乳酸菌重组血红素加氧酶1对肠道的保护作用(可编辑)
乳酸菌重组血红素加氧酶1对肠道的保护作用
南京医科大学 博士学位论文
乳酸菌重组血红素加氧酶-1对肠道的保护作用 姓名:庞庆丰
申请学位级别:博士
专业:药理学
指导教师:胡刚
20080501南京医科大学博士学位论文 英文缩略词表
英文缩写 英文全称 中文名称 中父名称 . 血红素加氧酶.
一 乳酸乳球菌谷氨酰胺 锌原卟啉 口 髓过氧化物酶
一仅 肿瘤坏死因子.仅
. . 白细胞介素.
全身炎症反应综合征
巧
多器官功能不全综合
征
磷酸盐缓冲液
十二烷基硫酸钠
光密度细菌移位
平均动脉压
南京医科大学博士学位论文
论文独创性声明
本论文塾堕董重组垒丝盍垄氢堕二壁堑道堡堑笠旦是我个人在
导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加
以标注和致谢的地方外,不包含其他人或机构已经发表或撰写过的
研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均在论文中作了
明确的声明并表示了谢意。
作者签名:
专业:彗至鳗 日期: 竺星:』:仝
趁叁客
论文使用授权声明
本人完全了解南京医科大学有关保留、使用学位论文的规定,
即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学
校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其它复
制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。
导师签名:
作者签名:垄羔攫至南京医科大学博士学位论文
.主塞擅璺
乳酸菌重组血红素加氧睁对肠道保护作用
专业:药堡堂
研究生:庭廛主
导师:翅 刚熬援
临床上多种原因尤其是休克和内毒素血症可以导致肠粘膜屏障
功能下降,肠腔内大量细菌或内毒素向肠腔外迁移,即发生内毒素
和细菌移位 ,,继而导致多种炎症介质的
过度释放,成为系统性炎症反应综合征,和多器官功能不全综合征
,的“发动机。所以,如何保护肠粘膜
屏障功能成为当前研究的一项重要课题。
益生茵是指能在生物体内存活,对生物体的健康有
益的一类微生物。近年研究表明,益生茵能够纠正肠道微生态失衡,
维持肠道屏障功能和减少内源性感染。然而,单一应用益生菌尚不
足以防止严重感染、创伤、休克等所致的肠粘膜屏障功能的破坏。
血红素加氧酶
是血红素分解代谢的限速酶,现已
发现种同工酶:.、一和.,其中只有.是诱导型
酶,而肠道.的诱导表达对于其屏障功能具有显著的保护作用。 因此,本研究克隆大鼠.基因;以人类肠道有益茵群乳酸乳 球菌为载体,构建能够表达具有生物活性.的重组乳酸乳球菌 ;然后观察重组乳酸乳球菌对失血性休克和内
毒素血症大鼠肠道屏障的保护效果,从而为保护肠粘膜屏障功能
提
供新思路。
第一部分大鼠血红素加氧酶一基因在乳酸乳球菌中的表达 目 的:
在乳酸乳球菌中表达大鼠血红素加氧酶一基因。 方法:采用?技术从大鼠脾总中分离扩增血红南京医科大学博士
学位论文
素加氧酶一基因,将该基因克隆进. 质粒中,转化 大肠杆菌提取质粒,鉴定.基因。酶切后与质粒连 接,经电击转化,将重组质粒转入乳酸乳球菌中,转化子 在含有氯霉素的脑心浸液培养基上培养。用乳链菌肽诱导.表 达,?、
鉴定表达产物,并采用分光光度法测
定一活性。
结 果:表达产物相对分子量约为 ,表达量约为. /,
活性为.
//。
结论:
乳酸乳球菌能够表达具有生物活性的大鼠.。
第二部分灌胃后重组血红素加氧酶一在大鼠肠道的表达情 况
目
的:?.灌胃后重组.在大鼠肠道的表达情况。
方法:制备悬液和乳酸乳球菌悬液;
然后通过不同剂量和不同次数灌胃;在规定时间取回肠组织;采
用
酶联免疫吸附法和免疫组化法
回肠组织的含量。 结 果:倍、倍?.组重组.含量比倍组高.;
?.连续灌胃天、天组重组一含量比天组高.。
结论:..在肠道原位分泌重组一的情况非常复杂。单 纯增加.一灌胃剂量和次数不能有效增加回肠中.的含量,反 而使回肠中.的含量降低。
第三部分乳酸乳球茵重组对失血性休克大鼠肠道屏障的保 护作用
目
的:重组.对失血性休克大鼠肠道屏障的保护效果。 方
法:将健康、清洁级、雄?大鼠随机分为组:
假手术组
:大鼠只进行右股动脉分离和插管;
..茵液
..熏:连续每天一次灌注活菌数达.×
天.,然后复制失血性休克模型复制;组:连续每天一次灌注 活菌数达.× 菌液;,然后复制失血性休克模型; 南京医科大学博士学位论文
.?
.一组:连续每天一次灌注活菌数达.
