依据免疫学基本概念，机体对“自身”与“非己”的识别，假设所有的微生物是“非己”，也就被认定所有的微生物为“病原体”。事实上，人类是活在一个微生物占主导的世界并且极大受益于这些微生物群，免疫学的认识也随之转变。因此，超级生物体理论中的“自身”定义扩展到包括我们自己的身体和菌群成分。宿主的黏膜免疫系统的特点是对众多微生物的耐受，而不是反应。颚脊椎动物的适应性免疫系统与复杂的微生物生态系统是共生互惠的关系。

研究证实，肠道菌群是驱动出生后免疫系统发育成熟和诱导免疫反应平衡的基本（原始）因素。肠道菌群对免疫系统的作用是多个方面的，既可对固有免疫反应，又可对适应性免疫反应；既可对黏膜免疫系统，又可对全身免疫系统发挥作用。其作用可以归纳为：①促进出生后肠道黏膜免疫系统和全身免疫系统的发育成熟；②刺激肠道分泌sIgA；③参与口服免疫耐受的形成，包括对无害食物和肠道菌群的耐受；④均衡细胞因子合成和释放而调节肠道免疫炎症反应，并且通过抑制肠道黏膜过度生成炎症因子降低系统全身性免疫应答反应。更深入的研究表明，肠道菌群及其组分（细胞壁、DNA等）能够被固有免疫细胞（巨噬细胞和树突状细胞）和肠上皮细胞的模式识别受体（TLRs、CD14、NOD等）识别，影响其信号传导，特别是核转录因子NF-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）和AP-1（Activator protein-1），进一步控制免疫反应基因的表达，从而发挥其对宿主的免疫调节作用。肠道菌群对免疫系统的作用具有一定的年龄依赖性，即在生命早期尤其重要，可能对以后许多免疫反应的结局起决定性作用。

固有免疫（innate immunity）又称天然免疫或非特异性免疫，包括固有免疫屏障、固有免疫分子和细胞。固有免疫屏障包括皮肤黏膜屏障和局部屏障结构，固有免疫分子包括补体、溶菌酶、细胞因子等，固有免疫细胞包括单核/巨噬细胞、树突状细胞（dendritic cells，DCs）、自然杀伤细胞（NK）和中性粒细胞。固有免疫细胞是机体防御的第一道防线，这些细胞能够识别到“危险”，并且通过合成一些分子如一氧化氮（NO）、细胞因子和趋化因子，杀伤病菌并且把信号传递给其他细胞。

固有免疫是机体接触抗原后首先出现的反应，其特点是快速、无特异性，不能产生记忆。但固有免疫中单核细胞、巨噬细胞和DCs捕获抗原后，能够通过处理加工抗原，将抗原信息传递给T淋巴细胞，启动适应性免疫，该过程称之为抗原呈递，参与这一过程的细胞称之抗原呈递细胞（antigen presenting cell，APC）。另外固有免疫中合成的某些细胞因子也参与适应性免疫的效应过程，在指导适应性免疫应答中起着重要作用，因此固有免疫是适应性免疫的基础，APCs对抗原的识别及信号传递是联系固有免疫和适应性免疫的桥梁。

哺乳类动物的固有免疫系统能够通过模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs），识别许多微生物中共享、结构保守的分子结构，称之为病原相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）。PRRs可以存在于细胞表面，负责识别细胞外的PAMPs；也可以存在于细胞内，负责识别进入细胞内的PAMPs。Toll样受体（Toll-like receptors，TLRs）是一种重要的细胞表面PRRs，主要表达在具有免疫功能的组织和细胞如巨噬细胞和DCs表面，目前至少发现有10种TLRs，TLR2识别革兰阳性菌的肽聚糖（WPG）和胞壁酸（LTA），TLR4识别革兰阴性菌的脂多糖（LPS），TLR3特异性地存在于DCs，识别病毒双链RNA，TLR5识别细菌鞭毛蛋白，TLR7识别双链RNA，TLR9识别细菌基因库中的前炎症CpGDNA（非甲基化的胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤基序，一种免疫刺激序列），单核细胞和巨噬细胞还表达另一种与LPS结合的表面受体，即CD14。除巨噬细胞和DCs外，肠上皮细胞也有TLR2和TLR4分布。NOD（核苷酸结合寡聚化结构域）样受体（NLR）是细胞内重要的PRRs，目前已经确定有20余种NLRs，其中最有特征的NLRs是NOD1（CARD4）和NOD2。这两种受体均能够识别肽聚糖片段。TLRs和NOD在启动固有免疫和适应性免疫、维持黏膜免疫耐受的完整性方面具有重要的作用，并且两者的作用是相互独立的。如LPS、肽聚糖和CpG基元（CpGmotifs）与TLRs结合后能启动MyD88和IRAK信号级联，进而激活核转录因子NF-κB和NF-κB靶基因，使细胞合成并释放促炎症因子，如TNF-α、IL-1和IL-6等；NOD也能够诱导NF-κB的激活或介导程序性细胞死亡。许多研究表明，NOD2的多态性与克罗恩病关联，而NOD1的多态性与肠道慢性炎症、湿疹、过敏和哮喘相关联。CD14、TLR2和TLR4基因多态性与特应性和IgE高水平密切相关。

适应性免疫（Adaptive immunity）由抗原特异性体液和细胞介导的免疫应答组成（体液免疫和细胞免疫），分别表现为形成抗体和细胞应答。参与适应性免疫的细胞主要有三类：APC（主要为DC和巨噬细胞）、T细胞和B细胞。细胞免疫主要需APC和CD8 ⁺T细胞参与，抗体形成主要需CD4 ⁺T细胞和B细胞参加。适应性免疫具有获得性、抗原特异性、自我限制自我耐受和记忆性等特征。

机体初次接触抗原后适应性免疫建立较慢（7～10天），但可以产生记忆，当以后接触同一抗原后能迅速出现反应（1天内）。诱导适应性免疫的第一步是APC呈递抗原，即抗原表位与主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）Ⅰ类或Ⅱ类抗原分子一起形成MHC-抗原复合物被T细胞表面的抗原特异性受体（TCR）识别（第一信号），同时APC表达共刺激分子和T细胞表面的相应的受体结合[CD40和CD40配体，B7-1/B7-2（CD80 和CD86）和CD28等]，形成共刺激通路（第二信号），导致初始T细胞（naive T cell，Th0）激活和增殖，启动适应性免疫应答。Th0细胞向辅助性T细胞1 （Th1）、辅助性T细胞2（Th2）、TH17细胞或调节性T细胞（Treg）的分化。在此分化过程中，微环境中的DC、细胞因子、抗原的性质和剂量等起着重要作用，其中微环境中的细胞因子作为第三信号可能起主导作用。IL-12和IFN-γ诱导Th0向Th1细胞分化；IL-4诱导Th0向Th2细胞分化；TGF-β和IL-6 或IL-21的共同作用诱导Th0向TH17细胞分化；而IL-10和TGF-β则诱导Th0向Treg分化（图2-1）。随着免疫应答的完成，大量激活的细胞凋亡，存活的细胞则形成记忆细胞。

DCs是目前所知的在机体内功能最强的专职APC，能够刺激Th0活化和增殖，在适应性免疫应答中起关键的作用。正常情况下体内绝大多数DCs以不成熟的形式存在于组织中，未成熟DC具有极强的摄取和处理抗原的能力，但仅表达低水平的MHCⅡ类分子、共刺激分子和黏附分子，刺激Th0增殖能力弱。在摄取抗原或受到某些刺激后，未成熟DC开始分化成熟。成熟DC表达高水平的MHC-Ⅱ类分子、共刺激分子和黏附分子，而其摄取加工抗原的能力大大降低。DC在成熟过程中同时发生迁移，由获取抗原信息的外周组织通过淋巴管和（或）血液循环进入外周淋巴器官，并在外周淋巴器官呈递抗原，激发T细胞应答。作为专职的APC，DC能够给Th0细胞提供信号，始动和调整免疫应答，产生不同的结果：免疫反应和免疫耐受。

