乳酸菌降解膽固醇的作用機(jī)理及其在動(dòng)物中的研究現(xiàn)狀

宋明鑫 許 麗 王文梅 韓 宇

膽固醇是人體必需的營(yíng)養(yǎng)成分，但隨著人們生活水平的不斷提高，人體攝入的膽固醇量普遍偏高，而血清中膽固醇過(guò)高會(huì)引發(fā)高血壓、冠心病、腦中風(fēng)等心腦血管疾病，嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的健康。降低人體膽固醇含量的主要手段是減少體外攝入，而膳食中攝入的膽固醇主要來(lái)源于動(dòng)物性食品，如禽蛋蛋黃、豬肥肉及動(dòng)物內(nèi)臟等。因此，降低動(dòng)物肉中和禽類(lèi)蛋中膽固醇的含量是科學(xué)研究的重點(diǎn)。研究表明，乳酸菌制劑添加到動(dòng)物飼料中具有降低動(dòng)物機(jī)體內(nèi)膽固醇和甘油三酯的作用，乳酸菌作為益生菌還能通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群平衡來(lái)增加機(jī)體免疫力。因此，人們進(jìn)行大量的體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)，旨在開(kāi)發(fā)功能性乳酸菌制品，進(jìn)而生產(chǎn)出優(yōu)良的畜產(chǎn)品，來(lái)滿(mǎn)足人們的健康需要。

1 乳酸菌降低膽固醇含量的體外研究進(jìn)展

目前，具有降低膽固醇含量的乳酸菌見(jiàn)表1，其中對(duì)嗜酸乳桿菌研究最為廣泛，長(zhǎng)雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌次之。體外研究表明，乳酸菌能夠從培養(yǎng)基中吸收膽固醇。

表1 具有降膽固醇功能的乳酸菌

1.1 菌體生長(zhǎng)狀況

不同種類(lèi)的菌體降低膽固醇的能力不同，但對(duì)同一菌株來(lái)說(shuō)，生長(zhǎng)狀況不同其降膽固醇的能力也不相同。Pereira等(2002)用分光光度計(jì)在650 nm下對(duì)同一條件內(nèi)生長(zhǎng)的菌株進(jìn)行膽固醇吸收檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同種類(lèi)的菌株在相同的培養(yǎng)條件下吸收膽固醇的能力差異很大。即便是同一菌株在不同的實(shí)驗(yàn)次數(shù)中也有很大差異，而同一菌株同一批次的3個(gè)重復(fù)中菌株的生長(zhǎng)情況和吸收膽固醇的比例也存在著一定的差異，但差異不顯著。這證明菌株對(duì)膽固醇的降解能力與菌體的生長(zhǎng)狀況有關(guān)。

1.2 pH值

乳酸菌菌體對(duì)膽固醇的吸收受培養(yǎng)基pH值的影響。Noh等(1997)在實(shí)驗(yàn)中將pH值控制為6.0時(shí)，嗜酸性乳桿菌ATCC43121吸收的膽固醇顯著高于不控制pH值的吸收值。由此推測(cè)可能是菌體在pH值6.0的情況下活力最好。Tahri K等(1997)發(fā)現(xiàn)，在膽鹽和膽固醇同時(shí)存在的培養(yǎng)基中膽固醇的含量與菌體生長(zhǎng)的pH值有關(guān)。菌體對(duì)膽固醇的吸收量隨pH值降低而增加，可能是因?yàn)閜H值降低，菌體密度增大或膽固醇與培養(yǎng)基中的膽鹽形成共沉淀，進(jìn)而降低培養(yǎng)基中膽固醇的含量。

1.3 膽鹽的作用

膽鹽有結(jié)合型和脫結(jié)合型兩種，不同種類(lèi)的膽鹽對(duì)乳酸菌的生長(zhǎng)和降膽固醇的效果不同。Tahri K等(1997)認(rèn)為，在抑制菌體生長(zhǎng)方面，脫結(jié)合膽鹽比結(jié)合膽鹽作用更明顯。在吸收膽固醇方面，結(jié)合膽鹽比脫結(jié)合膽鹽效果更明顯。這主要是因?yàn)榻Y(jié)合膽鹽被膽鹽水解酶水解，降低了膽固醇的含量。