菌液天.;在复制失血性休克模型前小时皮下注射锌原卟啉 ,.‘;谷氨酰胺组,:
连续每天一次灌胃. 天。复制失血性休
.蚝~、溶解于的
克模型,在液体复苏据取材,比较各组动物的休克复苏过程中平
均
动脉压、细菌移位、回肠组织的髓过氧化酶活性及一、 肿瘤坏死因子一【和白介素.的含量,并行回肠组织病理学检查。 结
果:与组比较,..组的’评分、细菌移位发生
率、活性、肿瘤坏死因子一含量明显降低尸.;而一、 一含量和明显增加尸.。..对失血性休克肠黏膜
屏障的保护作用可以被一特异性拮抗剂锌原卟啉取消。 结
论:乳酸乳球菌重组.对失血性休克大鼠能够较好的保 护肠黏膜屏障,可以明显减轻肠道炎症反应和细菌移位的发生
率。
第四部分乳酸乳球菌重组血红素加氧酶一对内毒素血症大鼠 肠道的保护作用
目
的:观察乳酸乳球菌重组血红素加氧酶.对内毒素血症大 鼠肠道症反应及肠黏膜屏障的保护效应。
方
法:按随机数字表法将只健康清洁级雄性大鼠分为 组:.一组、组、、.一组。分别给予
携带一基因的乳酸乳球菌、乳酸乳球菌或谷氨酰胺,每日一次, 共四次。第四天腹腔内注射内毒素,其中锌原卟啉于腹腔内注射
内
毒素前静脉注射,小时后取末端回肠。比较各组动物的死亡率, 检查肠组织病理学变化,并检测肠组织髓过氧化物酶活性、肿瘤
坏
死因子.【、白细胞介素一和血红素加氧酶一的含量。另取只健
康清洁级雄性大鼠同样分为四组,经过相应的处理后,观察其 小时的生存率。
结 果:与。。组比较,..组和组的生
存率均明显升高.;与..组、组比较,
.一组和组的’评分.和肠组织活性
南京医科大学博士学位论文
明显降低.,肠组织.【的含量明显减低.,
.的含量却显著的升高.,.的含量明显增加
尸.。
结论:乳酸乳球菌重组血红素加氧酶一能明显减轻肠道炎症 反应;有较好的肠粘膜保护作用。
结 论
、重组血红素加氧酶.乳酸乳球菌能够表达具有生物活性的重组 ..
、..在肠道原位分泌重组一的情况非常复杂。单纯增加 ?一灌胃剂量和次数不能有效增加回肠中.的含量,反而 使回肠中.的含量降低。
、乳酸乳球菌重组.对失血性休克大鼠能够较好的保护肠黏膜屏 障,可以明显减轻肠道炎症反应和细菌移位的发生率。 、乳酸乳球菌重组血红素加氧酶.能明显减轻肠道炎症反应;有较 好的肠粘膜保护作用。
关键词:血红素加氧酶一;乳酸乳球菌;回肠;内毒素血症;失血
性休克;细菌移位南京医科大学博士学位论文?
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乳酸菌重组血红素加氧睁对肠道的保护作用 前言
肠道功能障碍是导致全身炎性反应综合征
,、多器官功能障碍综合征,甚至多器官功能衰竭 ,的一个重要因素【。近年来,肠道功能已成为判断危重 患者预后的一个重要指标。肠道不仅是的靶器官,更是 的启动者【。因此,对肠屏障功能衰竭的防治研究已成为前医学 领域研究的一个重要课题。
健康个体肠道中拥有数量极大的菌群,肠道菌群的平衡对机体起
到良好的保护作用。机体免疫系统可识别病原体和非病原体所表达的
独特分子结构。抗原提呈细胞如树突样细胞能将细菌和其他抗原提呈
至肠黏膜进行取样,激活原始细胞并诱导其分化,产生一系列细胞
因子,刺激分泌,进而决定免疫反应的程度及耐受性【】然而各
种病理因素如饥饿、营养不良、严重感染、烧伤、休克、严重创伤、
急性胰腺炎、梗阻性黄疽、长期全肠外营养、化疗及放疗等能破坏肠
道菌群平衡,诱发肠黏膜损伤【,】。
各种病理情况可以引起肠道菌群失调。具体表现为:正常肠道原
籍常住、优势、有益菌群如双歧杆菌、类杆菌、优杆菌和消化球菌、
乳酸杆菌等生长被抑制,特别是危重症患者,有时可丧失整个乳酸菌
群;而致病菌群如葡萄球菌、艰难梭菌、变形杆菌、绿脓杆菌、白色
念珠菌、大肠杆菌等大量生长,产生大量内毒素,形成体内最大的细
菌和内毒素贮藏库【】另外,危重症患者由于疾病和营养物质缺
乏,
其黏膜表面酸碱度、氧化状态、渗透压及各种激素水平发生急剧变化,
往往会反过来加重病情。因为结肠拥有很多神经末梢,在应激情况下,
肠腔内去甲’肾上腺素的增加可诱发肠腔细菌毒力增加【。一些正常情
况下的惰性定植菌,在应激条件下能改变其表型,可成为能释放各种
毒素的致病菌。南京医科大学博士学位论文
肠道屏障功能损伤后,肠黏膜通透性增高,大量的内毒素和细菌
,
持续泄漏,即可发生内毒素血症和细菌移位
。进入体内的内毒素和细菌可以广泛激活各种炎症细胞如肝脏
细胞。从而释放大量炎症细胞因子,其中.圾细胞间粘附
因子.在介导的病理过程中起关键性作用【。各种炎症介质
大量释放及补体旁路激活,致使机体的促炎介质和抗炎介质失去平
衡,从而产生一系列连锁级联反应或瀑布效应
,广泛
地损伤重要脏器的微循环内皮细胞引起全身器官功能损害,最终结果
演变为。因而如何维持肠道菌群平衡、减少疾病状态下肠道致
病菌的生长和繁殖是治疗各种危重病的关键环节。
显然,及时补充含有多种肠道益生菌的微生态制剂是预防和治疗
肠道菌群失调的一个重要方法。益生菌,又称“益生素或
“益生剂,主要是指通过调整宿主肠道微生物群生态平衡而发挥生理
作用的微生物制剂。益生菌能通过宿主消化道屏障而存活下来,并能
