌对肠道病原菌的粘膜免疫调节作用。

5 共同聚集

益生菌通过与病原菌共聚，可防止肠道致病性粘附和肠道定植。在这个过程中，益生菌与病原体相互作用密切，使其有机会在病原体附近释放出抗病原体的物质。益生菌LAB可以形成多细胞聚集体，对口腔，泌尿生殖道和GIT的定殖至关重要。益生菌细胞的共聚集能力的特点是聚集的细菌在基因上不同，而自聚集仅涉及到同一菌株。已经报道多种乳酸杆菌菌株具有共聚集和自聚集的特征。数项研究表明，益生菌细胞的自聚集和共聚集能力增强它们的定殖能力，并可能形成防止病原体定殖的屏障。益生菌LAB的共聚集能力通常与细胞表面粘附蛋白之间的多样性有关。L. acidophilusM9、L. plantarum L4和E. faeciumL3结构细胞表面疏水性和亲水性的差异可能是该菌株共聚合能力的原因。益生菌和致病菌的共同聚集也通过益生菌细胞与病原体细胞表面表达的菌毛的附着介导。

6 抑制鞭毛运动

在许多细菌性病原体中，鞭毛作为毒力因子发挥着重要作用。鞭毛允许致病菌对引诱剂和排斥梯度作出反应，并且是附着和入侵真核细胞的关键。食源性病原体，例如S. enterica serovar Typhimurium 需要主动旋转鞭毛以快速接触并有效穿透胃肠道上皮细胞。当用一种有效的抗体抑制鞭毛运动时，鼠伤寒沙门氏菌在被感染的老鼠身上没有侵袭性。益生菌可破坏肠道致病菌鞭毛的运动性，阻止肠道的致病性定植。抗腹泻性嗜酸乳杆菌LB及其分泌产物通过破坏腹泻相关肠病原菌的运动，抑制 S. entericaserovar Typhimurium进入人肠道Caco-2细胞。另一项研究，与未经治疗的小鼠相比，口服益生菌乳酸菌的无细胞上清液处理的S. Typhimurium 感染小鼠的细菌水平明显降低。

7 免疫系统调节

众所周知，益生菌可以对宿主的先天性和适应性免疫反应产生调节作用，这些细菌具有调节树突状细胞（DC），单核细胞/巨噬细胞以及T和B淋巴细胞功能的能力，增强入侵肠道病原体的吞噬能力。通过刺激宿主的免疫反应（特异性和非特异性），益生菌可以取代GIT中的病原体并预防肠道疾病。益生菌可以通过拮抗肠道病原体引起的炎症反应与肠道病原体相互作用。炎症以牺牲天然微生物和肠道健康为代价，使病原体得以繁衍。在炎症过程中，它们还可以引起促炎细胞因子的减少。益生菌干扰诸如核因子-κB（NF-ƘB）和有丝分裂原激活的蛋白激酶（MAPK）等炎症信号通路，导致免疫细胞分泌促炎性细胞因子下调（图2a）。这些信号通路的激活导致促炎细胞因子的分泌，可严重破坏肠上皮屏障。益生菌还在肠道中抗体的刺激和产生中发挥作用，特别是免疫球蛋白A（IgA）图2d。在肠腔中释放的抗体可以通过干扰病原体细胞膜上的粘附细胞受体来抑制病原体对IEC的粘附。先前的研究表明，酿酒酵母和鼠李糖乳杆菌GG可增加GIT中分泌型IgA水平或分泌免疫球蛋白的细胞水平。其他研究报告称，口服益生菌乳酸杆菌可增加腹泻儿童的IgA水平，缩短症状持续时间。几种益生菌菌株还可以通过宿主免疫吞噬细胞（例如巨噬细胞）影响肠道病原体的吞噬作用调节宿主免疫机制。

鉴于人类胃肠道生态系统的复杂性，阐明益生菌的作用机制是一项艰巨的任务。益生菌对抗肠道病原体的作用机制是多样的，异质的，可能是菌株特异性的。这表明，一种特定的益生菌对特定疾病或病原体的作用机制不能泛化，因为不同的菌株在宿主中引起不同的反应。因此，一个菌株所带来的健康益处并不适用于另一个菌株，即使在同一物种内也是如此。了解益生菌治疗或预防胃肠道疾病的全部潜力，需要彻底调查益生菌-宿主和益生菌-病原体的相互作用。加强对这些相互作用的了解将有助于识别真正的益生菌，以针对特定的肠道疾病。虽然最近的许多体内研究已经证明了在分子水平上观察到的益生菌作用背后的机理基础，但是在益生菌研究领域中仍需要给予更多的重视。阐明益生菌-宿主和益生菌-病原体相互作用的复杂性，将基于诸如细菌素产生和粘附基因等关键特性，改善最佳益生菌的体外选择。此外，高效的益生菌应能刺激宿主的免疫系统，并最终对宿主具有明显的有益健康作用。显然，体内关键的抗菌和保护性益生菌机制的展示将使工业界和消费者能够选择经过科学验证的益生菌来预防或治疗各种健康问题。