Th1/Th2平衡：Th1细胞主要分泌IL-2和IFN-γ（一种前炎症因子），促进T细胞的增殖和巨噬细胞的活化，主要参与细胞免疫反应，过度反应可导致迟发型超敏反应、炎症性肠病和自身免疫性疾病的发生。Th2细胞能分泌IL-4、IL-5、IL-6、IL-10和IL-13，这些因子具有抗炎特性，能够诱导B细胞产生大量的同种型抗体及其亚类，包括IgG1、IgG2b、IgA和IgE，过度反应可导致过敏反应。Th1 和Th2两类细胞的激活相互抑制，如IL-10能抑制Th1细胞，而IFN-γ能抑制Th2细胞。

Treg（Tr）是一类不同于Th1和Th2的、具有免疫调节作用的T细胞群体，这些细胞多具有免疫抑制功能，参与多种免疫性疾病发生的病理过程。根据Tr表面标志及产生的细胞因子不同分为CD4 ⁺CD25 ⁺Treg、Tr1和Th3细胞，CD4 ⁺CD25 ⁺Treg的主要机制是通过细胞的直接接触，发挥免疫无能和免疫抑制两大功能；Tr1也是CD4 ⁺T细胞，增殖能力强，主要通过分泌IL-10发挥旁观者抑制效应；Th3 型CD4 ⁺Tr主要分泌TGF-β，对Th1和Th2均具有抑制作用。

TH17细胞是最近发现的CD4 ⁺效应T细胞的新亚群。Th0细胞在TGF-β和IL-6或IL-21的共同作用下分化发育成为TH17细胞。TH17表达的细胞因子和生物学功能、分化过程完全不同于Th1、Th2细胞，分化成熟的TH17可以分泌IL-17、IL-21、IL-22、IL-6、TNF-α等多种细胞因子，而IL-23在促进IL-17分泌，增强TH17细胞效应功能方面发挥重要作用。已经确认TH17路径在多种自身免疫性、过敏性和细菌免疫性疾病中起关键作用。目前认为，Th1、Th2、Treg、TH17细胞的分化之间存在微妙的调节关系，在体内共同维持免疫平衡，如果这一平衡被破坏，则引起过敏性疾病或自身免疫性疾病。

肠道黏膜免疫系统（intestinal mucosal immune system）是由覆盖有黏液和抗微生物物质的单层上皮细胞，并且装备有宿主防御的天然免疫和获得免疫成分组成。因此肠道上皮不仅是消化、吸收营养物质的场所，而且还是机体免疫系统与微生物相互作用的最大器官。肠道微生物群影响肠道黏膜免疫组织的发育和成熟。

肠道黏膜免疫系统由大量弥散性分布在肠黏膜上皮和黏膜固有层（lamina propria，LP）的免疫细胞和免疫分子，以及诸如派氏集合淋巴结（Peyer’s patches，PPs）和肠系膜淋巴结（MLN）等肠道相关淋巴组织（gut-associated lymphoid tissues，GALTs）组成。

肠黏膜上皮细胞（intestinal epithelial cell，iEC）屏障功能和天然免疫是宿主防御最重要的部位，如杯状细胞分泌黏液覆盖于整个肠上皮，起到防御和保护作用；隐窝下的潘氏细胞分泌抗菌多肽（antimicrobial peptides，AMPs）或α-防御素，iEC分泌β-防御素保护宿主等。iEC能通过表达细胞因子受体和MHCⅠ类或Ⅱ类分子和CD1抗原发挥抗原呈递功能。iEC也在肠道菌群与黏膜免疫交互作用的信号传导中起部分作用。此外iEC还具有摄取和释放sIgA和分泌细胞因子TGF-β、IL-1、IL-6、IL-7、IL-8等，通过释放这些细胞因子向肠黏膜上皮层内的潘氏细胞、上皮细胞内（间）淋巴细胞（interepithelial lymphocyte，IEL）等传递信息，激活树突状细胞、NK细胞、巨噬细胞等，启动天然免疫和特异性免疫应答。

依据肠道黏膜免疫系统的解剖和功能分为诱导部位（inductive sites）和效应部位（effector sites），诱导部位主要包括PPs和肠系膜淋巴结；效应部位包括分布于绒毛固有层中大量的淋巴细胞（lamina propria lymphocyte，LPL）和上皮细胞内（间）淋巴细胞（interepithelial lymphocyte，IEL）（图2-2）。

GALTs是肠道黏膜免疫系统诱导免疫应答的部位，主要分布于回肠和结肠黏膜下层的PPs和肠系膜淋巴结，其中PPs是诱导免疫应答的极其重要的场所。PPs中心区域富含B细胞，受抗原刺激后形成生发中心，类似于脾和淋巴结内的二级滤泡，B细胞主要为IgA+细胞，少数IgM+、IgD+细胞位于滤泡间区。T细胞主要分布于滤泡间区，形成滤泡间T细胞区（IFR），包括CD4 ⁺和CD8 ⁺T细胞，95%以上的T细胞表达αβTCR，少数表达γδTCR。PPs中50%～60%的αβTCRT细胞为CD4 ⁺T细胞，其余为CD8 ⁺T细胞。

PPs表面被特化的小肠上皮，即滤泡相关上皮（FAE）覆盖，其内含有M细胞（又称微折叠细胞，membrance cell or micrfold cell）。M细胞在肠腔面形成微折叠，替代了存在于吸收性肠上皮细胞表面的微绒毛，并且缺乏厚的表面多糖被，不能分泌黏液。M细胞通过内吞作用从肠腔摄取抗原（蛋白质、颗粒物质、细菌、病毒和寄生虫），然后将这些分子或颗粒以囊泡形式转运到细胞基底面，再释放到细胞外。在其基底侧，DCs摄取从M细胞释放的抗原物质，携带这些抗原物质进入PPs的诱导部位或通过淋巴管进入肠系膜淋巴结，再进行加工处理和MHCⅡ类分子形成复合物，呈递给特殊的T细胞，激活免疫反应，决定着免疫反应或免疫耐受。DCs在T细胞激活过程和后来的B细胞IgA转型和分化中起关键性的作用。

肠道黏膜免疫的效应部位包括上皮细胞内淋巴细胞（IEL）、浆细胞、NK细胞和固有层淋巴细胞（LPL），如T细胞、B细胞、浆细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和肥大细胞。IEL是人体内最大的淋巴细胞群，人类90%以上IEL为αβTCRCD8 ⁺T细胞，少数为γδTCRCD8 ⁺T细胞、sIgA+B细胞和NK细胞。IEL表达CD69（CD69为表达于活化T、B细胞的一种活化诱导分子）和αEβ7整合素，缺少CD2（CD2为大多数T细胞所具有），对丝裂原刺激很少产生增殖反应。IEL具有抑制超敏反应及抗肠道感染的作用，并分泌IFN-γ、IL-5、TFN-α和IL-2等淋巴因子以发挥抗细菌、抗病毒及抗局部细胞癌变的作用。LPL主要为有记忆功能的CD4 ⁺T细胞和sIgA+B浆细胞。CD4 ⁺T细胞表现为免疫调节作用，能分泌IL-10、TGF-β等下调免疫反应的细胞因子，也可影响B细胞分泌sIgA，此后大部分T细胞经历凋亡过程。这一机制在维持肠道自身平衡，防止针对肠腔内抗原引起免疫反应中起重要的作用。B细胞主要通过分泌sIgA发挥免疫效应，B细胞在由IgM+B向IgA+B细胞转型过程中受IL-10、TGF-β和IL-4等细胞因子，PPs中的DC和T细胞携带的细胞信号的影响，sIgA+B细胞能合成IgA二聚体和J链，然后借助肠上皮细胞表达的多聚免疫球蛋白IgA受体（pIgR），穿过上皮细胞进入肠腔，在此过程中IgA二聚体与分泌成分（secretory component，SC，一种由pIgR衍生的蛋白）结合形成能抵抗蛋白酶水解的sIgA。sIgA可与病原微生物、毒素及抗原物质结合，阻止病原体的入侵和抗原物质的渗透，而不激活强烈的炎症反应和细胞毒反应。

