江西農業(yè)大學食品科學與工程學院 蔡凱凱 黃占旺＊ 葉德軍 孫長濤

常見益生菌主要指兩大類乳酸菌群：一類為雙歧桿菌，常見的有嬰兒雙歧桿菌、長雙歧桿菌、短雙歧桿菌、青春雙歧桿菌等；另一類為乳桿菌，如嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌和羅伊氏乳桿菌等。應用于人體的益生菌有雙歧桿菌、乳桿菌、腸球菌、大腸桿菌、枯草桿菌、蠟樣芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、丁酸梭菌和酵母菌等。從安全性角度考慮，目前工業(yè)用益生菌主要來源于健康人體、動物和傳統(tǒng)食物 （發(fā)酵乳制品、泡菜、納豆等發(fā)酵食品）。

國內外學者對益生菌進行了很多研究和介紹，但多數(shù)只局限于它的使用效果上，對其作用機理缺少系統(tǒng)而深入的總結。本文主要以乳酸菌、雙歧桿菌和芽孢桿菌為對象，綜述了其在調節(jié)腸道菌群和促進機體免疫的作用機理及相關研究進展。

1 益生菌與腸道菌群的關系及其調節(jié)腸道菌群的機理

在人和動物腸道中棲息著大約500余種，約1014個細菌，但正常情況下不會引起人體疾病或其他不健康現(xiàn)象，原因是這些微生物構成了人與動物腸道的正常菌群并且絕大部分都是有益菌。腸道菌群之間關系復雜緊密，有的互生，有的拮抗，它們以宿主攝取的食物以及分泌于消化道內的各種成分作為營養(yǎng)物質進行生長，并且不斷地增殖和被排出。它們與宿主的健康、疾病有著極其密切的聯(lián)系。在正常狀態(tài)下，腸道菌群的組成、種類和數(shù)量都比較穩(wěn)定。腸道菌群不僅和腸黏膜共同構成一道保護屏障，阻止有害細菌、病毒和食物抗原等的入侵，還可以刺激腸道的免疫器官發(fā)揮更強的免疫功能。在所有的菌群中，益生菌是優(yōu)勢菌群，它們能與腸黏膜緊密結合構成腸道的生物屏障，并且通過占位效應、營養(yǎng)競爭及其分泌的各種代謝產物及細菌素等來抑制條件致病菌的過度生長及外來致病菌的入侵，對于維持腸道的微生態(tài)平衡起著不可估量的巨大作用 （王友湘和陳慶森，2007）。

1.1 益生菌的占位效應 各種腸道微生物在腸道中所黏附定植的時間和空間都不一樣，在腸黏膜的特定部位有特定的細菌黏附，細菌在該部位黏附以后會定植下來并不斷繁殖，直到形成穩(wěn)定的菌群。這些微生物可發(fā)揮占位定植的作用，競爭定植位點以阻止病原菌與腸道黏膜受體結合產生黏附。益生菌的黏附還可以防止條件致病菌的易位，防止條件致病菌向周圍不斷擴散而引發(fā)有關部位感染。劉國榮等（2009）通過對長壽老人源雙歧桿菌菌株的研究發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌的黏附能減緩致病菌對細胞所造成的損害，并且與其黏附能力成正比。其菌液對金黃色葡萄球菌及大腸桿菌均具有顯著的抑制性，抑制效果和菌液濃度成正比。王長文等（2010）總結了前人的研究成果后發(fā)現(xiàn)，黏附后的雙歧桿菌是通過進一步改變腸道環(huán)境和分泌而實現(xiàn)對腸道細胞的穩(wěn)定黏附。Kankaanpa等（2004、2001）研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌與病原菌競爭黏附于腸黏膜是由于細胞外液的影響，另外，還發(fā)現(xiàn)在細胞外的多不飽和脂肪酸對乳酸菌與腸上皮細胞的黏附有著重要影響，從而成為乳酸菌能夠優(yōu)先黏附定植所特有的能力。郝小燕等（2010）通過將大腸埃希菌K1與人結腸癌細胞系Lovo細胞共孵育，采用黏附性抑制和競爭性排除方法檢測發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌乳桿菌三聯(lián)菌能顯著抑制大腸埃希菌K1株黏附侵襲于Lovo細胞，其抑制作用呈劑量依賴性。