定植在宿主消化道而发挥相当的生理作用。近年研究发现,补充益生
菌不仅能直接胃肠道中益生菌的数量,还能提高消化道内其他有益菌
的数量和活性。益生菌不仅具有广谱抗菌活性等【】研究还发现
益生菌可抑制肠道炎症反应而产生粘膜屏障的保护作用;而且可以阻
止条件致病菌多为。杆菌与球菌对肠粘膜的粘附和定植。因此,应
用益生菌活菌制剂是防止细菌或和内毒素移位进而发生肠源性感染
。。
的重要手段【
近年来,国内、外研制出多种益生菌活菌制剂。目前应用于人体
的有双歧杆菌、乳酸杆菌、肠球菌、大肠杆菌、枯草杆菌、蜡样芽孢
杆菌、地衣芽孢杆菌、丁酸梭菌和酵母菌等【】。在围手术期给予重大
手术患者益生菌和纤维素能有效降低术后感染并发症的发生率【】。但
尽管益生菌活菌制剂是临床上治疗肠道菌群失调的一个重要方法,单
一应用益生菌尚不足以完全防止严重感染、创伤、休克等所致的细菌
移位。因此很有必要进一步提高益生茵活茵制剂的疗效【】。
随着分子生物技术的发展,益生菌尤其是乳酸茵蛋白表达技术的
成熟,益生菌相关研究重点已从单纯的功效研究逐步发展到了基因工
程益生菌株的构建和功能研究,即从不同种的生物胃肠道的不同部位
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分离乳酸菌,进行转化,筛选并改造成可作为分子克隆的受体
茵。从乳酸菌中提取拷贝数高、分子量小的质粒,作为复制子,构建
食品级高表达的分泌载体。用此克隆系统,把有益于人和动物的外源
基因,如某些营养物质各种必须氨基酸、维生素等、保健和治病的
药物如抗癌药物、防衰老药物、避孕药物、各种免疫源和有关的酶
类、生长发育的激素如促乳素、生长素等等基因导入这种茵中,
然后制成活菌制剂,需要时口服或饲喂,引入人体和动物体内定植或
短暂定植,产生机体所需的外源基因的产物【,。这种重组基因工
程菌,集菌体本身牙口有益基因于一体,既可加强营养,也可防病治病,
促进人体生长发育或禽畜生长增重。假定把必须氨基酸的基因在菌中
克隆,让其在体内产生相应的必需氧基酸,必需氨基酸有可能变成非
必需氨基酸。这样就使乳酸菌如虎添翼,发挥更大的作用。它的最大
优点在于:乳酸菌食品级基因表达系统中的载体、受体及诱导物均为
食品级,可直接制成口服制剂,免去一般基因
菌所需的繁琐、复杂
的后提取工艺,为基因工程生产安全、廉价的生物制品开辟新途径。
所以,食品级的乳酸菌工程菌本身及其表达产物可直接应用于食品工
业、医药工业和保健业等领域,有其巨大的应用前景和潜在的商业价
值【。】。
乳酸菌广泛应用于食品和工业发酵中,是人类及哺乳动物的益生
菌。最近十年来随着乳酸菌表达调控元件的分离,相继发展了一批适
用于乳酸菌的克隆载体、表达载体和整合载体,乳酸菌食品级高效表
达系统的构建及应用已成为研究的热点【。目前最有效的食品级诱导
.
表达系统是启动子控制的食品级基因表达系统
,。。乳酸菌系统是在乳链菌肽诱导
下由启动子控制目的基因表达的、和的两组分调节
系统的高效诱导表达系统。该基因表达系统具有以下突出的优点:、
乳链菌肽是一个理想的食品级诱导分子,它高效安全无毒,能直接用
于食品中;、可使用染色体上 缺失并含 基因的乳酸球
菌菌株以及含有启动子控制之下目的基因和基因的质粒
【,用食品级选择标 替代抗生素抗性基因,以互补染色体上
的
缺失【。这样不仅构建了稳定的完全的食品级表达系统,而南京医科大学博士学位论文
且采用诱导型表达替代原来的组成型表达,使细菌生长与外源基因的
表达分为两阶段,减轻了宿主细胞的代谢负荷鲫;、由于生产乳链
菌肽的菌株的稀释的上清液即可用作诱导剂,所以生产乳链菌肽的菌
株可以包含在发酵液中,并可简单地加入小量的乳链菌肽来进行诱
导,而别的起始培养细菌不会遭受亚抑制量乳链菌肽的损害。随着一
些乳链菌肽突变体的构建成功,甚至可用比野生型菌株所需的更低浓
度的乳链菌肽作为诱导剂【跚;、工艺上具有可控性强,并可以达到
极高的蛋白表达水平。根据加入的乳链菌肽的量,最终蛋白质生产可
达到%细胞内蛋白质水平,表达水平可控制在,倍的动力范围
之内,在此范围内诱导浓度和蛋白质生产水平之间有线性剂量反应关
系【’;、目的基因的表达十分严谨,在未诱导状态时,目的基因表达
处于不可检测的蛋白水平;可以用于表达毒素蛋白【,;、目的蛋
白表达数量多,在加入诱导物.乳链菌肽烈后其诱导效率可达,
倍以上。因此,该系统是可控制的蛋白质生产的最理想的系统,
同时因其良好的安全性,在工业生产中具有很大的发展潜力【’。
自从年起,利用启动子和、基因构建的
一系列表达载体和相应的宿主茵始用于目的基因的表达以来,多种
高度复杂的食品级基因表达系统正在乳酸菌中建立起来表。同
时利用这些基因表达系统已经成功表达多种蛋白表。这些研究
成果显示了表达在今后的基因工程领域中的巨大潜力和优势。
在众多研究防治肠道损伤的药物靶标中,血红素加氧酶
,的作用日益受到关注。是血红素分解代谢的限速
酶,能催化血红素在机体内氧化降解,生成胆绿素、和【‘。
哺乳动物体内的胆绿素还能在胆绿素还原酶的作用下还原为胆红素。
现已发现种同工酶:?、.、.。其中,只有.是诱
导型酶,并且人们对它的结构和功能研究得最多。最初认为.的