Naive B细胞和T细胞经过高内皮静脉（high endothelial venules，HEV）进入GALTs，被激活后，形成记忆或效应细胞，经过淋巴引流管进入血液循环，随着血流再归巢到黏膜效应部位，在淋巴细胞的循环和归巢过程中，微血管内皮细胞的黏附分子和趋化因子发挥引导和“把门”作用。在效应部位有大量的B细胞、分泌IgA、IgM和IgG的浆细胞和CD4 ⁺T细胞，产生免疫反应或免疫抑制（耐受）。

是指黏膜淋巴细胞从诱导部位归巢到效应部位的过程。在PPs内的T细胞被抗原激活后，促使未成熟的B细胞进行型转换进而形成抗原特异性的IgA ⁺B细胞。这些受刺激的淋巴细胞离开PPs，经肠系膜淋巴结、淋巴管，最终进入胸导管，再进入全身血液循环，此后淋巴细胞表面表达的整合素α4β7，与肠道特异性血管黏膜定居素（addressin）MadCAM-1结合，诱导淋巴细胞穿过血管内皮到达肠固有层和上皮。

在PPs中致敏的淋巴细胞进入体循环，再回归到黏膜部位发挥免疫效应有重要的生理意义。已经证实，肠道相关淋巴样组织（gut-associated lymphoid tissue，GALT）中激活的T细胞和B细胞，能够到达多个包括肠道、呼吸道、生殖道等在内的黏膜相关淋巴样组织（mucosa associated lymphoid tissues，MALT），发挥针对同一抗原的免疫反应，这一系统统称为共同黏膜免疫系统（common mucosal immune system）。淋巴细胞特定的再循环及其选择性地分布是由淋巴细胞和黏膜血管的黏附分子所介导的。

肠道黏膜免疫系统具有两类重要生理功能（图2-3）。一是抑制功能，即正常肠道黏膜免疫系统不会针对食物中的可溶性蛋白和肠道中的正常菌群抗原引起局部和周围免疫应答；一是sIgA的免疫清除作用，保护肠黏膜免受致病菌的侵入和防止肠道正常菌群的移位（Translocation），目前尚不清楚口服耐受的诱导中是否有sIgA的参与。肠道黏膜免疫系统功能出现障碍时，将发生肠道/或全身感染，对食物蛋白的高敏反应和炎症性肠病（IBD）。

口服耐受（oral tolerance，OT）是指口服可溶性蛋白抗原后，引起机体对该抗原不产生黏膜和全身免疫应答，而对其他抗原仍保持正常的免疫应答的状态。口服耐受现象的发现已有九十多年的历史，说明肠道具有诱导耐受形成的独特特性。影响口服耐受形成和持续时间的因素有抗原的性质和剂量，宿主的遗传、年龄及有无改变肠黏膜通透性的炎症性疾病，肠道菌群和细菌毒素等。

口服耐受机制复杂，可能与多种因素有关。肠道黏膜免疫系统对食物耐受性的机制可能为：①黏膜局部APC呈递食物及其他经口进入的抗原肽给T细胞，诱导了抗原特异性T细胞的凋亡，此现象在经口摄取大剂量抗原的实验动物得到证实；②经口摄取大剂量抗原诱导T细胞的无能性（anergy），即由于无炎症反应产生，缺少协同刺激信号，使得识别抗原肽的特异性T细胞对该抗原肽的刺激不能形成反应（即耐受）；③小剂量抗原诱导了调节性T细胞的产生，抑制对再次抗原刺激的特异性应答产生。Th3 和Tr1细胞可分泌IL-4、IL-10和TGF-β等细胞因子，抑制Th1细胞的应答发生，同时局部抗体的产生水平也较低，形成所谓的抗原驱动性抑制或旁观者抑制（bystander inhibition）。目前认为，有两条对可溶性食物抗原进行呈递的途径特定地诱导了上述免疫耐受机制的发生：一是可溶性食物抗原由肠道局部的APC呈递，如PP结中的DCs呈递抗原时，在缺少炎性刺激的情况下，有助于诱导耐受性。二是由肠上皮细胞（iEC）呈递食物抗原，iEC表达MHCⅠ类和Ⅱ类分子，但缺乏协同刺激分子，在呈递抗原给IEL时，由于缺少共刺激分子的作用，将诱导T细胞的无能性。此外iEC还可产生IL-10和TGF-β，抑制邻近T细胞免疫活性，发挥旁观者抑制效应，参与免疫耐受的形成。

肠道内有大量的微生物定居，肠道生态系统的长期进化最终导致GALTs下调针对正常存在的有益菌群的固有炎症反应，有人把它称之为“生理性炎症”。GALT对有益菌的低反应性主要是由有益菌自身的特点、iEC表面的特性及肠道黏膜固有层（LP）内免疫细胞的特点等三个方面的因素所决定。①有益菌自身的特点：与致病菌不同，有益菌不能表达黏蛋白酶及黏附、定居和侵入因子，因此不能分解肠道内保护性的黏液层，小肠蠕动形成的黏液层流可以将有益菌冲离肠道表面，使其不能黏附iEC，破坏上皮屏障；②iEC表面可能缺少识别有益菌PAMPs的Toll样受体（TLR），如TLR2、TLR4和CD14，因此不能有效地识别有益菌的PAMPs。研究发现，诱导活化细胞核受体过氧化物酶体增殖子活化受体γ（proliferator-activated receptor-γ，PPAR-γ）可抑制TLR诱导的NF-κB 信号传导通路，从而抑制了炎症反应的发生；③LP内含有特殊的耐受性DCs和巨噬细胞。最近的研究表明，肠道巨噬细胞和DCs的功能与外周免疫中的不同，在生理状况下，巨噬细胞和iEC不表达CD14（针对细菌LPS的表面受体）和CD89（IgA受体），因此它们不能针对LPS合成炎症因子引起反应，由于巨噬细胞缺乏CD89，则下调IgA介导的吞噬反应，使释放氧介质，白三烯和前列腺素等前炎症因子的能力降低。除以上机制外，近年的研究还发现，肠道有益菌群诱导调节性T细胞的产生在维持黏膜对有益菌的耐受中起着重要的作用。虽然肠道中CD4 ⁺T细胞能正常地识别局部有益菌群，但它们的反应能够被局部调节性T细胞以IL-10和（或）TGF-β的方式抑制，CD4 ⁺CD25 ⁺Treg在抑制细菌抗原的免疫应答中也起重要的作用。此外针对肠道有益菌的免疫耐受可能还存在着其他的调节机制，涉及针对细菌组分的特异性免疫应答，主要为对NF-κB通路的调节。

