2020 年初，冠状病毒病 2019 (COVID-19) 被宣布为大流行病，导致全球数百万人死亡。全球已接种了数百万剂疫苗，但疫情仍在继续。罗伊氏乳酸杆菌可通过调节肠道内的先天性和适应性免疫来恢复稳定的肠道菌群，这表明它们可用于对抗 COVID-19，因为有几项证据表明 COVID-19 对肠道菌群失调有不利影响。因此，具有已知抗病毒特性的益生菌及其代谢物可用作对抗 COVID-19 的辅助治疗。多项临床试验已揭示了罗伊氏乳酸杆菌及其代谢物对治疗 SARS-CoV-2 患者的疗效。然而，其分子机制尚未阐明。丰富的数据资源和计算方法的可用性极大地改变了研究，发现了罗伊氏乳酸杆菌和 COVID-19 之间的分子见解。本综述重点介绍了基于微生物组的方法和集成驱动的对接方法的计算方法，以及证明罗伊氏乳酸杆菌代谢物对 SARS-CoV-2 影响的案例研究。

持续肆虐的 COVID-19 疫情威胁着人类的生命和健康，对全球财政和医疗负担造成了灾难性的影响 。全球累计确诊 COVID-19 病例近 2.6 亿，死亡人数超过 500 万。尽管目前已经有针对 COVID-19 病原体严重急性呼吸综合征冠状病毒 2 (SARS-CoV-2) 的疫苗，但全球病例数仍在增长，尤其是在放松管控措施的情况下 。

COVID-19 具有广泛的临床表现，从无症状的轻微症状（咳嗽和发烧等）到可能导致死亡的严重疾病 。新出现的证据表明，许多 COVID-19 感染都是无症状的——使用逆转录聚合酶链反应 (RT-PCR) 在无临床症状的患者样本中检测到 SARS-CoV-2 核酸呈阳性 [ 5 ]。这类患者可以通过将病毒传播给他人而成为疾病传播的源头，从而导致 COVID-19 的持续传播。COVID-19 的常见症状包括发烧、疲倦、干咳、流鼻涕、胃肠道 (GI) 症状（如腹泻和恶心）以及伴有低氧血症的呼吸困难 。一些患者出现严重的临床体征，如肺炎、肺水肿、多器官功能障碍和急性呼吸道疾病综合征 (ARDS)。因此，COVID-19 可能需要采取多维治疗方法，从针对病毒的方法（感染早期）过渡到免疫调节（晚发阶段）。

研究表明，即使在康复六个月后，COVID-19 患者仍会出现肠道微生物失调。COVID-19 患者的营养不良生态系统以及罗伊氏乳酸杆菌等益生菌的减少可能会阻碍康复 。这表明，调整肺和肠道中的宿主微生物平衡可能有助于对抗 COVID-19。鉴于益生菌具有免疫调节 、抗炎 、抗氧化 和抗病毒 作用，使用罗伊氏乳酸杆菌可能是一种支持肠道菌群重建的方法。如果能够从分子层面了解罗伊氏乳酸杆菌或其代谢物如何预防或减少 SARS-CoV-2 感染，就可以阐明这些益处。

迄今为止，随着计算技术、算法和工具的发展，计算方法得到了极大的发展，并成为与疾病相关的项目不可或缺的一部分。在 COVID-19 大流行期间，实施了各种行动控制措施以打破 COVID-19 感染链。这种情况使大多数传统实验室的研究陷入停滞。从可用的广泛数据到与微生物组和蛋白质结构有关的大量方面，计算机辅助药物发现和利用机器学习建立预测模型等计算方法已被证明在研究罗伊氏乳酸杆菌对 SARS-CoV-2 的影响方面是有效的。在此，我们回顾了罗伊氏乳酸杆菌在 COVID-19 管理中的潜在作用，并重点介绍了可能成为提供罗伊氏乳酸杆菌研究重要理解不可或缺的计算方法。

罗伊氏乳酸杆菌对抗病毒感染

罗伊氏乳酸杆菌是一种有益的活微生物，当摄入足量（至少 106 活菌/克）时，可参与新陈代谢，改善肠道微生物平衡。罗伊氏乳酸杆菌主要为乳酸菌菌株，具有多种健康功效 。人们已广泛研究了它们的已知特性，主要通过抑制机会性细菌的生长来调节肠道菌群 。据报道，在肠道之外，罗伊氏乳酸杆菌还通过几种潜在机制发挥有益的健康作用，包括免疫调节、维持上皮屏障功能和调节信号转导。