作用仅限于催化血红素氧化降解,保持体内血红素的平衡。近年的研
究发现,血红素分解产物中的胆绿素和等不只是作为废物排泄,
而且在生物体内还具有重要的生理作用:胆绿素、胆红素是体内
有效
的抗氧化剂, 是机体内源,生的主要来源,具有扩张血管和 抗血小板聚集的特性,可维持微循环【绷;亚铁能诱导铁蛋白的表
达,
南京医科大学博士学位论文
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南京医科大学博士学位论文
后者可减少活性氧的产生【。。由此可见,.在抗氧化应激损伤、 调节微循环等方面具有重要的作用。一系列研究则表明:.的诱 导表达对于肠粘膜屏障具有显著的保护作用。
因此,本研究拟利用基因工程技术构建大鼠.乳酸乳球菌 表达系统,通过组织学、免疫组化、?、等
方法观察乳酸乳球菌重组.对大鼠肠道屏障的保护作用,为保 护肠粘膜屏障功能提供新的方法。南京医科大学博士学位论文 第一部分大鼠血红素加氧酶一基因在
乳酸乳球茵中的表达
血红素加氧酶 ,是血红素分解代谢的限
速酶,可催化血红素在机体内氧化分解,生成胆绿素、和。 哺乳动物体内的胆绿素还能在胆绿素还原酶的作用下还原为胆
红素。
现已发现血红素加氧酶存在种同工酶:、和,其中
只有是诱导型酶。最初刈门认为的作用仅限于催化血红素氧 化降解,维持体内血红素的平衡。近年的研究发现,在抗氧化应
激损伤、调节微循环等方面具有重要的作用邛们。
分布范围很广,全身的各个脏器和组织均在应激情况下表达
。研究证实不仅可以在真核细胞中重组表达饰“日;也可以在
原核细胞中表达拍。已经证实重组端和端的部分氨基酸缺失
后,仍可在大肠杆菌中呈稳定可溶性表达,且不影响其催化活性?。
乳酸乳球菌是一类长期应用于食品发酵业的有益微生物,这种食
品级微生物能经受胃肠液考验并在人体内存活天,其本身不攻
击肠黏膜并且不引起强的免疫反应拍。近年来随着乳酸乳球菌分子生
物学迅速发展,一系列乳酸乳球菌基因表达载体和受体系统逐步建
立。本研究观察大鼠基因在食品级微生物乳酸乳球菌中的表达
情况,为应用研究提供依据。
材料和方法
一、药品、试剂与主要仪器
和.质粒为法国农业科学院教授赠
送;大肠杆菌为本实验室保存;. 载体购自美国
公司。其中大肠杆菌用于质粒.、.
及其衍生质粒保存或扩增的
菌株。乳酸乳球菌用
作.基因重组表达质粒..的表达菌株。大肠杆菌用南京医科大学博士学位论文
培养基、乳酸乳球菌及其电穿孔转化子用脑心浸液培养基培养。 氨苄青霉素使用浓度为/;氯霉素使用浓度大肠杆菌为 /、乳酸乳球菌为/。
二、酶和试剂
总提取试剂盒、? 载体试剂盒、质粒提取试剂 盒、内切酶及
连接酶均为美訇公司产品;
聚合酶和逆转录酶购自美匡公司;?、异丙基 一?一硫代半乳糖苷和琼脂糖购自上海生工生物工程公 司;相对分子量标志物购自大连公司; 试
剂.兔抗鼠一抗购自美国公司,羊抗兔二抗等 均购自美国
公司;其它试剂为国产分析纯。电穿孔仪为美 国?公司。
三、大鼠脾总制备及.扩增
大鼠脾总采用异硫氰酸胍/酚/氯仿方法制备。引物按 大鼠. 两端序列
,其中’端引物:
’引入了 位点,
端引物: 鱼笪?盯 ’引入了
锻位点。经逆转录酶作用获得用作
,?
模板。个热循环按? ,?进行。
将?扩增获得的大鼠.
纯化后克隆至?
载体,获得?.质粒送上海基康公司测序验证。 四重组质粒的构建及转化
有关分子克隆、大肠杆菌感受态制备及转化按文献操作;乳酸 乳球菌转化采用电穿孔转化法,电穿孔仪为美国.公司,脉冲 和
参数为. /,心和?。重组质粒构建如下:用胍 双酶切..质粒后,与经同样酶切的含有启
动子的.质粒连接,从而构建成..质粒,
南京医科大学博士学位论文
.一质粒含有信号肽。重组质粒经电击转化乳酸乳球 菌,转化子在含有氯霉素的脑心浸液琼脂糖平板上生长。再 从重组乳酸乳球菌中提取质粒?,进行酶切鉴定。 五、大鼠.基因在乳酸乳球菌中的诱导表达 含重组质粒.的乳酸乳球菌在脑心浸液培
养基中。静置培养过夜用新鲜培养基:稀释,培养至 .~.时,加入诱导物至终浓度
/,继续培养小
时。终止培养后,取培养菌液,?、, /心分钟, 上清液浓缩倍后经%.电泳分离后,通过.印 迹仪转移至硝酸纤维素膜上作.。以空载体
为对照。
六、大鼠.活性分析
诱导表达后的培养茵液,、/离心分钟,收
集上清,而后用过硫酸铵分级盐析,取%~%饱和度的盐析组 分,最后通过.柱层析分析分离。取原位灌注的大鼠肝约 /离心 ,
后于?、,
,匀浆后超声破碎
收集上清液。将收集的上清再次于?、, /超速离心小时, 水相为胆绿素还原酶,置一?保存备.蛋白酶活性测定用。 一蛋白酶活性测定参 等方法【】,胆绿素还原酶、.柱 层析产物采用法蛋白定量。经测定值,以单位时间内 生成的胆绿素量计算大鼠.蛋白的酶活力。
结 果
一、 ?扩增结果
通过方法利用设计合成的一对上、下游特异性引物,从 大鼠脾组织成功扩增出一条约
单一条带,与预计的
南京医科大学博士学位论文
片段长度一致;而反应体系中无模板的阴性对照仅见引物二聚 体;阳性对照采用试剂盒提供的牛胰蛋白酶抑制剂基因模板和引
物成功扩增出一条约
单一条带.。
二、.