以上多种机制使肠道黏膜免疫系统对肠道菌群的反应处于较低的水平或耐受状态，维持着肠道内环境的稳定。在防止肠道菌群引起的炎症反应调节过程中，存在着肠道免疫系统和肠道菌群之间的“交叉对话”。这一过程是通过对某些核转录因子，如NF-κB激活的调节实现的，NF-κB可能在肠道的不同部位存在差异或起主要的作用，他们的作用是由肠道有益菌，也可能是由外源性非致病菌介导的。一旦肠道内环境的稳定状态发生变化，可以改变NF-κB通路的抑制因素，导致前炎症因子的释放和（或）上调CD14表达。在肠道黏膜炎症过程中，血液中CD14 ⁺单核细胞可能回流到肠黏膜加重炎症反应，这种情况常见于炎症性肠病（IBD），IBD时肠道对有益菌群的耐受存在缺陷。时期的免疫反应仍然处于低下的状态。首先，出生时新生儿B细胞能分化为产生IgM的浆细胞，但不能分化为产生IgG和IgA的浆细胞，因此出生时不能测出分泌型IgA，IgG则来自于母体。产生IgA的浆细胞要到10天左右才能分离到。2～4周后，产生IgM和IgG的浆细胞数量迅速增加，而产生IgA的浆细胞要到12个月后达到最高峰。其次新生儿T细胞，包括CD4 ⁺和CD8 ⁺细胞的总数高于成年人，但大多数在表型和功能上处于原始状态，90%为CDRA45 ⁺。新生儿T细胞的激活阈值及共刺激依赖IL-2的程度较高，而产生IL-4和IFN-γ的水平低，CD40表达存在缺陷。针对T细胞依赖和非T细胞依赖抗原的免疫反应也有的年龄相关性，但两者明显不同，一般非T细胞依赖反应在出生时缺乏，以后缓慢发育，4～6岁时达到成人水平；而T细胞依赖反应代表B细胞受体多样性和激活B细胞记忆反应的功能在出生时或出生不久即可建立（表2-1）。

肠道黏膜免疫系统的另一项重要功能是分泌sIgA抗体，sIgA是黏膜表面的最重要的抗体，在选择性IgA缺乏的患者，分泌性IgM也能起引黏膜保护作用。sIgA发挥免疫清除（immune exclusion）作用，而不引起免疫炎症反应。sIgA通过与微生物抗原结合，阻止其黏附与入侵，在防止肠道条件致病微生物（沙门菌、志贺菌、肠致病性大肠埃希菌、弓形体、轮状病毒等）感染方面起重要的作用。sIgA还能中和毒素和阻止病毒在肠上皮细胞中复制。此外sIgA能预防致病菌和非致病菌向肠道外移位。

肠道菌群对促进sIgA的产生起重要作用。动物实验显示，与普通小鼠比较，无菌小鼠的肠道中产生IgA的细胞数减少了10倍，并且其血清中测不出IgA，这些小鼠肠道重新定植菌群3周内，IgA分泌细胞数恢复正常。

出生时新生儿免疫系统虽已比较完善，但这一

出生时胃肠道的黏膜免疫系统的活性较低，在Peyer结和其他黏膜免疫组织中，虽然在妊娠19周时即可以分离到T细胞和B细胞，但是象征B细胞活动的生发中心的次级滤泡尚处在静止状态，直到生后数周才逐步活跃起来（表2-2）。

由以上可见，出生后免疫系统持续的发育与成熟需要不断地接受过外界抗原的刺激，在通过接触各种抗原的过程中如感染、疫苗接种、肠道菌群的刺激等得以“学习”和接受“教育”，在这些因素中，肠道菌群是最重要的微生物刺激来源，它是驱动出生后免疫系统发育成熟，甚至是诱导以后免疫反应平衡的原始的基本因素。目前的研究表明，肠道菌群的作用具有一定的“年龄窗口期”，这也是为什么出生后肠道菌群的“程序化建立”对个体的免疫系统发育成熟及其免疫反应有如此重要性的原因。如果在出生后肠道菌群建立延迟或长期紊乱，由此带来的肠道黏膜免疫和全身免疫反应异常，与过敏性疾病、炎症性肠病、自身免疫性疾病等有密切的关系，可能影响到一个人的终身健康。

肠道菌群对宿主的肠道黏膜和全身免疫系统有明显的作用。这种作用可能是由全部肠道菌群发挥的，也可能是由肠道菌群中的某种主要细菌发挥的。而且出生后的一段时期可能在肠道菌群与宿主重要的免疫功能发育之间的“对话”起关键的作用，尤其是涉及免疫抑制应答方面。

宿主遗传因素、环境因素，其中包括微生物影响免疫系统的发育与成熟。目前的研究已经表明，肠道菌群的存在对肠道免疫系统的发育和激活有着重要的作用，甚至许多作用可能还没有引起注意。肠道菌群的这一作用在新生期尤其重要，能够对以后许多免疫反应的结局起决定作用。

GALT中PPs和系膜淋巴组织的发育，是在胚胎无菌环境通过淋巴组织诱导细胞（lymphoid tissue inducer cells）诱导生成。其过程是视黄酸诱导间充质细胞产生CXC趋化因子配体13（CXC-chemokine ligand 13，CXCL13），而后招募淋巴组织诱导前体细胞，并刺激这些前提细胞集聚，成为成熟的淋巴组织诱导细胞。这些淋巴组织诱导细胞诱导间质组织中的细胞分化，通过分泌表达几种细胞因子和黏附分子，吸引更多免疫细胞集聚，最终形成GALT。GALT的发育成熟包括淋巴组织的大小和生发中心的发育（B细胞增生、分化的部位和淋巴结的体细胞超变部位），依赖于出生后肠道微生物群的定植。研究证实，无菌鼠的PPs、系膜淋巴结和脾脏的白髓则发育差，sIgA产生细胞和固有层（LP）CD4 ⁺ T的细胞数明显减少。

与微生物群定植的同时，隐窝斑（cryptopatches）又称淋巴组织诱导样细胞（lymphoid tissue inducerlike cells）出生后在固有层积聚。隐窝斑招募B细胞后发育成为独立淋巴滤泡（isolated lymphoid follicles，ILF），类似于PPs的淋巴组织，作为肠道免疫诱导部位。此过程依赖于肠道微生物群的定植，无菌鼠则无法形成ILF。使用革兰阴性菌纯化的肽聚糖处理无菌鼠，无菌鼠的ILF即可出现，表明肠道某种细菌独立掌控此种特异模式。体细胞和上皮细胞主要是通过模式识别受体（PRR）NOD1来识别肠道微生物的肽聚糖，部分通过TLR识别。肠道微生物群激活NOD1引起CC趋化因子配体20（CC-chemokine ligand 20，CCL20）以及β-防御素3的表达增加，通过与CC趋化因子受体6（CC-chemokine receptor 6，CCR6）的结合，激活ILF。

肠道菌群除对淋巴组织的发育调节外，还调节各种免疫细胞的成熟和分化。这对于维持宿主和肠道微生物群交互的稳态有着重要意义。

与新生期一样，成年无菌小鼠的IgA分泌细胞（IgA-SC）数量降低，接种肠道细菌后3周，IgA-SC数量与普通小鼠相当。正常小鼠在6周龄或婴儿在1～2岁时IgA-SC数量才能达到成年水平，这种重要的发育延迟可能是由于新生期肠道免疫系统发育的不成熟和（或）母乳中存在的抗体的抑制作用造成，但也可能与出生后直至断乳期按顺序建立的肠道菌群的刺激作用有关。为了排除肠道免疫系统发育不成熟和母乳因素的影响，而只观察肠道菌群的作用，使用成年悉生小鼠模型进行研究，分别给成年悉生小鼠接种出生后1～25天（即断乳后6天）普通小鼠的全部肠道菌群，4周后处死动物，使用免疫组织化学技术观察肠绒毛中IgA-SC的数量。结果显示，出生后3～21天普通小鼠肠道菌群对成年悉生小鼠的IgA-SC的数量起部分刺激作用，而25天普通小鼠肠道菌群的刺激作用与成年普通小鼠作用相同（表2-3）。

这些结果明显说明肠道菌群的顺序建立在肠道IgA-SC数量上的重要作用和断乳后肠道菌群多样性在这一过程中的关键作用。考虑到细菌刺激与肠道IgA-SC应答之间存在3周的延迟，上述结果还表明在新生期动物出生后即具备形成sIgA应答的能力，反应的强度取决于肠道中肠道菌群刺激的能力。

肠道中分布着特征性的DCs亚群，在指导适应性免疫应答向耐受方向发展起关键作用。在无菌小鼠和新生期，炎症刺激是DCs成熟的非常重要的因素，已经证实炎症刺激因子如LPS能够使DCs快速向MLN转移。给大鼠腹腔内注射IFN-γ可以增加肠道DCs的发育速度。由此得出炎症因子是维持DC活化的重要的生理因素，肠道菌群在此过程中可能发挥重要的作用。

