乳铁蛋白的免疫调节功能依赖于完整的肠道菌群

乳铁蛋白(Lactoferrin，Lf) 是一种天然的铁结合糖蛋白，广泛存在于机体：乳汁、胆汁、唾液、胃液，小肠液和泪液等外分泌腺的分泌液中。乳铁蛋白具有诸多生理功能，如螯合铁的能力，与宿主或病原菌的相互作用，调控机体免疫应答等。但还未有直接证据显示乳铁蛋白对机体免疫的调控作用是否与肠道菌群变化有关。

    基于上述现状，内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室研究人员以SD大鼠为研究模型，分为：对照组、乳铁蛋白组、抗生素组、抗生素-乳铁蛋白组，抗生素+乳铁蛋白组。采用PacBio SMRT RSII第三代测序技术，检测并分析第0天、5天、19天和33天各组大鼠肠道微生物体系的变化，同时检测各组大鼠血浆免疫因子水平。结果显示：与正常组相比，乳铁蛋白组大鼠血浆IFN-γ水平显著上调(p=0.0007)，而IgA水平则受到抑制(p=0.0038)；同时，血浆TNF-α水平上升，IL-10水平降低，说明乳铁蛋白确实具有调节机体免疫的作用(Th1型)，可增强细胞免疫应答；抗生素组大鼠无显著免疫因子改变, 证明灌胃抗生素并不会引发细胞免疫应答，灌胃乳铁蛋白才是引发原因；与乳铁蛋白组相比，抗生素和乳铁蛋白均摄入的大鼠，血浆IL-10、IgA水平升高（p<0.01，p<0.05）, IFN-γ水平减低（p<0.001）；IL-6水平升高(p<0.05)。此现象说明抗生素的摄入，使乳铁蛋白失去增强细胞免疫应答的功能。基于类群鉴定和相似性百分比（SIMPER）分析发现在第19天和第33天，乳铁蛋白组微生物群中梭菌属、乳杆菌属及Oscillibacter valericigeness数量的增加促使大鼠肠道菌群结构发生改变。抗生素引起肠道菌群失调，促炎症性变形菌门及脱铁杆菌门、抗炎症性Akk菌均富集，可产生丁酸盐的厚壁菌门减少。

    通过此项研究发现，抗生素的摄入会破坏乳铁蛋白的免疫调节功能，乳铁蛋白驱动的免疫调节功能需要完整的肠道菌群；促进动物乳杆菌和Oscillibacter valericigenes等抗炎菌的增长，可能是乳铁蛋白产生免疫调节作用的原因之一。

    该研究“An intact gut microbiota may be required for lactoferrin-driven immunomodulation in rats”已发表于Journal of Functional Foods（IF：3.47），DOI: 10.1016/j.jff.2017.10.030。

Fig.1. Schematic diagram of experimental design

Fig. 2. Plasma concentrations of six immune factors in the control (C), lactoferrin (Lf), antibiotics (A), sequential antibiotics and lactoferrin (A to Lf), and concomitant antibiotics and lactoferrin (A+Lf) groups. The 25–75 percent quartiles are shown by the box. The median, the minimum, and maximum values are shown by the horizontal line inside the box, the lower and upper whiskers, respectively. Significant differences between groups were determined by analysis of variance (ANOVA), with 0.05 < p < .01, 0.01 < p < .001, and p < .001 represented by ‘*’, ‘**’, and ‘***’, respectively.

Fig. 3. Fecal microbiota compositions at A. phylum, B. genus, and C. species levels. The sample groups are the control (C), lactoferrin (L), antibiotics (A), sequential antibiotics and lactoferrin (A→L), and concomitant antibiotics and lactoferrin (A+L). Data of the genus and species levels represent the overall fecal microbiota composition. Error bars represent standard errors.