病毒性传染病是全球死亡和残疾负担的主要原因。发达国家和发展中国家都在与传染病惊人的增长作斗争。目前这种全球威胁的最佳例子是新型冠状病毒肺炎 (COVID-19)，数百万人受到影响。尽管针对该疾病的治疗和预防策略取得了成功，但随着新病毒变种的不断出现，人们仍然感到担忧。传染病会对多个器官造成严重损害，包括呼吸道、肝脏、结肠等，这迫切需要针对病毒感染的替代策略。值得注意的是，多样化的微生物群落几乎栖息在人体的每个部位，主要是肠道 。稳定健康的微生物群落能够通过多种机制阻止病毒感染并发挥显着的抑制作用，保护人类宿主免受多种病原体感染 。因此，罗伊氏乳酸杆菌可作为一种补充策略，通过增强免疫反应、维持上皮屏障以及与病原体结合以扭曲其附着，对病毒性疾病具有有益作用。罗伊氏乳酸杆菌的抗病毒作用已在胃肠道和呼吸道病毒上得到研究（图 1）。

罗伊氏乳酸杆菌菌株可对抗呼吸道病毒（甲型流感病毒 H1N1、H3N2 和呼吸道合胞病毒）和胃肠道病毒（轮状病毒）。该图显示了研究抗病毒作用的罗伊氏乳酸杆菌不同菌株的一些例子。

人体 70% 以上的免疫细胞位于胃肠道，这表明免疫系统与肠道菌群有直接联系，而肠道病毒与免疫系统之间存在一定关系 。一些研究揭示了罗伊氏乳酸杆菌对轮状病毒 (RV) 的免疫调节作用，而轮状病毒是全球范围内导致五岁以下儿童危及生命的腹泻的主要原因之一。RV 通过将优势门从拟杆菌门转变为厚壁菌门，降低细菌多样性，增加机会性致病菌（如志贺氏菌属）来改变人类肠道菌群。罗伊氏乳杆菌菌株 DSM 17938 能增强感染新生小鼠的粘膜 RV 特异性抗体，并减轻腹泻症状。营养状况（体重指数，正常体重、体重偏轻和超重）可能会影响罗伊氏乳酸杆菌对 RV 的反应。体重偏轻的小鼠的 RV 特异性抗体比其他两组少。在另一项研究中，鼠李糖乳杆菌GG 与特定的牛初乳衍生免疫球蛋白的组合显著降低了幼鼠模型中腹泻的严重程度和持续时间 。罗伊氏乳酸杆菌有助于延缓 RV 感染小鼠的临床腹泻 。

此外，罗伊氏乳酸杆菌还能增强免疫反应，导致特异性 IgA 大幅升高。感染前在细胞培养中孵育的罗伊氏乳酸杆菌婴儿亚种表现出在体外降低 HT-29 和 MA-104 细胞中RV 感染性的能力 。此外，在 BALB/c 小鼠模型上进行的体内研究表明，与对照组小鼠相比，喂食罗伊氏乳酸杆菌的 RV 感染小鼠粪便中的病毒脱落减少。在仔猪模型实验中，罗伊氏乳酸杆菌 减轻了腹泻的严重程度，粪便中 RV 浓度也降低了 。此外，罗伊氏乳酸杆菌可增强受感染仔猪的免疫反应；具体而言，在粪便样本中观察到了特异性 IgG、IgA 和 IgM 浓度。罗伊氏乳酸杆菌也降低了无菌猪模型中 RV 感染的严重程度 。根据之前的研究，尽管针对 RV 的疫苗研发成功，但未接种疫苗的人和接种疫苗的人的肠道菌群没有差异。罗伊氏乳酸杆菌和疫苗接种相结合的研究证明能够有效改善肠道菌群。嗜酸乳杆菌可增加口服 RV 疫苗的免疫原性，增强 IgG 和 IgA 抗体分泌细胞应答。罗伊氏乳酸杆菌通过差异 Toll 样受体信号传导调节树突状细胞反应，充当 RV 疫苗的免疫刺激剂 。因此，罗伊氏乳酸杆菌仍被认为是 RV 疫苗的必需佐剂。

除了胃肠道病毒外，罗伊氏乳酸杆菌和微生物群已被证明对呼吸道病毒具有抗病毒作用，包括致命的季节性祸害——流感病毒 。根据美国疾病控制和预防中心 (CDC) 对 2019-2020 年的估计，流感导致约 20,000 人死亡。越来越多的证据表明，经鼻和口服给予罗伊氏乳酸杆菌可以增强对呼吸道病毒感染的抵抗力。罗伊氏乳酸杆菌对感染 H3N2 的小鼠显示出作用，与模拟治疗组小鼠相比，热灭活 DK128 治疗小鼠的病毒滴度较低。此外，在罗伊氏乳酸杆菌治疗小鼠的肺和呼吸道中发现了更多的肺泡巨噬细胞。肺泡巨噬细胞位于肺组织和空气之间的界面，可提供针对流感病毒的第一道先天免疫线 。另一项研究表明，肺泡巨噬细胞会释放许多炎性细胞因子，有助于控制病毒复制。施用罗伊氏乳酸杆菌是为了研究其抗 H1N1 能力。罗伊氏乳酸杆菌治疗组和对照组的小鼠存活率分别约为 60% 和 20% 。值得注意的是，与未治疗组相比，罗伊氏乳酸杆菌 组的 NK 细胞活性显著增加。罗伊氏乳酸杆菌也在纵隔淋巴结细胞中强烈诱导 IL-12 和高 IFN-γ 产生，有助于大幅提高存活率并降低支气管肺泡灌洗液中的 H1N1 病毒滴度。同样，鼻内施用干酪乳杆菌Shirota 菌株可刺激 IL-12 的产生和 NK 细胞活性，从而对 H1N1 感染产生足够的保护作用。此外，鼻内施用罗伊氏乳酸杆菌的小鼠的 IgA 有所增加，从而对流感 A/NWS/33（H1N1）产生抗病毒作用 。在另一项研究中，罗伊氏乳酸杆菌诱导 H3N2 感染小鼠肺和小肠中 IgA 产生增加。在用罗伊氏乳酸杆菌治疗的 H1N1 感染小鼠中也观察到 IgA 和 IgG 产生的增加。罗伊氏乳酸杆菌也能降低感染流感病毒株 PR8 (A/Puerto Rico8/34, H1N1) 的小鼠的病毒载量，提高小鼠的存活率 。