克隆序列测定
产物回收后构建的.一经转化扩增,测序鉴定
.。序列包含起始密码子和终止密码子从,
长度为
,核苷酸序列与‘公布的.的
序列编码区相同。 、
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三、重组质粒的构建
将大鼠一
研怆插入质粒,重组质粒电击转化乳酸乳 球菌,转化后提取重组质粒进行 和 双酶切鉴 南京医科大学博士学位论文
定,结果证明重组质粒的构建正确.,。 .
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四、大鼠.基因在乳酸乳球菌中的表达情况 经%?鉴定,
一表达量初步确定约为.
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.。?证实大鼠 一基因在乳酸乳球菌中能够正确 表达.。??”。甜
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五、乳酸乳球菌重组.蛋白活性测定
以作为电子供体测定大鼠一蛋白活性约为.
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讨论
乳酸菌存在数种食品级基因表达系统,如依赖操纵予控制的 食品级表达系统【、启动子控制的食品级基因表达系统【,和 嘌呤调节的食品级基因表达系统【】等。本研究所采用的乳酸菌
表达系
统是一种目前国际上高度通用系统
,。乳酸菌系统是在乳链菌肽诱导下由启动
子控制目的基因表达的,钿和的两组分调节系统的高效诱 导表达系统。与其他的基因表达系统相比较,乳酸菌系统具有 以下独特地优点: 由于系统的宿主菌和载体都是食品级 的;诱导剂乳链菌肽是一个理想的食品级诱导分子,它高效安全
无毒,
能直接用于食品中; 可使用染色体上缺失并含基因
的乳酸球菌菌株以及含有启动子控制之下目的基因和基因
的质粒【.】,用食品级选择标己替代抗生素抗性基因,以互补染
色体上的缺失【】。这样不仅构建了稳定的完全的食品级表达系
统,而且采用诱导型表达替代原来的组成型表达,使细菌生长与外源
基因的表达分为两阶段,有利与基因工程菌的生长四; 诱导剂南京医科大学博士学位论文
吏用方便。由于生产乳链茵肽的菌株的稀释的上清液即可用作诱
导剂,所以生产乳链菌肽的菌株可以包含在发酵液中,并可简单地加
入小量的乳链菌肽来进行诱导,而其他起始培养细菌不会遭受亚抑制
量乳链菌肽的损害。随着一些乳链菌肽突变体的构建成功,甚至可用
可以
比野生型菌株所需的更低浓度的乳链菌肽作为诱导剂;
有效控制的蛋白表达水平。根据加入的乳链菌肽的量,最终蛋白质生
产可达到%细胞内蛋白质水平,表达水平可控制在,倍的动力
范围之内,在此范围内诱导浓度和蛋白质生产水平之间有线性剂量反
应关系【,
;能十分严谨地调控目的基因的表达。在未诱导
状态时,使目的基因表达处于不可检测的蛋白水平。这样可以获
得严
谨调节的启动子系统,并可表达毒素基因产物
因为系统中具有很多优点,许多学者利用启动子和 、基因构建的一系列表达载体和相应的宿主茵,已于年 起开始用于目的基因的表达研究【。本实验采用的是目前被 广泛使用的乳酸工程菌。有研究发现,是最敏感的诱导菌株。 在诱导小时之后,目的蛋白的生产达到最高约%细胞可溶蛋 白水平【】。本研究利用表达系统及含有言号肽表达 载体在乳酸乳球菌中实现了大鼠.活性表达。
本实验成功重组了能够表达具有生物活性的乳酸乳球菌重组 .。若将此重组蛋白应用于危重病机体的消化道,不仅能够增加 肠道.含量,还可改善菌群失衡、发挥益生菌的粘膜保护作用, 因而有可能成为保护危重病机体肠粘膜屏障功能的一种新的有
效措
施。
结 论
乳酸菌系统能够表达具有生物活性的大鼠重组.蛋白。南京医科
大学博士学位论文
第二部分血红素加氧酶一乳酸乳球菌灌胃后重组血红素
加氧睁大鼠肠道的表达情况
近年来,.基因治疗取得可喜的进步。有研究发现利用腺病
毒载体介导.后,可以有效减轻心脏【、肺组织【等重要器官的
损伤。然而由于肠道解剖结构的复杂性,利用目前常用的病毒载体无
法特异性的对肠道进行基因治疗。以减毒活菌为载体构建的基因治疗
载体可以避免消化液的破坏作用,可通过口服到达胃肠道中,对胃肠
道损伤进行器官特异性基因治疗,但是这些弱毒微生物存在着毒力返
强的危险,严重制约着它们的广泛使用。而乳酸乳球菌基因表达
系统的建立为肠道基因治疗提供了新的契机。
,是一类长期应用于食品发酵
乳酸乳球菌
业的有益微生物,这种食品级微生物能经受胃肠液考验并在肠道内存
活?天,其本身不攻击肠黏膜并且不引起强的免疫反应【。在第一
部分实验中我们发现大鼠.能在中的表达;并且生物活性较高
】。但如何在胃肠道中分布和运动进入胃肠道中的分泌重组
一的数量和持续时间分泌的重组一是否可进入小肠固有
层和肠系膜淋巴结等问题一直不清楚。本研究拟观察重组.灌
胃后在大鼠肠道的重组.数量和分布情况,为乳酸乳球菌重组
一临床治疗奠定基础。
材料与方法
一、大鼠灌胃菌液制备
含重组质粒..的乳酸乳球菌.在
脑、心浸液培养基中。,培养至.~.时,加入诱导 物至终浓度 。终止培养后,菌落计
/,继续培养
/
数达 、重悬
/;然后?离心,
后制备成倍、倍、倍浓缩的菌液。在同样条件下培养未南京医科
大学博士学位论文
转染乳酸乳球菌,收集菌落做对照。
二、试验动物及分组
、试验动物体重.的大鼠;由徐州医学院实验动物中 心提供;
、
研究不同..灌注量对肠道的中.含量影响动物分组 大鼠,共分为组,每组只:倍.. 天组;?倍 .?