关于肠道DCs的特殊功能，是在特殊的趋化因子或黏附因子控制下具有特殊功能的DCs聚集至肠黏膜，还是这些因子到达局部组织后DCs前体细胞发生了改变？目前认为，DCs是整合遗传和环境因素以塑造T细胞对局部抗原的免疫应答，达到维持自身稳定的细胞。肠上皮细胞具有产生TGF-β的基本能力，通过该调节因子可以控制致炎细胞因子的分泌，发挥首要的调节作用。最近的研究显示绒毛固有层（LP）基质细胞在从肠道菌群吸收的生理水平的LPS作用下，能产生环氧化酶2（COX2）依赖的前列腺素E2（PGE2），这些代谢物能下调针对食物抗原的免疫应答。并且在对LPS的应答中DCs本身也可以表达COX2和产生PGE2，由于PGE2能使DCs向产生IL-10的抑制表型极化，这可以解释在正常肠道中有较多的DCs的存在。

出生后，GLALT和固有层的淋巴组织诱导样细胞表达核RORγt，但缺乏NKp44。RORγt ⁺NKp46 ^­淋巴组织诱导样细胞可分化成RORγt ⁺NKp46 ⁺自然杀伤（NK）细胞，不同于常规的NK细胞，不分泌IL-1β或分化为杀肿瘤细胞。其分化需要激活的髓系细胞和上皮或内皮细胞分泌IL-23以及肠道微生物的存在，研究发现，无菌鼠较普通鼠少有RORγt ⁺NKp46 ⁺自然杀伤（NK）细胞。这些细胞分泌IL-22，促进肠屏障的完整，通过信使转导子与转录活化子3（STAT3）诱导上皮的修复减少细菌的渗滤，并分泌抗菌蛋白。因此，肠道菌群通过调节黏膜的稳态促进肠黏膜屏障功能，其中是通过促进RORγt+NKp46+自然杀伤（NK）细胞获得。

是以表达一种稳定的T细胞受体α-链为特征的T细胞亚群，肠道微生物群同时也对iNKT细胞的丰度进行调节。一旦分泌促炎TH1和TH2类型的趋化因子和细胞因子，包括γ-IFN、IL-2、IL-4、IL-13、IL-17A、IL-21 和TNF等的激活，这些细胞即有促炎症作用。与自然杀伤（NK）细胞比较，无菌鼠结肠的iNKT多于普通鼠，这意味着肠道微生物群通过减少这些促炎症细胞的数量维持肠道免疫的平衡。研究表明，肠道微生物群与iNKT细胞数量有年龄依赖的关系，即新生无菌鼠接种普通鼠肠道微生物群能使iNKT细胞数量正常，而具有保护 唑酮诱发结肠炎和卵白蛋白诱发过敏性肺部炎症，而成年无菌鼠却不能减少iNKT细胞数量。

证据表明，肠道微生物群对肠道固有层和全身的T细胞布局进行了塑造。肠黏膜T细胞是肠道免疫平衡重要的“立法者”，这是由于T细胞不但抵御肠道病原体，而且促进受损或感染肠黏膜的愈合、屏障修复以及再生。依据T细胞产生的细胞因子和趋化因子，T细胞或分化为促炎免疫反应TH1、TH2和TH17亚型，或分化为抗炎免疫反应Treg（CD4 ⁺CD25 ⁺FOXP3 ⁺ regulatory T）或TR1（CD4 ⁺ CD25 ⁺ FOXP3 ^­ type 1 regulatory T）细胞亚型。促炎和抗炎T细胞的平衡决定了整体的免疫平衡。研究发现，脆弱类杆菌（bacteroides fragilis）诱导肠黏膜固有层以及血液循环CD4 ⁺T细胞分化为可分泌IL-10的Treg细胞发挥抑制促炎TH17反应的作用。这个过程是由脆弱类杆菌外膜上的多糖（polysaccharide A，PSA）与CD4 ⁺T细胞的受体TLR2结合，激活包括MYD88级联信使诱导Treg细胞的分化。缺乏PSA的变异类杆菌，则不能诱导Treg细胞的分化，而纯化的PSA则有和野生脆弱类杆菌相同的作用。

对普通动物使用肠道有益菌，观察其对肠道免疫系统的影响为研究肠道菌群的免疫作用提供了另外一种途径。许多研究同样也证实了肠道菌群对肠道免疫系统的激活作用。干酪乳杆菌能增加小鼠PPs中B细胞数量，增加小肠黏膜中浆细胞和淋巴细胞的数量，增加结肠和小肠中产生IgA细胞数量；增强其对刺激的增殖反应和增强其对沙门菌感染的抵抗力。口服干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌能增加小鼠肠液中的sIgA，但仅有干酪乳杆菌能增加针对沙门菌的特异性sIgA。双歧杆菌能促进小鼠肠道DC的发育成熟、增加其数量。

普通小鼠肠道菌群中某种细菌的作用。研究显示某些革兰阴性细菌如大肠埃希菌和类杆菌可能通过其细胞壁中含有的LPS对免疫发挥非特异的佐剂作用。这些研究已经显示出肠道菌群多样性在年幼时期对肠道免疫系统发育完全的重要性，进一步加深了对食物改变与肠道菌群多样性之间的密切关系及其对肠道免疫系统作用的认识，过早或过晚的食物改变可以影响肠道菌群平衡，进而影响肠道免疫系统的发育。

对新生儿肠道黏膜免疫系统的研究结果与上述动物研究是一致的。虽然在出生时，PPs和其他黏膜免疫组织已发育成熟，但是此时的胃肠道黏膜免疫系统的活性较低，象征B细胞活动的生发中心的次级滤泡尚处在静止状态。出生5天内的新生儿，在外周血中几乎测不到分泌IgA的B细胞，推测这种B细胞是由PPs衍生出来的，然后随血流到达黏膜效应部位，出生一个月后，这些细胞显著增加。这意味着出生后需要有持续不断的微生物和外界环境对GALT的刺激所致。

研究发现，0～6个月健康婴儿的肠道内脆弱类杆菌和双歧杆菌定植的时间越早，外周血中IgA分泌细胞的含量可以越早地被检测到；而随着肠内脆弱类杆菌和双歧杆菌数目的增加，外周血中的IgA定向细胞的数量也逐渐增加。检测外周血中IgA定向细胞，是测定肠黏膜表面体液免疫反应的一种敏感有效的办法。婴儿2岁时IgA分泌细胞数量已完全发育，正好与稳定的肠道菌群形成时间一致。另一项研究发现，在婴儿早期粪便样本中的双歧杆菌种属的数量与黏膜sIgA分泌的水平呈显著相关，提示双歧杆菌的多样性能促进黏膜sIgA系统的成熟。

产生和分泌sIgA是肠道黏膜免疫系统最重要的功能之一，目前的研究显示，肠道菌群能够明显增加特异性sIgA的生成，在针对肠道病原特异性IgA免疫应答中起着非常重要的作用。