乳酸菌在有膽鹽存在時(shí)能夠吸收膽固醇，但提高膽鹽的濃度會(huì)抑制菌體的生長(zhǎng)，但是膽固醇的脫除率會(huì)增加。一般小腸內(nèi)的膽鹽濃度低于0.4%，因此，乳酸菌必須對(duì)膽鹽具有一定的耐受性，才能吸收膽固醇。但是具有高膽鹽耐受性的乳酸菌不能作為降低膽固醇篩選的唯一標(biāo)準(zhǔn)，它還受很多其它因素的影響。

1.4 膽鹽水解酶（BSH）

在多種乳酸菌中發(fā)現(xiàn)，膽鹽水解酶不僅能夠作用于菌體本身，還能夠降低機(jī)體膽固醇水平。膽鹽水解酶能夠改變某些細(xì)胞膜的屬性，進(jìn)而提高乳酸菌的耐酸性，增強(qiáng)菌體在腸道中的存活能力。膽鹽水解酶在肝腸循環(huán)中將結(jié)合膽鹽水解為游離膽鹽，游離膽鹽不易被小腸吸收，所以大部分直接由糞便排出，機(jī)體就會(huì)利用血漿中的膽固醇來(lái)合成缺失的膽鹽，進(jìn)而降低了機(jī)體膽固醇水平。研究發(fā)現(xiàn)，不能降解膽鹽的乳酸菌不能明顯地去除膽固醇，因此，膽鹽水解酶被認(rèn)為是篩選乳酸菌降膽固醇的一個(gè)重要條件。

1.5 益生元

添加適量的益生元能夠促進(jìn)乳酸菌降低膽固醇。如適量的添加Tween 80能提高乳桿菌的降膽固醇能力，但是添加量過(guò)多時(shí)反而會(huì)抑制其降膽固醇的能力。半乳寡聚糖能促進(jìn)發(fā)酵乳酸桿菌的生長(zhǎng)同時(shí)也能提高其降膽固醇的能力，Ca2+也有此作用。

1.6 其它因素

培養(yǎng)基的成分也會(huì)影響乳酸菌降膽固醇的能力，一般選用添加巰基乙酸鈉作為耐氧劑的MRS培養(yǎng)基作為測(cè)定乳酸菌降解能力的培養(yǎng)基。此外，氧氣、膽固醇的種類(lèi)等都對(duì)降膽固醇有一定的影響。陳帥等(2010)在含有乳桿菌ST-Ⅲ的培養(yǎng)基中添加不同來(lái)源和不同濃度的膽固醇時(shí)，ST-Ⅲ菌株均具有降低膽固醇的作用，降低能力受膽固醇濃度影響很大。

2 乳酸菌降低膽固醇的機(jī)理研究

國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)乳酸菌降低膽固醇作用的機(jī)理進(jìn)行了大量的研究，結(jié)果表明，乳酸菌通過(guò)兩種途徑來(lái)降解膽固醇，一種是與吸收和共沉淀相關(guān)的非代謝途徑，另一種是通過(guò)菌體產(chǎn)生特殊的物質(zhì)或酶將膽固醇轉(zhuǎn)化為其它物質(zhì)的代謝途徑，具體表現(xiàn)為以下幾種理論。

2.1 吸收理論

大量的體外實(shí)驗(yàn)證明，乳酸菌能夠吸收同化介質(zhì)中的膽固醇。Gilliland等(1985)從豬糞便中分離篩選出嗜酸乳桿菌P47和RP32，并對(duì)這兩個(gè)菌株進(jìn)行了降低膽固醇的研究，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基中的膽固醇含量減少，而通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞被破碎后胞內(nèi)膽固醇含量顯著增加，推斷菌體吸收了培養(yǎng)基中的膽固醇。Grill等(2000)將乳酸桿菌和雙歧桿菌接入到相同濃度的高膽固醇培養(yǎng)基中，發(fā)現(xiàn)二者對(duì)膽固醇吸收能力都很強(qiáng)。于平等(2011)通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)同樣證明了植物乳桿菌LpT1和LpT2對(duì)膽固醇也具有一定的吸收作用。因此推測(cè)菌體細(xì)胞能夠吸收膽固醇，降低血清膽固醇的含量。