天组;?倍?? 天组;?倍.?天组;?
倍?.天组;?倍..天组;?倍?.天;?
倍?.天.组;?倍??天组; 组;天组;
旧天组。组用
含。/,活野生型乳酸乳球菌悬液
灌胃,而..各组相应的时间点给予等量的活重组乳酸乳球菌悬 液灌胃。每天灌胃次。
、
研究不同灌胃次数对肠道的中一含量影响动物分组鉴于试 验中我们观察到浓缩倍的..组肠道中.的含量倍
多。因此本部分研究采浓缩倍的?.灌胃。大鼠只,共分 为组,每组:??. .组;??一 天组;?..
灌胃天组;影;组;?组。灌胃剂量与方
法同上。
三、检测指标
、组织学检查
各时间点用%戊巴比妥钠./腹腔麻醉,
取回肠组织于含%的多聚甲醛中固定,常规脱水、包蜡、切片、行 染色,光镜下观察肠组织的变化。
、酶联免疫吸附法测定肠组织.含量取回肠组织用锡纸包裹, 置于液氮中速冻。采用酶联免疫吸附试剂盒公司测定 .含量。具体操作按照说明书进行。、免疫组化法分析肠组织. 的含量免疫组化采用链酶亲和素.过氧化物酶法,染色程序按法
操作常规进行。.一抗为公司产品,.二抗试剂氩武 汉博士德公司。用 软件分析肠组织.的相对含量。南京医科大学
博士学位论文
四、统计学处理
采用.统计软件包进行分析;计量资料以均数士标准差表 示,采用单因素方差分析和最小显著差法分析。 结 果
一、组织学检查结果
各组肠组织的形态学无明显改变。说明..对肠道无损 害作用。
二、不同剂量灌胃组、不同灌胃天数回肠中的.含量 、酶联免疫吸附法测定结果发现:..各组灌胃一天一 含量无明显差异,而灌胃两天、天组倍、倍组比倍组、对照组 含量要高.,.。说明用小剂量的..灌胃能有效增加 .在回肠中的含量。 .
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、..连续灌胃天、天组比天组含量明显增高. ,.说明..连续灌胃天、天,尤其是天,能使
回肠中.的含量明显增高,但延长灌注次数反而使回肠中一 的含量降低。南京医科大学博士学位论文
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三、免疫组化法分析肠组织.的含量
免疫组化法及灰度分析结果与酶联免疫吸附法测定结果基本一 致.,.。即:单纯增加..灌胃剂量和次数不能有效 增加回肠中一的含量,反而可能使回肠中一的含量降低。 ?.?;
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南京医科大学博士学位论文
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讨论
乳酸菌诱导表达系统是目前国际上最新发展的一种常用、 食品级的诱导表达系统。该诱导表达系统具有以下优点:食品级
的诱
导物和宿主菌;严谨性高;本底表达水平低;诱导效率高,表达产量
高。它包括三种必要的组成成分:能表达基因到一定水平的
革兰氏阳性细菌;含启动子片段的质粒载体;
诱导物【】。当带有启动子及.基因的质粒:.
导入不能产、但含有和蛋白的乳酸菌菌株后,
.基因以很低的水平表达。这种表达水平检测不到。当细菌达到
对数生长期时向培养基中口/.后,位于启动子下游的
.基因被激活转录,持续表达一定数量的蛋白。当李诱导后
的?.灌注进入肠组织中后,?.可以紧密在肠上皮细胞上,
分泌.,使肠道中一含量增加。
研究?.灌胃后重组血红素加氧酶.在大鼠肠道的含量是
一个非常复杂的、而又十分重要的工作。当..进入胃中,大量南京医科大学博士学位论文
的乳酸菌可以被胃酸及其消化酶破坏,只有一部分乳酸菌能进入肠道
中。进入肠道以后,肠道中的环境非常复杂,它含有许多的消化酶和
细菌均可以对灌胃后进入肠道中的.一功能产生影响【。
一般情况下,通过增加给药剂量扣次数可以有效增加组织和器
官中的有效药物浓度,从而达到理想治疗效果。但本实验中,我们
发现单纯增加.?灌胃剂量和次数不能有效增加回肠中.