婴儿肠道菌群的多样性主要取决于乳汁的类型，众所周知母乳喂养婴儿肠道感染发生率明显低于配方奶喂养婴儿，母乳中含有丰富的生物活性因子，能够直接保护婴儿免受肠道病原感染，但母乳喂养也影响着婴儿肠道菌群的组成，促进双歧杆菌的生长。为了证实肠道菌群对肠道特异性IgA免疫应答的作用，在一项研究中，建立了抗轮状病毒IgA应答的小鼠模型，该实验使用成年无菌小鼠，排除了肠道免疫系统发育不成熟和母乳因素的影响。实验设计为首先从母乳或配方奶喂养婴儿粪便中分离出优势菌群，分别为双歧杆菌、大肠埃希菌、链球菌和大肠埃希菌、链球菌，然后定植入成年无菌小鼠肠道，两组小鼠除肠道中有或无双歧杆菌以外，其他饲养条件完全相同。以后同时给两组小鼠口服接种轮状病毒，3周后使用ELISA方法检测粪便中抗轮状病毒IgA在1个月内应答的动态变化，处死后使用固相酶联免疫斑点技术（ELISPOT）观察抗轮状病毒IgA分泌细胞的数量。结果显示，两组无菌小鼠抗轮状病毒IgA应答的动力学相似，但在接种轮状病毒20天时的最高水平有显著差异，“母乳喂养”组比“配方奶喂养”组高4倍，两组抗轮状病毒IgA分泌细胞数量的差别与上述相同。为了进一步评价婴儿肠道中双歧杆菌（革兰阳性菌）和大肠埃希菌（革兰阴性菌）这两种细菌的免疫调节作用，另设两组无菌小鼠进行实验，结果见表2-4。

上述结果明显表明，两歧双歧杆菌对肠道抗轮状病毒IgA免疫应答有辅佐作用，而大肠埃希菌对其有抑制作用，在婴儿肠道中存在的双歧杆菌对大肠埃希菌的抑制效应有调节作用。

这些结果也显示，尽管无菌小鼠的肠道免疫系统发育较差，但仍具有产生抗轮状病毒IgA应答的能力，提示细菌定植后诱导的非特异性IgA应答与特异性抗轮状病毒IgA应答之间缺乏关联。这一结论也被以前的研究所证实，Cebra等观察到1周龄新生儿口服接种脊髓灰质炎或乙型肝炎B病毒后具有产生保护性免疫的能力，但几个月后天然性sIgA才能发育完全。因此产生高水平的抗轮状病毒IgA应答与肠道菌群的作用有关，而与肠道免疫系统发育无关。至于某些肠道细菌针对肠道病原的sIgA应答发挥作用的分子机制仍然需要进一步研究。表2-4的结果还表明，双歧杆菌对免疫的辅佐作用有菌株依赖性，这与应用不同的乳杆菌菌株作为益生菌制剂在其他小鼠进行的研究结果相一致。

Yasui等观察了给小鼠喂饲短双歧杆菌YIT4064后，再进行口服轮状病毒免疫的作用，结果显示，双歧杆菌YIT4064能增强对轮状病毒诱发腹泻的保护作用，该菌株具有诱导PPs细胞产生大量IgA的能力，这一研究还证实，口服使用肠道有益菌能增加小鼠乳腺中抗轮状病毒IgA的产生，从而保护哺乳幼仔免受感染。Qiao等使用两歧双歧杆菌和婴儿双歧杆菌或添加益生元喂养轮状病毒感染Balb/c小鼠，观察双歧杆菌及益生元治疗轮状病毒感染的免疫反应，结果表明喂服单一双歧杆菌组和同时添加益生元组，与对照组比较均能够显著缩短病程，明显增加小鼠血液和粪便中特异性抗轮状病毒IgA的水平，双歧杆菌组和同时添加益生元组之间无明显差异。

一项研究表明，婴儿口服轮状病毒疫苗的同时，加服鼠李糖乳杆菌能明显提高抗轮状病毒IgA的阳转率。Mullie等给刚出生的婴儿喂养含双歧杆菌的发酵配方奶持续4个月，其间口服接种2次脊髓灰质炎病毒疫苗，在第2次接种疫苗之前和1个月以后，检测婴儿体内特异性抗脊髓灰质炎IgA抗体，结果表明使用发酵配方奶喂养的婴儿特异性IgA抗体明显高于对照组。以上研究说明某些肠道有益菌具有佐剂效应，对口服疫苗有辅助免疫的作用，但这一效果并不是在所有的有益菌和所有的疫苗中出现。另外有多项随机对照研究证实口服鼠李糖乳杆菌能明显缩短儿童急性轮状病毒肠炎的病程，其作用有免疫机制的参与。Isolauri等应用Elispot技术（固相酶联免疫斑点），检测了血液中Ig分泌细胞数量和特异性抗体分泌细胞的频数，显示急性轮状病毒肠炎患儿口服乳杆菌菌株GG后血中IgG、IgA和IgM分泌细胞数量明显增多，特异性抗轮状病毒IgA应答增强。

综合以上结果提示，婴儿肠道中存在的某些菌株，如双歧杆菌菌株或具益生作用的过渡菌株能激活免疫应答，为了更好地发挥其对肠道特异性免疫应答的作用，在婴儿出生后正常定植或作为益生菌使用时，确定不同菌株的作用是非常重要的。

肠道菌群不仅对肠道黏膜免疫系统发育和激活有着重要作用，同样对肠道外的全身免疫系统也有重要的作用。

固有免疫在免疫系统的激活和适应性免疫应答的形成中起非常重要的作用。巨噬细胞和DCs通过抗原呈递活性和合成大量的前炎症细胞因子（IL-8、IL-1、IL-6、TNF-α和IL-12）在调节免疫应答中起关键的调节作用。他们是宿主的“门卫”，产生对致病菌的固有抵抗，通过刺激T细胞免疫和调节TH1/TH2平衡产生特异性免疫应答。

推测新生期免疫缺陷可能由APCs功能发育不成熟所致，肠道定植的细菌对APCs的成熟起重要的作用。一项研究证实，新生小鼠脾脏DCs能够产生具有生物活性的IL-12的内在能力，并且在体外受LPS刺激后，能够上调MHC和共刺激分子的表达。因此新生期DCs已经具备完整的固有免疫功能，但需要通过肠道菌群提供的细菌刺激经TLR识别被激活。Nicaise等发现普通小鼠相对于无菌小鼠，脂多糖刺激脾脏来源的巨噬细胞产生IL-12的作用明显增强，提示完整肠道菌群是脾脏产生IL-12的基础。而IL-12是连接固有免疫和获得性免疫的一个重要纽带，能有效地提高机体的细胞免疫防御功能，促进CD4T细胞向Th1细胞分化。

可以相信在新生期肠道中首先定植的富含LPS的大肠埃希菌及以后定植的富含肽聚糖和CpG双核苷酸的双歧杆菌发挥着关键的激活作用，肠道细菌定植的终止可能引起生理性炎症反应，导致肠道通透性增高、细菌移位和全身免疫细胞的激活。这在小鼠实验中得到了证实，肠道细菌的存在能诱导腹腔巨噬细胞合成IL-1、IL-6和TNF-α，悉生小鼠仅定植大肠埃希菌可以产生这一作用，而定植婴儿粪便中两歧双歧杆菌则无影响（表2-5）。

研究证明，类杆菌在肠道合成的多聚糖调节T细胞分泌IL-10，IL-10有强烈的抗炎症效果。由于无菌小鼠体内中性粒细胞对肺炎链球菌和金黄色葡萄球菌等的杀伤力减弱，不能引起先天性免疫反应杀死特定致病菌。与无菌小鼠定植脆弱类杆菌（ B.fragilis）后就不会发生炎症性肠病。这是因为普通小鼠的中性粒细胞能通过Nod-1识别细菌产物如肽聚糖发挥最佳抗菌效果。这些数据都证明了细菌的肽聚糖能够调节外周免疫，故肠道微生物既能保护肠道免疫系统，也可以调节全身免疫反应。

其他非特异性因素在宿主抵御感染中也起重要作用，无菌小鼠模型显示涉及固有免疫的某些功能指标如吞噬功能、补体系统和调理素均低于普通小鼠。给无菌小鼠口服肽聚糖-脂多糖能够恢复其细胞免疫应答至普通小鼠水平。Ruiz等将乳酸双歧杆菌单联定植于Fisher-F344大鼠，在第5天时能短暂地诱导肠上皮细胞NF-κB转录活性亚单位RelA和活性蛋白激酶P38的活化，增加 IL-6基因的表达，说明乳酸双歧杆菌在定植早期可以触发天然信号传导和增强促炎症因子基因表达。

