益生菌的生理功能及抑癌和抑菌機(jī)制的研究進(jìn)展

張文曉，肖純凌

（沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，遼寧省環(huán)境污染與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

益生菌屬于細(xì)菌的類(lèi)別，但它們和細(xì)菌又具有不同的特征。糧食及農(nóng)業(yè)組織和世界衛(wèi)生組織定義了益生菌微生物的以下特征：（1）益生菌應(yīng)按分類(lèi)保存在國(guó)際認(rèn)可的培養(yǎng)物中；（2）食用前必須經(jīng)過(guò)培養(yǎng)，處理和儲(chǔ)存后才能保持活力和穩(wěn)定；（3）它們可以抵抗胃酸、膽汁和胰酶的消化；（4）它們?cè)跀z入人體之后，必須通過(guò)黏附于腸上皮或通過(guò)其他機(jī)制誘導(dǎo)宿主反應(yīng)；（5）食用后必須對(duì)宿主產(chǎn)生功能或臨床益處；（6）食用后能夠保持人體的安全性［1］。研究指出使用益生菌和益生元對(duì)人體健康有益處，益生菌的生理功能大體上可被概括為保護(hù)、免疫、抑菌、平衡和營(yíng)養(yǎng)，此外，它還可以預(yù)防和治療多種疾病［2］。本文就益生菌的生理功能及其抑癌、抑菌機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 益生菌的生理功能

1.1 免疫調(diào)節(jié)作用 益生菌在正常定植于宿主體內(nèi)后，可以上調(diào)體內(nèi)免疫球蛋白、抗菌蛋白的數(shù)量，提高吞噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞的活性來(lái)增強(qiáng)機(jī)體的先天免疫力；可以通過(guò)改善抗原呈遞B 細(xì)胞和T 淋巴細(xì)胞的功能來(lái)增強(qiáng)機(jī)體的獲得性免疫［3-4］。

1.2 改善腸道菌群結(jié)構(gòu)和維持腸道菌群平衡 腸道微生態(tài)系統(tǒng)是人體內(nèi)最大的微生態(tài)系統(tǒng)，里面存在有大量且不同種類(lèi)的微生物菌群，這些微生物絕大多數(shù)是細(xì)菌。益生菌可以改善腸道菌群的結(jié)構(gòu)，如乳酸菌、雙歧桿菌和鏈球菌三種益生菌通過(guò)協(xié)同作用增加厚壁菌門(mén)和放線菌的數(shù)量，同時(shí)減少擬桿菌門(mén)和變形桿菌的來(lái)改善腸道菌群的結(jié)構(gòu)［5］。腸道中菌群的平衡是通過(guò)不同菌種之間的拮抗和共生，微生物和宿主之間的相互作用關(guān)系來(lái)達(dá)到腸道微生態(tài)的平衡，益生菌在進(jìn)入宿主體內(nèi)繁殖后，可以分泌一系列的代謝產(chǎn)物，如細(xì)菌素、過(guò)氧化氫和有機(jī)酸等來(lái)抑制致病菌的活性，從而和宿主腸道中的其他菌種共同維持腸道菌群的動(dòng)態(tài)平衡［6-8］。

1.3 抑菌作用 自從抗生素時(shí)代到來(lái)之后，耐藥微生物也隨之出現(xiàn)［9］，抗菌素耐藥性（AMR）已成為21世紀(jì)的主要公共衛(wèi)生問(wèn)題之一［10］，多重耐藥菌株導(dǎo)致的疾病感染率在全世界范圍內(nèi)不斷增加［7］，迫切的需要尋找抗生素的替代療法，而益生菌治療被廣泛認(rèn)為是一種有希望的替代療法［11］。有研究表明，不同種類(lèi)的乳酸桿菌對(duì)經(jīng)典抗生素抗性細(xì)菌MRSA 和其他新興的抗生素抗性微生物具有顯著的抑制作用［12］。Bhola 等［7］通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)分析了乳酸桿菌菌株的抗菌活性，并且評(píng)估了其抑制臨床分離的MDR微生物的能力，研究把植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌三種菌株單獨(dú)以及各自組合通過(guò)改良瓊脂擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)分別確定了它們的全細(xì)胞液、無(wú)細(xì)胞上清液、細(xì)胞裂解液對(duì)標(biāo)準(zhǔn)金黃色葡萄球菌NCIM2127和其他9株葡萄球菌的隨機(jī)臨床分離株均具有不同抑制作用，且植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌以1∶1∶1這樣的組合形式抑菌效果最好。除了用于多重耐藥菌株感染的治療，益生菌也對(duì)人類(lèi)致病的普通菌株具有抑制作用。Glück 等［13］的研究發(fā)現(xiàn)人體定期攝入益生菌可以減少定植于鼻部的致病菌，如金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌和β-溶血性鏈球菌。Prabhurajeshwar 等［14］從凝乳樣品中分離得到的16株乳酸桿菌（T1-T16），然后利用瓊脂孔擴(kuò)散法測(cè)試了它們對(duì)金黃色葡萄球菌（MTCC 96）、糞腸球菌（MTCC439）、肺炎克雷伯菌（MTCC 432）、銅綠假單胞菌（MTCC 7925）、大腸桿菌（MTCC 443）、鼠傷寒沙門(mén)氏菌（MTCC734）和志賀氏菌的抑制作用，發(fā)現(xiàn)這些乳酸桿菌對(duì)測(cè)試病原體均有抑制作用，抑菌圈平均直徑為15～25 mm。