的含量,反而可能使回肠中一的含量降低。其可能的原因是:
当菌液高度浓缩时会导致菌液紧密粘连,不容易分散为单个菌株。
灌胃后进入肠道中可能仍然已菌块的形式存在;无法有效分泌
.。因此,仅仅依靠增加增加..灌胃剂量不能有效增加回
肠中.的含量。在正常情况下,一在肠组织中不表达。
只有当肠道受各种有害刺激因子的损伤如缺血、炎症等情况下大量
表达。发挥重要的抗炎、抗氧化等保护作用。而本实验我们使用的
是正常大鼠,.含量增加后可能会激活.内源性清除
。
从而增加..灌胃次数不能有效增加回肠中.的含量,反
而可能激活.内源性清除机制,使回肠中.的含量降低。
本研究结果可能有一定的理论指导意义。与化学药品不同,乳
酸工程菌进入体内后,其分泌的重组蛋白量与灌胃的菌液量可能不
存在严格意义上的量效关系。如果要提高乳酸工程菌体内分泌重组
蛋白的含量,需要从改善乳酸工程菌的性状及其改变动物胃肠道微
环境等方面进行研究,才能使乳酸工程菌的基因治疗达到一个理想
的效果。
结论
、.一对肠道无损害作用;
、?.在肠道原位分泌重组.的情况非常复杂。单纯
增加?。灌胃剂量和次数不能有效增加回肠中.的含量,
反而可能使回肠中.的含量降低。南京医科大学博士学位论文
第三部分乳酸乳球菌重组对失血性休克大鼠肠道屏
障的保护作用
失血性休克是临床上常见的急症危重病,其并发症和死亡率很
高【】。治疗失血性休克需要及时采取外科止血和液体复苏等综合措
施,治疗时人们往往注意保护重要脏器如心、肺、肾的功能,
而忽略肠道功能的改变【】。实际上,肠道功能在休克的早期首先受
到伤害【,发生细菌移位和释放炎症介质等肠黏膜屏障功能减退的
表现,对全身炎症反应综合征,和多器官功能不全综合征,的发生起到关键和核心的作用。
许多证据表明,在失血性休克期,正常不分泌.的肠道由于
缺血缺氧等刺激开始分泌.【,发挥重要的细胞保护作用【。本
实验拟观察?一对失血性休克大鼠肠黏膜屏障的保护效果。
材料和方法
一、仪器和试剂
.%氯
脑、心浸液培养基 ,,;
化钠溶液,江苏省徐州远恒药业有限公司;旺.伐肿瘤坏 死因子.【和.白介素一试剂盒晶美生物试剂有限公司;. 试剂盒,,;
监护仪 ,,.;髓过
氧化酶活性试剂盒南京建成生物试剂公司;其余试剂为市售。 二、动物分组及灌胃剂量
健康、清洁级标准的雄性大鼠只,体重在~之间, 由江苏省徐州医学院实验动物中心提供。随机分为组 :假南京医
科大学博士学位论文
手术组
:大鼠只进行右股动脉分离和插管;..
组:连续每天一次灌注活菌数达.× ..茵液天.,然 后复制失血性休克模型复制;组:连续每天一次灌注活菌数达 .
茵液天.,然后复制失血性休克模型;..
组:连续每天一次灌注活菌数达.× ..茵液
天;在复制失血性休克模型前小时皮下注射锌原卟啉 ,.蚝;谷氨酰胺组,:
连续每天一次灌胃. 天,然后复制失血
.、溶解于的
性休克模型。所有动物均在实验前适应饲养环境天,实验前禁食 以上但不禁饮,实验后自由饮食,单独饲养。饲养环境和实验室环 境温度保持在。.?之间。
三、失血性休克模型和液体复苏方案
参照文献复制失血性休克动物模型】。 具体步骤为:大鼠麻 醉后,剪去术区被毛,无菌条件下分离右股动脉,用套管针行 股动脉穿刺,成功后与血压换能器所有管道内预充./的肝 素液和 监护仪 ,,
.连接,用于记录血压和脉率。待血压稳定后,在内间断 放血,使大鼠的平均动脉压降至
以下,通过放
血或者回输血液维持在~ 之间,时间为
。休克结束后立即进行液体复苏,将回抽的血液及倍于放血 量的生理盐水经股动脉缓慢逆行输入,内输完,以血压恢复 到放血前的%或者以上为复苏成功。整个实验过程中保持大鼠自 主呼吸空气,并注意保暖。
四、组织标本的收集
取所有存活动物列入实验对象。分别在液体复苏后,无菌条 件下打开腹腔,从大鼠的右心室抽取.的血液注入血培养瓶 中。另外距回肠末端取下~长度的一段小肠,其中用 %甲醛溶液浸泡,余下的回肠立即保存在一。冰箱内。南京医科大
学博士学位论文
五、检测指标
、肠组织活性
采用南京建成生物试剂公司生产的检测试剂盒,用比色法 测量肠组织内的活性。具体操作按照说明书进行。 、
细菌移位
利用全自动血培养仪美国和
软件发现有细菌生长的血培养瓶,然后再利用生物梅里 埃鉴定系统鉴定细菌种类。
、
酶联免疫吸附法检测肠组织.【和.的含量
采用晶美生物试剂有限公司生产的.【和.试剂 盒检测肠组织.和.的含量。基本原理:采用双抗体夹心 法。抗大鼠.【单抗包被于酶标板上,标本和标准品中的 .【会与单抗结合,游离的成分被洗去。加入生物素化的抗大鼠 .【抗体和辣根过氧化物酶标记的亲和素。生物素和亲和素特异 性结合,抗大鼠.伐抗体与结合在单抗上的大鼠.【结合而形 成免疫复合物,游离的成分被洗去,加入显色剂显色。在处 测吸光度值,.【浓度与值成正比,通过绘制标准曲 线求出标本中的.浓度。
、
法检测肠组织.含量
用加拿大公司生产的一试剂盒检测肠组织
的.含量。具体操作按说明书进行。
、组织学检查
级评分法评价
光镜倍下观察肠黏膜形态,采用’
肠黏膜损伤程度刚:分为正常;分为绒毛顶端上皮下间隙增大; 分为上皮层和固有层中度分离;分为绒毛两侧有大量分离伴有部
分
绒毛顶端破损;分为绒毛破损伴有固有层毛细血管大量暴露;分
为
固有层破坏、出血及溃疡。
六、统计学处理
所有数据采用均数土标准差,组内比较用检验,组间比较用 检验。用.软件进行统计分析,尸.认为有统计学意义。南京医科
大学博士学位论文
结果
组织学检查结果
组比较,.?组和组肠组织氏级评分明显
降低,差异有显著性尸.;说明..组在维持肠黏膜形 态方面明显较好,肠黏膜屏障受损明显减轻.。但这种保护 作用可以被.特异性阻断剂取消;说明..对肠黏
膜屏障的保护作用是.特异性的。
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二、肠组织活性结果
主要存在于中性粒细胞中,而在单核细胞和巨噬细胞中分 布较少。活性大小与中性粒细胞的数量相关,可以反映组织内 中性粒细胞的数量【。与组比较,.一组肠组织活性 明显减低.,说明携带一基因的乳酸乳球菌灌胃后,可以 减少失血性休克导致的中性粒细胞激活牙口肠组织中的浸润数
量。因
此,由活化的中性粒细胞介导的炎症反应也就明显降低。但这种
保
护作用可以被.特异性阻断剂取消;说明?.降低
南京医科大学博士学位论文
低活性的保护作用是.特异性的.。仅晚仇基吕。芎口召苫岜?口?卜 ?? / . . .?.