2.2 共沉淀理論

Klaver等(1993)通過(guò)色譜法測(cè)定培養(yǎng)基中膽酸鹽的成分，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)1 d的時(shí)間結(jié)合型膽酸鹽被分解為游離的膽酸，當(dāng)pH值控制在6.0時(shí)膽固醇沒(méi)有減少，降低pH值時(shí)，膽固醇反而降低了，因此，推測(cè)膽固醇沒(méi)有被吸收，而是游離的膽酸與膽固醇發(fā)生了共沉淀。鄧凱波等(2010)將分離自?xún)?nèi)蒙古傳統(tǒng)稀奶油的4株乳酸菌分別接入已加有?；悄懰徕c和膽固醇的培養(yǎng)基中進(jìn)行降膽固醇實(shí)驗(yàn)。結(jié)果在沉淀洗滌液中均含有膽固醇，說(shuō)明4株乳酸菌都具有共沉淀作用，但干酪乳桿菌KLDS1.0344能力最強(qiáng)。推斷該菌株膽酸鹽水解酶活性較強(qiáng)，能夠使結(jié)合型?；悄懰徕c水解成游離的膽酸，與膽固醇發(fā)生了共沉淀，進(jìn)而導(dǎo)致膽固醇濃度的降低。

2.3 摻入細(xì)胞膜理論

膽固醇摻入或吸附在細(xì)胞膜上將有可能減少膽固醇由腸道進(jìn)入血液。Dambekodi等(1998)將B.longum接于含膽固醇的培養(yǎng)基中，并對(duì)分離出的細(xì)胞膜成分進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)從培養(yǎng)基中移除的膽固醇約有20%進(jìn)入到細(xì)胞膜中。Kimoto等(2002)將菌體細(xì)胞加熱滅活后發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基中部分膽固醇被去除，由于熱滅活的菌體細(xì)胞不能發(fā)生吸收和共沉淀，所以推斷可能是膽固醇摻入了細(xì)胞膜。

2.4 共沉淀與吸收的共同作用

研究者越來(lái)越傾向于認(rèn)為活體乳酸菌降低膽固醇是吸收和共沉淀共同作用的結(jié)果。Tahri等在生長(zhǎng)菌株的實(shí)驗(yàn)組中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)緩沖液洗脫的方法測(cè)定共沉淀降低的膽固醇在8%～24%之間，同時(shí)通過(guò)同位素跟蹤標(biāo)記等技術(shù)測(cè)定被菌體細(xì)胞吸收的膽固醇在6%～50%之間。因此說(shuō)明菌體降低膽固醇是通過(guò)共沉淀與吸收共同作用完成的。李貴節(jié)(2008)對(duì)5株乳桿菌采用“膽固醇沉淀重溶解”方法也證明5株乳桿菌都同時(shí)具有共沉淀和吸收膽固醇的作用。

2.5 抑制宿主細(xì)胞對(duì)膽固醇的吸收

Huang Y等(2010)最新研究發(fā)現(xiàn)，NPC1L1蛋白表達(dá)的多少直接影響腸道對(duì)膽固醇的吸收水平，而嗜酸乳桿菌ATCC 4356能夠分泌出可溶性反應(yīng)分子，該反應(yīng)分子可以抑制NPC1L1的表達(dá)，進(jìn)而阻止了腸道細(xì)胞對(duì)膽固醇的吸收。嗜酸乳桿菌ATCC 4356還能通過(guò)調(diào)節(jié)肝臟X受體來(lái)降低膽固醇的含量。

2.6 將膽固醇轉(zhuǎn)化為其它物質(zhì)

于平等(2011)將已接入植物乳桿菌LpT2厭養(yǎng)條件培養(yǎng)24 h后測(cè)定其上清液、沉淀和菌體內(nèi)膽固醇總的含量為0.045 mg/ml,與未種菌前加入的膽固醇含量相比降低了55%，由此推斷可能是該菌體產(chǎn)生了某種物質(zhì)或特殊酶系將培養(yǎng)基中的膽固醇轉(zhuǎn)化為其它物質(zhì)，從而降低其膽固醇的含量。鄧凱波等(2010)對(duì)分離自?xún)?nèi)蒙古傳統(tǒng)稀奶油的乳酸菌進(jìn)行降膽固醇實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，屎腸球菌KLDS6.0330所降解的膽固醇中一部分被菌體吸收了，而另一部分消失了，推斷可能由于菌體本身產(chǎn)生了膽固醇氧化酶降解了一部分膽固醇。