除流感病毒外，人呼吸道合胞病毒 (RSV)也显示出与肠道菌群和益生菌的特定相关性。RSV 是一种有包膜的负链、不分节段 RNA 病毒，属于副粘病毒科，主要引起婴儿和儿童的严重呼吸道疾病。2015 年，RSV 相关下呼吸道感染与约 48,000–74,500 例 5 岁以下儿童死亡有关。口服罗伊氏乳酸杆菌可显著降低肺中的 RSV 滴度 。罗伊氏乳酸杆菌 也表现出降低肺病毒的能力，这项研究将 罗伊氏乳酸杆菌口服给感染呼吸道合胞病毒的幼鼠。研究发现，罗伊氏乳酸杆菌 治疗后 IL-10 和 IFN-γ 分泌增加会调节肺部先天免疫，导致树突状细胞激活和 Th1 细胞生成。当 CRL1505 经鼻给药时也获得了类似的结果 。

与 COVID-19 相关的肠肺轴

SARS-CoV-2 主要通过附着于血管紧张素转换酶 2 (ACE2) 受体感染呼吸道。该受体在不同器官中表达，并在 II 型肺泡上皮细胞和气道上皮细胞表面高度表达。尽管呼吸系统是该病毒的主要靶位，但胃肠道也是一个重要靶点，导致恶心、腹泻和呕吐等胃肠道症状。研究表明，在 COVID-19 患者的尿液和粪便样本中可检测到冠状病毒 RNA 。据报道，COVID-19 患者的肠道菌群组成发生了改变（菌群失调）（图 2）。这些发现表明了解肠肺轴 (GLA) 对于 COVID-19 管理的重要性。

图 2.

COVID-19 患者的肠道和肺部菌群失调。在 SARS-CoV-2 感染患者的肺部中，不动杆菌、金杆菌、伯克霍尔德菌、短单胞菌和鞘氨醇菌普遍存在。 COVID-19 患者的肠道菌群也发生了改变，罗伊氏乳酸杆菌、双歧杆菌、直肠真杆菌、普拉梭菌、毛螺菌科、副拟杆菌减少，而哈氏梭菌、多枝梭菌、柯林斯菌、粪杆菌、摩根菌、链球菌增加。

本文中的 GLA 是指呼吸道粘膜和肠道菌群之间的双向相互作用，最终目的是调节免疫反应 。众所周知，肠道中含有大量微生物，对宿主的稳态和疾病有显著影响 。健康的肺也被证实有自己特定的微生物群，包括普氏菌、链球菌、韦荣球菌、梭杆菌和嗜血杆菌。尽管对微生物组在疾病病因中的影响的理解有限，但已证明肠道菌群失调会增加患病风险 。例如，炎症性肠病 (IBD) 会引起炎症并促进呼吸道感染，支持肺和肠道菌群之间的串扰。很大比例的 COVID-19 患者出现胃肠道症状。与健康对照者相比，COVID-19 患者的肠道细菌多样性显著降低。几种具有免疫调节作用的肠道共生菌，如直肠真杆菌和双歧杆菌，在患者中含量不足，而在 SARS-CoV-2 感染率高的患者中，柯林斯菌、链球菌和摩根菌显著增加 。在 SARS-CoV-2 感染率低或无感染率的患者中，副拟杆菌、拟杆菌和毛螺菌科的水平增加。这些细菌能够产生短链脂肪酸，在增强宿主免疫力方面发挥重要作用。粪杆菌、枝状梭菌和哈氏梭菌的相对丰度与 COVID-19 的严重程度呈正相关。相反，Faecalibacterium prausnitzii和Bacteroides与 COVID-19 严重程度呈负相关。令人惊讶的是，社区获得性肺炎 (CAP) 患者的微生物组组成与 COVID-19 患者相似。

罗伊氏乳酸杆菌作为 COVID-19 辅助治疗的原理