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三、细菌移位检测结果
假手术组、..组、组组和..组血液
、%/、%/
中细菌培养阳性率分别为:、%/
和%/.。与组比较,..组细菌移位发生
率明显降低尸.。说明携带.基因的乳酸乳球菌灌胃后,
能够较好的保护肠粘膜屏障,明显减少肠道内细菌通过受损的肠壁
转移到肠道外器官的发生率。然而这种保护作用可被所取消,
说明这种保护作用是.特异性的。移位的细菌按出现次数依次
为:大肠杆菌、阴沟肠杆菌、粘质沙雷菌、类白喉棒状菌、鲁氏不
动杆菌等。证明移位的细菌主要是肠道内的革兰阴,生菌,它们可
以
通过释放内毒素,引起内毒素血症、脓毒血症乖等并发症。
四、肠组织一伐和一的含量检测结果
与组和..组比较,..组和组的肠
组织.伐的含量明显减低尹均.,而..组和 组的肠组织.的含量却显著的升高尸均.,说明.一 或谷氨酰胺灌胃能明显的降低失血性休克大鼠肠道炎症介质.南
京医科大学博士学位论文
的分泌;促进.的分泌,从而抑制肠道的炎症反应,发挥抗炎 。
效应..
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五、失血性休克复苏后检测结果
与组比较,..组在复苏期各个时间点上,均明显增
高..,说明..组大鼠有足够的血液组织灌注,
能有效增加肠组织内的血液和血氧供应。然而这种保护作用可被 所取消,说明这种保护作用是.特异性的。
南京医科大学博士学位论文
画
言
室
. 一. . .尸. .
.一.
讨论
在失血性休克的早期,由于腹腔内血液灌注减少和血流再分布的 原因,肠道内的血液灌注量明显减少,肠黏膜水肿,发生肠黏膜屏
障
功能减退。肠黏膜水肿,被认为与细菌移位和的发生有关【,。 因此,通过’评分可以判断出肠黏膜受损情况,是反映其功能改 变的形态学指标。
在失血性休克期,肠道内的正常茵群依赖肠道内的营养物质大 量繁殖,细菌和或其释放的内毒素通过受损的肠黏膜屏障转移 到肠道外,这个过程称之为细菌移位。细菌移位导致的炎症介质
释
放,明显比肠道因缺血缺氧刺激引起的炎症介质释放要多【】。目
前
对于发生的病理机制不完全清楚,有的学者认为细菌移位引起 的炎症介质释放起到关键作用【,但也有学者怀疑这种观点【,。 实际上,肠道释放的各种炎症介质,通过激活各种信号通路如激
活
.信号通路,导致各脏器的病理变化,才是导致发生的 真正和主要的原因。本实验通过血液培养证明发生细菌移位, ?.组细菌移位的发生率最低,可以释放较少的肠源性炎症介 质。南京医科大学博士学位论文
在各种炎症介质中,师.被认为是诱导和发生的中
心介质和早期介质,是引起和发生的始动因素【,而 肠道是失血性休克期释放吓.的主要器官和主要来源【,。中性 粒细胞在激发炎症因子的释放如师一,以及随之导致的 的病理变化中有着重要的作用。.是重要的抗炎因子,可以减轻 局部和远方器官的炎症反应,对?有潜在的抑制作用。它的抗炎 作用是通过一发挥的【】。因此通过测量肠道内的活性、.【 和一的数量,可以较准确地反映肠道内炎症介质的释放情况以及 炎症反应的程度。
在失血性休克期,正常不分泌.的肠道,由于缺血缺氧的刺 激开始分泌.,并且在复苏后~达到高峰【。许多证据表明 .在失血性休克期有重要的细胞保护作用,可以改善受损器官的
功能;而阻断.的表达,则可以加重受损器官的损害【。。它是 通过分解血红素使其不能参与氧化作用和或它的三个代谢产 物的作用来完成的。具体保护作用有:?抗氧化作用;?维持微循
环
稳定;?调节细胞生长周期;?抗炎症作用】。
通过携带.基因的乳酸乳球菌对大鼠灌胃,在失血性休克应激 情况下,乳酸乳球菌重组.对回肠有较好的保护作用。表现在:、 ..组有较低的’评分和细菌移位发生率;、?.组回 肠肠组织内的.含量较低;而.含量较高;、..组
活性较低;、.一组休克复苏过程中可维持较高的。这些 结果说明乳酸乳球菌重组.能发挥一定的抗炎作用,从而减轻失