1.4 營(yíng)養(yǎng)作用 一些益生菌，如植物乳桿菌、羅伊氏乳桿菌，可以合成人體生長(zhǎng)發(fā)育所必需的B族維生素和氨基酸，促進(jìn)多種礦物元素的吸收，同時(shí)可以產(chǎn)生酯酶、脂肪酶和輔酶A、輔酶Q、NAD 和NADP 等物質(zhì)，從而對(duì)人體的營(yíng)養(yǎng)健康發(fā)揮很大的作用［15］。

1.5 降低膽固醇的含量 有研究發(fā)現(xiàn)，食用含益生菌的乳制品可以降低血液中的膽固醇含量，這可能有助于預(yù)防肥胖、糖尿病、心血管疾病和腦卒中［15］。在一項(xiàng)關(guān)于益生菌降低人體膽固醇含量的臨床隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，45 例臨床無(wú)癥狀的高膽固醇血癥參與者食用了含有抗氧化和抗動(dòng)脈粥樣硬化功能的益生菌發(fā)酵乳桿菌ME-3，持續(xù)4 周之后，血清總膽固醇含量降低，高密度脂蛋白的水平升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［16］。

1.6 其他生理功能 益生菌除了預(yù)防和治療腸道相關(guān)疾病，也可以減緩癌癥、過(guò)敏這些慢性疾病的進(jìn)程，減緩感染HIV 個(gè)體的癥狀，降低呼吸道感染的發(fā)生率［17-18］。據(jù)報(bào)道，乳酸菌菌株還可以產(chǎn)生抗氧化劑，這些抗氧化劑可以清除自由基，例如超氧陰離子和羥基自由基，保護(hù)機(jī)體免受氧化損傷［19］。

2 益生菌抑癌機(jī)制

隨著時(shí)代的發(fā)展，醫(yī)學(xué)和科學(xué)技術(shù)水平雖然不斷提高，但癌癥依舊是威脅全世界人類(lèi)健康的殺手。益生菌治療已被證明可有效預(yù)防和治療癌癥的發(fā)生［20］。迄今為止，已報(bào)道并建立了幾種通過(guò)益生菌預(yù)防和治療癌癥的機(jī)制。

2.1 降解潛在致癌物和防止DNA損傷 環(huán)境致癌物如N-亞硝胺等暴露會(huì)導(dǎo)致各種形式的DNA 損傷，例如DNA 鏈斷裂、氧化損傷以及DNA-DNA或DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)等，從而誘導(dǎo)腫瘤的形成［21-22］。已有研究發(fā)現(xiàn)，乳酸桿菌和雙歧桿菌會(huì)抑制致癌化合物形成腫瘤的能力［23］。在一項(xiàng)對(duì)雄性SD大鼠的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，嗜酸乳桿菌和抗性淀粉的組合可以促進(jìn)大鼠結(jié)腸癌引發(fā)劑誘導(dǎo)的DNA損傷的凋亡反應(yīng)［24］。