全身免疫性疾病和过敏性疾病的动物模型证实肠道微生物群的改变影响全身免疫系统。如诱导肠道TH17细胞的动物模型引起关节炎和自身免疫性脑脊髓炎等全身疾病，即是通过增加肠道固有层致关节炎原性或致自身免疫性脑脊髓炎原性的TH17细胞数量所致。梭菌簇Ⅳ和ⅪⅤa可诱导iTreg（inducible Treg，iTreg）参与全身炎症过程。无菌小鼠定植这些梭菌后，不但能减轻肠上皮的化学损害，并且可以减轻致敏原激发IgE介导的免疫反应。肠道微生物群诱导形成的iTreg全身抗炎症功能机制尚不清楚，推测Treg与肠道T细胞识别肠道微生物的特异性受体有关。研究发现，脆弱类杆菌合成的多聚糖影响全身T细胞免疫反应的发育，增加血液循环CD4T细胞的数量。双歧杆菌能刺激免疫细胞分泌更多IL-1和IL-6，而IL-1可促进辅助性T细胞分泌IL-2及B淋巴细胞分泌抗体；也能增强NK细胞的杀伤功能，对人类多种肿瘤细胞具有直接杀伤作用。干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌和保加利亚乳杆菌能有效地激活非特异性免疫，嗜热链球菌作用较弱。这些研究表明，肠道微生物群不但影响黏膜免疫的发育，同时也对肠外免疫系统的发育有着重要作用。

肠道微生物代谢产物SCFA能够影响免疫反应，阻止炎性疾病的发展。研究证明SCFA-GPR43 （G-protein-coupled receptor 43）涉及炎症反应的过程。GPR43主要存在于中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和活化的吞噬细胞等先天性免疫细胞和炎症细胞。缺乏趋化因子受体GPR43的模型小鼠（结肠炎、关节炎、哮喘模型鼠）的机体炎症症状比普通小鼠更为严重，炎症也更难治愈。SCFA是目前已知GPR43唯一的配体，由肠道厌氧菌发酵产生，可通过GPR43来调节肠外免疫系统活性。

胃肠道外使用某些细菌制剂能增强宿主对感染的抵抗力。一项研究观察到皮下注射热灭活的干酪乳杆菌株YIT9018能增强小鼠对单核细胞增生李斯特菌的抵抗力，注射后使脾脏单核-巨噬前体细胞的数量增加了22倍，并使血清中集落刺激活性增强，脾脏巨噬细胞对单核细胞增生李斯特菌的杀菌活性明显增加。腹腔注射干酪乳杆菌株YIT9018也应用于对小鼠铜绿假单胞菌感染的研究，结果显示，在铜绿假单胞菌感染之前5天使用YIT9018，能增加小鼠的存活，抑制腹腔和脾脏中致病菌的生长。经卡拉胶（carrageenan）处理可使保护作用丧失提示其作用涉及吞噬活性。在确定干酪乳杆菌针对李斯特菌抵抗力的活性组成中，研究表明细胞壁活性最强，胞壁中多糖-肽聚糖复合物对单核细胞增生李斯特菌、伤寒沙门菌、铜绿假单胞菌和大肠埃希菌具有潜在的抗感染活性。热灭活的干酪乳杆菌株YIT9018和从细胞壁中分离的糖蛋白具有抵抗小鼠致死性巨细胞病毒感染的作用，这一保护作用仅在感染前1～2天使用有效，感染同时或3天前使用无效，提示使用的方案对其保护效果比较重要。其机制可能与增加NK细胞活性有关，因为脾脏NK细胞活性与小鼠的存活有关，在缺乏NK的变异小鼠保护作用降低。干酪乳杆菌处理组的INF水平和2-5A合成酶活性高于对照组。

许多研究表明，啮齿动物胃肠道外使用不同的细菌制剂对其免疫系统有刺激作用。有学者等使用植物乳杆菌活菌或死菌与羊红细胞混合物经腹腔或静脉注射免疫小鼠，结果表明植物乳杆菌具有佐剂特性，而短乳杆菌无此作用，植物乳杆菌活菌与死菌的作用也不同，活菌仅刺激迟发高敏反应，而死菌是增强抗体应答。

另外一些研究显示，胃肠道外使用肠道有益菌还能抑制肿瘤细胞的生长改善实验动物的预后。Kato等报道，腹腔或静脉注射干酪乳杆菌株YIT9018能增强腹腔和脾脏巨噬细胞对肿瘤细胞系的吞噬活性，抑制其生长。王立生等报道，腹腔注射分叉双歧杆菌的WPG能显著抑制祼鼠皮下移植的大肠癌的生长，其机制除增强巨噬细胞和NK细胞的吞噬活性，分泌IL-1、IL-6、IL-12、IL-18、TNF-αT、INF-γ及NO等细胞毒性效应分子外，可能还与其降低肿瘤细胞的增殖活性，诱导肿瘤细胞凋亡有关。

现有的研究已经证实某些有益菌菌株能够提高人体的非特异性免疫反应。两项研究表明，健康人摄入含约翰森乳杆菌LA1发酵奶制品4周，血清中IgA轻度升高，具有统计意义。De Simone等研究了两歧双歧杆菌与嗜酸乳杆菌混合物（InfloranR）对老年人免疫指标的影响，结果与安慰剂比较，血清Ig水平无差异，但B细胞数量增高，TNF-α在某些个体也增高。较多的研究显示，大剂量摄入Yogurt细菌（10 ¹¹～10 ¹² CFU/d），可刺激人PBMC产生INF-γ，但这种作用的临床意义尚不明确。口服Yogurt 4个月（200g/d）并没有降低感染的风险，对肺炎链球菌疫苗也没有作用，但能降低年幼志愿者的血清中IgE水平，减少过敏的发生。Schiffrin等观察了随机摄入含双歧杆菌或约翰森乳杆菌LA1发酵奶3周对非特异性免疫的作用，结果显示摄入两种有益菌能明显提高白细胞的吞噬能力，但白细胞分类及T细胞激活与基础值比较无差别。另外一些研究表明，摄入鼠李糖乳杆菌HN001、乳双歧杆菌HN109和干酪乳杆菌能够提高自然杀伤（NK）细胞的活力，增加其免疫监视功能。

另一些研究证实，有益菌菌株能够提高机体对疫苗的特异性免疫应答。研究证实了含有益菌的发酵奶对健康人口服伤寒沙门菌疫菌Ty21a的辅佐作用。30名志愿者被随机分为两组，一组口服含约翰森乳杆菌和双歧杆菌的发酵奶，另一组为对照，两组均口服伤寒沙门菌疫菌后评价血清中抗伤寒沙门菌抗体。结果显示，口服发酵奶组特异性抗体呈4倍升高，而对照组升高2.5倍。另有研究证实，给出生6个月的婴儿口服益生菌混合物，能够明显提高针对B型流感嗜血杆菌菌苗的IgG抗体应答。Soha最近的研究也证实，在婴儿进行乙型肝炎病毒免疫接种时，同时口服益生菌能够明显提高抗乙型肝炎IgG抗体的滴度。

目前认为，围产期和儿童早期在建立和维持正常的TH1/TH2平衡中起至关重要的作用，出生以前TH2占优势，TH1应答受到部分抑制，使胎儿在子宫内不发生排斥反应。出生以后新生儿必须迅速通过发展TH1型免疫应答，以恢复TH1/TH2平衡。多个研究显示，在特应性婴儿没有发生这一转变，造成平衡仍然向TH2偏离，更容易产生IgE应答。因此新生期对TH1/TH2平衡的调整尤为重要，TH2向TH1转变发生于生后5年内，特别是生后第1年。