3 乳酸菌降低膽固醇在動(dòng)物中的應(yīng)用效果

3.1 乳酸菌降低膽固醇在鼠上的應(yīng)用效果

汪曉輝(2010)用篩選出具有降膽固醇作用的植物乳桿菌LpT1和LpT2灌胃高血脂大鼠，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比能顯著降低血清中總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白的含量，同時(shí)能提高大部分大鼠血清中高密度脂蛋白的含量。肖琳琳(2003)從西藏傳統(tǒng)發(fā)酵乳中分離出一株降膽固醇達(dá)51.8%的干酪乳酸菌，并用此菌灌胃高脂血癥小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組小鼠血清中TC、TG濃度和對(duì)照組相比明顯降低，而HDL濃度有所增加。孫立國(guó)等(2004)在高膽固醇血癥的大鼠實(shí)驗(yàn)中飼喂植物乳桿菌ST－Ⅲ，45 d后發(fā)現(xiàn)大鼠血清膽固醇含量明顯降低，飼喂高劑量的植物乳桿菌ST－Ⅲ組還能提高大鼠血清中高密度脂蛋白膽固醇的水平。

3.2 乳酸菌降低膽固醇在豬、雞上的應(yīng)用效果

De Smet等(1994)將活菌數(shù)為 2.5×1011CFU/ml的嗜酸乳桿菌添加到高脂飼料里飼喂豬，結(jié)果顯示飼喂嗜酸乳桿菌組的豬血清中總膽固醇含量與未飼喂菌組相比明顯降低，且血清中膽汁酸降低了23.9%。推測(cè)該菌株可能通過(guò)改變膽酸的肝腸循環(huán)來(lái)降低機(jī)體的膽固醇含量。Fukushima等(1999)對(duì)仔豬進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，飼喂嗜酸乳桿菌的仔豬血清中膽固醇含量較正常仔豬明顯降低，但糞中膽固醇含量較高。張超范等(2005)用含有嗜酸乳桿菌的益生菌制劑以飲水的方式飼喂肉仔雞，結(jié)果證明益生菌組可顯著降低血清中總膽固醇含量，同時(shí)高密度脂蛋白含量增加。王巍等(2009)用體外實(shí)驗(yàn)篩選出降膽固醇腸球菌DM86056飼喂肉雞，56 d后測(cè)得肉雞血清、腿肌組織、胸肌組織中膽固醇含量與對(duì)照組相比明顯減少。由此可見(jiàn)，飼喂乳酸菌的豬和雞確實(shí)有降膽固醇的功能，但是乳酸菌真正用于豬和雞的生產(chǎn)中還很少。

3.3 乳酸菌降低膽固醇在人上的應(yīng)用效果

研究表明，服用乳酸菌發(fā)酵牛奶制品有降低人體內(nèi)膽固醇的作用。Lin等(1998)用患有高膽固醇病的人群進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，給他們都服用等量的乳桿菌制劑，半年后對(duì)被測(cè)人群的血清進(jìn)行檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，總膽固醇含量和低密度脂蛋白濃度都有所下降，并且實(shí)驗(yàn)前血清中膽固醇含量越高的人，其下降越明顯，因此推斷乳酸菌具有降低人體血清膽固醇含量的作用。Kiebling等(2002)對(duì)年齡在19～56歲之間的29名健康女性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)每日飲用300 g酸奶的人21周后能夠顯著增加高密度脂蛋白的含量，進(jìn)而使高密度脂蛋白與低密度脂蛋白的比率從3.24下降到2.48。所以乳酸菌作為食品添加劑及臨床應(yīng)用來(lái)降低人體的膽固醇的前景十分樂(lè)觀。

4 展望

國(guó)內(nèi)有關(guān)乳酸菌降膽固醇方面的研究起步較晚，且多數(shù)停留在體外研究水平，雖然部分實(shí)驗(yàn)已證明很多乳酸菌具有降膽固醇的作用，但是有些乳酸菌進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)后降低膽固醇效果并不明顯，甚至有些菌存在添加到飼料中缺少安全性或添加時(shí)間的增長(zhǎng)其功效下降等問(wèn)題，這就增加了篩選的難度。因此，我們要借助先進(jìn)的分子技術(shù)更深入地對(duì)乳酸菌降膽固醇機(jī)理進(jìn)行研究，將體外篩選和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，篩選出具有高效降低膽固醇并且能使其在體內(nèi)發(fā)揮作用的菌株，為國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)乳酸菌制劑提供安全高效的菌種資源，為其在飼料工業(yè)和動(dòng)物生產(chǎn)中應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

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