乳酸菌表面蛋白中树突状细胞TLR2配体的分离鉴定及其介导的免疫活化效应研究

Surface proteins of lactic acid bacteria play an important role in their interactions with host cells. However, the immunomodulatory factors in surface proteins and their action mechanisms are not clear.The immune recognition ligand by Toll-like receptor 2 (TLR2) is considered to be the main way to activate the host immune system. In this project, three lactobacillus strains which showed different immunomodulatory characteristics in our previous works, will be used for isolation and identification of dendritic cell Toll-like receptor 2 (TLR2) -interacting protein (TLR-P) from surface protein using molecular cross-linking, Western-blotting and mass spectrometry. The natural TLR-Ps obtained by recombinant expression, monoclonal antibody preparation and immunoaffinity chromatography techniques will be analyzed for their structure and modification site of the lipidated group to elucidate the molecular structural features. The in vitro immune stimulation model using human-derived dendritic cells will be established to study expression level of costimulatory molecules, cytokines and intracellular signaling molecules of dendritic cells induced by TLR-P from different strains, these results will reveal the roles of TLR-P in immune activation and moderation of dendritic cell, and clarify the relationship between the TLR-P structural characteristics and immunomodulatory effects. The findings of this project will have important theoretical and practical significance for efficient screening of lactobacillus immunomodulators and developing new type of probiotic functional dairy.

乳酸菌表面蛋白在与宿主相互作用中发挥了重要作用，但其免疫调节功能及效应分子尚不明确。Toll样受体2（TLR2）与蛋白类配体的免疫识别被认为是介导宿主免疫应答的主要途径。本项目以3株不同免疫调节特性的乳酸菌为研究对象，应用分子交联、免疫印迹以及质谱分析技术从乳酸菌表面蛋白中筛选和鉴定树突状细胞TLR2结合蛋白（TLR-P），通过重组表达、单抗制备以及免疫亲和层析等技术手段分离纯化天然结构的TLR-P，并对脂质化修饰基团及位点进行分析，探明TLR-P分子结构特征。应用人源树突状细胞建立体外免疫刺激模型，研究不同乳酸菌TLR-P诱导树突状细胞的表面共刺激分子、细胞因子以及胞内信号转导分子的表达水平，探讨TLR-P对树突状细胞的免疫激活效应及作用规律，阐明TLR-P结构特征与免疫调节效应之间的关系，为乳酸菌免疫调节剂的高效筛选以及新型功能乳制品开发提供理论依据

一些乳酸菌菌株已经被开发成商品化益生菌制剂，在建立和维持宿主肠道免疫平衡方面有广泛的应用，但是免疫调节作用的关键分子尚不明确。全基因组测序结果显示乳酸菌表面存在220-260个预测蛋白，其中一些表面蛋白可能参与对宿主的免疫调节作用，探索乳酸菌与宿主细胞相互作用的分子及其作用规律，对阐明乳酸菌免疫调节机制、高效筛选乳酸菌免疫调节剂、开发新型功能乳制品具有重要理论和现实意义。本项目优化了乳酸菌表面蛋白的提取方法，研究了表面蛋白提取物对细胞的作用，并通过分子交联，膜蛋白分离、SDS-PAGE电泳、TLR抗体Western、LC-MALDI-TOF/TOF MS鉴定以及生物信息学技术研究了乳酸菌表面蛋白中Toll样受体结合蛋白；通过乳酸菌表面蛋白的表达和抗体制备，研究了Toll样受体结合蛋白在不同乳酸菌表面的分布规律；通过差异转录组学研究了Toll样受体结合蛋白对树突状细胞的免疫刺激效应及作用规律。在此基础上还建立了以表面蛋白为靶标的益生菌的筛选与鉴定技术。结果发现：益生菌L. casei的FimI和 L. rhamnosus的Spa A蛋白是DC表面Toll样受体结合蛋白，其结合与乳酸菌诱导DC的IL-10和IL-12密切相关，FimI和Spa A在蛋白结构上高度同源（>99%）,在菌体表面存在不同形态，FimI散布在L. casei 菌株表面，而Spa A在少数L. rhamnosus菌株表面形成纤细的链珠状菌毛结构（菌毛型）；转录组分析结果显示菌毛型菌株能显著上调树突状细胞epidermal growth factor receptor signaling pathway，NF-kappaB binding，NIK/NF-kappaB signaling、I-kappaB kinase/NF-kappaB signaling途径相关基因表达，而非菌毛型菌株则无明显诱导效应。建立了菌毛型菌株的免疫磁珠富集、菌落免疫印迹（Clony-immunoblotting）以及电化学检测技术，并用于复杂生态体系中菌毛型菌株的高效筛选，获得了具有良好免疫调节功能和加工特性的乳酸菌9株，其中1株菌毛型鼠李糖乳杆菌（L. rhamnosus LRYZU021，CCTCC No：M2017640）已被用于益生菌制剂和新型发酵乳产品的研发。