TH2向TH1转变依赖于多种因素，各种因素的相对重要性目前尚不清楚，但细菌刺激有相当的作用。最近的研究显示，婴儿期感染并没有降低过敏性疾病的发生率，而使用抗生素可能与过敏性疾病发病的增高有关。越来越多的证据提示并非感染，而是生命早期肠道菌群的组成变化是特应性状态重要的决定因素。一项研究显示，给出生后1周的大鼠进行周围免疫，诱导出向TH2偏离的记忆应答，而同时应用细菌提取物经口服途径进行免疫，则产生TH1和TH2记忆应答。另一项研究观察到，在出生后3周的普通小鼠，免疫可以诱导TH1和TH2应答；而使用卡那霉素造成肠道菌群紊乱则促进其TH1/TH2平衡向TH2偏离，出现以TH2为主的免疫应答；抗生素处理后5天摄入粪肠球菌又可以纠正向TH2偏离，恢复TH1和TH2应答。

一系列流行病学研究均支持出生后第1年内细菌环境在保证免疫应答向正确的方向发展，短期和长期预防过敏性疾病发生的重要作用。最近的研究比较了在相同过敏原环境下，不同生活方式状态（即城市和乡村）中生长的儿童，结果显示，只有出生后1年内暴露马厩、牛棚或（和）生牛奶是哮喘、枯草熟和过敏症的保护因素，并且围产期母亲暴露也有明显的保护效应。这种作用涉及的细菌尚不知晓，一些研究提示，富含LPS的革兰阴性细菌起重要作用，但革兰阳性细菌如双歧杆菌和乳杆菌也可能参与。

从以上的资料可以得出，为了能够最佳地建立和维持肠道菌群的完整性，应该考虑出生方式、婴儿喂养、婴儿期使用抗生素等所带来的问题。益生菌是能够减轻肠道菌群紊乱的比较好的制剂。因此开展婴儿期肠道菌群的免疫调节机制以及涉及的细菌组分的研究，对预防当前某些疾病的急骤增多是至关重要的。

肠上皮细胞（iEC）是肠道菌群与宿主相互作用的最前线，iEC能通过抗原呈递和分泌细胞因子等，参与肠道黏膜免疫系统释放sIgA和调节免疫反应的作用。肠道有益菌可以通过多种方式影响iEC，如调节iEC间的紧密连接和促进产生黏液蛋白而增强肠道屏障功能；促进iEC分泌β防御素、促进浆细胞产生sIgA和直接阻断病原体“劫持”的信号途径而抑制或杀灭病原体；调节痛觉受体的表达和分泌神经递质分子，导致肠道运动性改变和痛觉感受变化；调节iEC分泌细胞因子，从而影响T细胞分化为Th1、Th2或Treg等。

肠道微生物群对iEC保护性反应的可能机制为iEC针对肠道菌群不出现炎症应答作用，而对致病菌则有炎症应答。O’Hara等研究了HT29细胞与有益菌（婴儿双歧杆菌，唾液乳杆菌）和致病菌（伤寒沙门菌）共培养后，HT29针对鞭毛的免疫应答，使用基因芯片检测炎症基因表达，测定NFκB激活，IL-8分泌及致病菌对iEC黏附能力等。结果表明，伤寒沙门菌能够上调847种免疫相关基因中36种的表达（包括NFκB和IL-8），而有益菌不能诱导任一高表达；但婴儿双歧杆菌和唾液乳杆菌能够降低基础水平时和伤寒沙门菌诱导的促炎症反应中的IL-8；婴儿双歧杆菌还能限制鞭毛诱导的炎症反应中的IL-8的分泌；有益菌对致病菌与iEC之间的黏附无影响。白爱平等观察了保加利亚乳杆菌对肠上皮细胞HT29在TNF-α刺激后表达及分泌促炎症因子IL-8的调节作用，结果显示，乳杆菌预先与HT29细胞共培养，能明显抑制IL-8的表达与分泌。提示，肠道微生物群一方面在正常情况下维持肠上皮细胞处于适度的炎症状态，但对机体不构成损害，另一方面在致病菌感染时又能够抑制过度的炎症反应。

肠道微生物群与iEC之间的相互作用涉及多种信号途径，如NFκB、MAPK（分裂原活化蛋白激酶）、Akt/PI3K（磷酸肌醇3-激酶）和PPARγ（过氧化物酶体增殖子活化受体γ）等。Neish等发现，iEC在与非致病性沙门菌直接接触后，再受到促炎症因子刺激时，其炎症效应分子的合成明显减少，其机制是细菌干扰了IκB的降解，IκB是封闭NF-κB的分子，IκB不降解就无法使NF-κB激活，不能合成一系列炎症因子。但Haller等的研究证实，在体内外，非致病性革兰阴性细菌能诱导iEC细胞Re1A磷酸化，活化NF-κB和表达促炎症因子基因。他们进一步研究了免疫——肠上皮细胞在细菌诱导NF-κB途径和促炎症因子基因表达中的相互作用机制，结果发现分化的HT29/MTX细胞对的刺激无反应性，大肠埃希菌刺激的iEC与PBMC和固有层单个核细胞（LPMC）共培养能诱导iEC表达IL-8mRNA明显增多，而普通类杆菌刺激的iEC无此效果；PBMC的存在能刺激大肠埃希菌和普通类杆菌诱导TLR4附属蛋白MD-2基因表达和内源性IκBα磷酸化，但普通类杆菌在PBMC的存在下不能激活IκBα降解和活化NF-κB。这一结果提示非致病性革兰阴性细菌在免疫细胞的作用下对iEC细胞NF-κB活化和IL-8基因表达存在不同的调节，使iEC对某些有益菌处于反应低下状态。

肠道微生物群和iEC的相互作用涉及极其复杂的反应网络。每一种特定的肠道微生物能够以其特定的多种方式调控这一反应网络的信号途径。研究表明，枯草杆菌产生的表面活性素能够抑制IκB-α的磷酸化及其降解、并抑制IκB激酶、Akt、JNK和p38激酶的活化。酪酸梭菌则在信号传导途径中对多个靶点发挥作用。酪酸梭菌培养液的上清液主要成分是丁酸，可显著抑制人结肠上皮细胞TLR4 mRNA的表达，丁酸抑制人结肠上皮细胞转录因子PU.1与TLR4启动子区的结合，从而使得TLR4蛋白的产生显著减少，因此证实了TLR4是丁酸的重要靶标。酪酸梭菌作用于TLR4这个靶点，是它能抑制多种致病菌的重要原因。研究表明，丁酸抑制TNF-α的产生，而TNF-α转录被抑制与信号传导途径中的JNK密切相关，提示JNK也是丁酸的作用靶点之一。与丁酸抑制JNK相伴生的结果是，AP1（活化蛋白1）和NF-κB家族的另一个成员活化T细胞核因子（NF-AT）的活性都被抑制，减少了促炎症因子的产生。丁酸同时在多个靶点发挥作用，既抑制p38 MAPK和JNK的活化，也抑制IkB的降解和NF-κB的活化，从而抑制半胱天冬酶11的表达。在体内条件下，丁酸也能够抑制NFκB的转录活性，同时减轻了炎症反应，大量研究表明丁酸是NF-κB活化的抑制剂。因此，利用有益菌抑制NF-kB活化，可能是其有效防治肠道炎症性疾病的重要方法之一。

在肠上皮细胞水平，益生菌定植或释放一些生物活性组分，通过增强肠道屏障功能和直接对上皮细胞的功能进行调节，包括细胞因子和趋化因子的释放，发挥有益作用。一定限度的益生菌进入LP后，可以通过激活单核/巨噬细胞释放细胞因子影响固有和适应性免疫。益生菌被PP结的M细胞以及DC摄取和处理后，可以将微生物抗原呈递给PP节和MLN中的初始T细胞，引发IgA介导的黏膜免疫反应，即可以限制细菌的过度增殖，又能够阻止其从MLN的播散。在这一过程中，很显然益生菌通过诱导调节性T细胞的产生，使免疫反应向非炎症、免疫耐受的方向发展，起关键作用。可见，出生后免疫系统持续的发育与成熟需要不断地接受过外界抗原的刺激。