2.2 增強(qiáng)人體的免疫功能和減少炎癥反應(yīng) 有研究表明，益生菌可以增強(qiáng)癌癥患者的免疫系統(tǒng)［18］。Lakritz 等［25］報(bào) 道 羅 伊 氏 乳 桿 菌ATCCPTA-6475 可以通過(guò)觸發(fā)CD4+和CD25+淋巴細(xì)胞的免疫反應(yīng)，抑制野生型和FVB 株erbB2（HER2）突變小鼠的乳腺癌發(fā)生。幽門(mén)螺桿菌感染是導(dǎo)致胃癌發(fā)生的重要因素。幽門(mén)螺桿菌相關(guān)的致癌途徑之一是“炎癥-萎縮-腸化生-異型增生-腺癌”［26］。Lee 等［27］發(fā)現(xiàn)，幽門(mén)螺桿菌或其脂多糖刺激AGS 細(xì)胞后，可以顯著地增加炎癥介質(zhì)，如TNF-α、IL-8、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（NOS）和COX-2 的表達(dá)，而植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌和嗜酸乳桿菌預(yù)處理細(xì)胞后顯著地抑制了這些介質(zhì)的表達(dá)，且益生菌給藥后可通過(guò)STAT-1/STAT-3激活和JAK2 失活而激活SOCS 抗炎信號(hào)傳導(dǎo)，從而發(fā)揮抗炎作用。

2.3 抗腫瘤或抗誘變化合物的產(chǎn)生 益生菌在代謝的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生抗菌化合物短鏈脂肪酸，有證據(jù)顯示短鏈脂肪酸在調(diào)節(jié)消化道上皮細(xì)胞增殖/凋亡平衡中起關(guān)鍵作用。癌細(xì)胞因?yàn)椴粫?huì)發(fā)生凋亡，所以它們可以在體內(nèi)不斷地增殖。在這方面，乳酸桿菌和丙酸桿菌已經(jīng)被證明可以產(chǎn)生有助于促進(jìn)凋亡發(fā)生的短鏈脂肪酸，因此它們可被用于癌癥的預(yù)防和治療［20］。

3 益生菌抑菌機(jī)制

3.1 益生菌與致病菌競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖所必需的條件之一。有些致病菌如艱難梭菌僅僅依靠攝取單糖來(lái)獲取生長(zhǎng)繁殖所需要的原料和能量，而益生菌可能會(huì)消耗人體內(nèi)大多數(shù)可以利用的單糖，所以致病菌的生長(zhǎng)繁殖將會(huì)受到抑制，從而降低胃腸道疾病的發(fā)生率［28］。

3.2 益生菌與致病菌競(jìng)爭(zhēng)黏附位點(diǎn) 益生菌的黏附能力是決定其在胃腸道定植和抑制病原體生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素［29］。細(xì)菌細(xì)胞壁中的黏附素在細(xì)菌與腸道的黏附中起著重要作用［30］。Neeser等［31］的研究結(jié)果表明，乳酸桿菌具有與細(xì)菌病原體相似的表面黏附素。Singh 等［29］使用Caco-2 細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，評(píng)估了益生菌羅伊氏乳桿菌對(duì)大腸桿菌ATCC25922、傷寒沙門(mén)氏菌NCDC113、李斯特菌ATCC53135 和糞腸球菌NCDC115 的競(jìng)爭(zhēng)抑制作用，結(jié)果顯示益生菌均能有效抑制病原菌對(duì)Caco-2細(xì)胞的黏附，其中具有最高黏附能力的LR6 菌株通常顯示出更高的抑制病原體黏附于Caco-2 細(xì)胞的能力，這表明益生菌菌株的病原體抑制能力可能與其黏附能力有關(guān)，除了黏附素，益生菌表面相關(guān)蛋白在與致病菌競(jìng)爭(zhēng)Caco-2 細(xì)胞的黏附位點(diǎn)中也發(fā)揮了很重要的作用。許多革蘭陰性菌表面有及其纖細(xì)的蛋白性絲狀物菌毛。同樣地，細(xì)菌的菌毛也可以增加細(xì)菌在黏膜表面的定植能力。一些乳酸桿菌能夠產(chǎn)生SpaCBA 這種類(lèi)型的菌毛，它首先在鼠李糖乳桿菌中被識(shí)別，并且賦予鼠李糖乳桿菌高度的黏附能力，因此可能以此優(yōu)勢(shì)來(lái)占據(jù)致病菌的黏附位點(diǎn)［32］。

3.3 益生菌與致病菌發(fā)生共聚集 益生菌除與宿主細(xì)胞發(fā)生黏附之外，也可以和不同種類(lèi)的細(xì)菌發(fā)生附著，即對(duì)細(xì)菌的共聚集作用。Matsubara等［33］發(fā)現(xiàn)乳酸菌可以通過(guò)將病原體結(jié)合到共同聚集體中來(lái)抑制白色念珠菌生物膜的形成。J?rgensen等［34］在他們的研究中通過(guò)分光光度法和瓊脂抑制試驗(yàn)評(píng)估了乳酸桿菌與酵母共聚集和抑制酵母生長(zhǎng)的能力，結(jié)果表明羅伊氏乳桿菌菌株可以和酵母菌發(fā)生共聚集，從而形成了一種抑制白色念珠菌生長(zhǎng)的環(huán)境。

3.4 產(chǎn)生有機(jī)酸和細(xì)菌素 益生菌可以通過(guò)分解代謝和合成代謝分別產(chǎn)生低分子化合物有機(jī)酸和高分子化合物細(xì)菌素來(lái)抑制病原體的生長(zhǎng)。乳酸桿菌和雙歧桿菌可以發(fā)酵丙酮酸產(chǎn)生乳酸、乙酸、甲酸、琥珀酸、谷氨酸、檸檬酸和丁酸等，這些酸的作用模式是降低細(xì)胞內(nèi)的pH，這將破壞病原體的pH平衡，抑制病原體，同時(shí)乳酸桿菌產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可能會(huì)導(dǎo)致周?chē)h(huán)境的氧化還原電位發(fā)生變化，造成對(duì)需氧致病菌的不利影響［35］。細(xì)菌素是各種細(xì)菌的合成代謝產(chǎn)物，是由核糖體合成的抗菌肽且對(duì)熱穩(wěn)定。革蘭陰性菌產(chǎn)生的細(xì)菌素可能是通過(guò)改變細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性和降解其核酸來(lái)殺死致病菌［36］。革蘭陽(yáng)性菌如乳酸菌產(chǎn)生的細(xì)菌素主要通過(guò)兩種作用方式來(lái)消滅病原菌。其一是使細(xì)菌形成孔隙導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞膜電位耗散和內(nèi)容物流出，使細(xì)胞死亡；其二是通過(guò)干擾細(xì)菌細(xì)胞壁的合成導(dǎo)致細(xì)胞快速死亡［37］。

3.5 調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng) 益生菌可以通過(guò)調(diào)節(jié)宿主的特異性和非特異性免疫來(lái)刺激免疫反應(yīng)的發(fā)生［38］。適應(yīng)性免疫應(yīng)答取決于B 和T 淋巴細(xì)胞，它們對(duì)特定抗原具有特異性，而先天免疫系統(tǒng)對(duì)絕大多數(shù)病原體共有的稱為病原體相關(guān)分子模式（PAMP）的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)作出反應(yīng)［39］。對(duì)病原體的主要反應(yīng)是由與PAMP 結(jié)合的模式識(shí)別受體（PRR）產(chǎn)生的。PRR包含TLRs，它們是在各種免疫和非免疫細(xì)胞（如B 細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞）上表達(dá)的跨膜蛋白。益生菌可以通過(guò)下調(diào)TLRs表達(dá)，分泌抑制TNF-α進(jìn)入血液?jiǎn)魏思?xì)胞的代謝產(chǎn)物以及抑制腸上皮細(xì)胞的NF-?B 信號(hào)傳導(dǎo)來(lái)抑制腸道炎癥。Gleeson 等［40］在耐力型休閑運(yùn)動(dòng)員的冬季訓(xùn)練中，檢查了干酪乳桿菌Shirota在4個(gè)月的冬季訓(xùn)練中的作用，并觀察到與安慰劑相比URTIs 顯著降低；此外，食用益生菌的人唾液中IgA濃度明顯更高，這表明了益生菌可以通過(guò)上調(diào)宿主體內(nèi)的免疫球蛋白的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)宿主的特異性免疫反應(yīng)。

如今，益生菌已被廣泛地應(yīng)用到醫(yī)療、食品、保健品等各方面，對(duì)人們的健康產(chǎn)生了一定的功效。目前國(guó)內(nèi)外報(bào)道的益生菌大多數(shù)都是定植在腸道內(nèi)的，其他部位的益生菌以及它們的功效和作用機(jī)制很少被提及。篩選、鑒定和開(kāi)發(fā)應(yīng)用除腸道以外的其他益生菌是今后我們要研究的重點(diǎn)內(nèi)容。