1.2 益生菌的營養(yǎng)競爭和拮抗效應 益生菌自身屬于正常腸道菌群，當其穩(wěn)定黏附于腸道中后便開始繁殖，其可利用本身所特有的某些酶類（如半乳糖苷酶等）補充宿主在消化酶上的不足，幫助分解上消化道中未被充分水解的營養(yǎng)物質，有利于宿主進一步的吸收利用，它還可以增加人體必需的維生素、氨基酸、微量元素和某些無機鹽類（如鈣、磷、鐵和鈷等）的吸收和利用。在營養(yǎng)物質有限的情況下，益生菌可通過其優(yōu)勢生長競爭性地消耗潛在致病菌的營養(yǎng)素，這種競爭有限營養(yǎng)素的能力是決定腸道菌群分布的重要因素。大腸內細菌是由營養(yǎng)基質的利用范圍所決定的，近端結腸內的細菌是從小腸傳來的大量食物殘渣中獲得營養(yǎng)物質，而遠端結腸內的細菌能利用的基質范圍就變得非常有限。正常生理狀態(tài)下，遠端小腸和近端結腸內乳酸桿菌的含量較高，而遠端結腸內雙歧桿菌的數(shù)量占優(yōu)勢。故增加乳酸菌或雙歧桿菌的數(shù)量可減少其他菌群所消耗的營養(yǎng)基質（孫笑非和溫俊，2010）。陳兵等（2003）通過大鼠腸道試驗發(fā)現(xiàn)，納豆芽孢桿菌能促進腸道厭氧菌群的生長，而抑制需氧菌群的生長。其機理是納豆芽孢桿菌在腸道中迅速繁殖，消耗了腸道中的大量氧氣，降低了腸內氧濃度，改善了雙歧桿菌等厭氧菌的生長環(huán)境的同時也使腸道中原本存在的需氧菌腸桿菌和腸球菌等的生長因缺氧而受到抑制。

1.3 益生菌代謝產物抑制致病菌的作用 益生菌在腸道中繁殖，會不斷產生各種自身代謝產物，其中有很多對致病菌都具有很強的抑制性。乳桿菌作為益生菌中應用最廣的菌種，能產生大量的短鏈脂肪酸（乳酸、乙酸、丙酸等）、脂肪酸（苯基乳酸、對羥基苯基乳酸）、過氧化氫、細菌素或多肽抗生素類物質，均具有抑菌或殺菌活性。納豆芽孢桿菌的代謝產物吡啶二羧酸對 O-157病原性大腸桿菌也有抑制作用（李江偉，1999）。還有一些益生菌可產生具有廣譜抗菌作用的物質，如細菌素、過氧化氫、親脂分子、二乙酰、二氧化碳和乙醛等，這些物質對腸道內的大腸桿菌、沙門氏菌和鏈球菌等均有抑菌或殺菌作用（孫笑非和溫俊，2010）。

2 益生菌的免疫調節(jié)作用的機理

1885年巴斯德提出免疫系統(tǒng)與微生物的關系，革蘭氏陰性菌細胞壁含有肽聚糖（PG）、脂多糖（LPS）和多糖（PS）；陽性菌含有磷壁酸（LTA），而沒有LPS。這些大分子成分是細菌對宿主發(fā)揮生理功能的主要物質基礎，其作用包括細菌對宿主細胞的黏附定植、免疫誘導、防御腫瘤發(fā)生等等。在細菌增殖和死亡過程中LPS和PG這兩類大分子不斷向外釋放；而在細菌感染時，LPS和PG則會進入血液中。

人和動物的腸道內存在著非常發(fā)達的免疫系統(tǒng)。目前的研究發(fā)現(xiàn)，胃腸道中作為益生菌的微生物主要通過三條途徑刺激動物的免疫系統(tǒng)：第一，作為活細胞在動物胃腸道表面定植并繁殖，增殖到一定數(shù)目后可以刺激動物免疫系統(tǒng)；第二，細胞死亡裂解后釋放出來的抗原物質（包括脂多糖、肽聚糖和DNA等大分子物質）被動物吸收后直接刺激動物免疫系統(tǒng)；第三，通過影響胃腸道中微生物菌群組成來間接影響免疫系統(tǒng)（胡文鋒等，2003）。益生菌對動物免疫力的改善主要表現(xiàn)在以下三個方面：（1）促進巨噬細胞對微生物細胞以及碳粒的吞噬作用，增強巨噬細胞活性；（2）提高免疫系統(tǒng)抗體產生水平。一般為免疫球蛋白中的IgG和I-gA，以及干擾素的產生水平；（3）能提高腸壁黏液細胞表面的局部抗體水平，通常是提高IgA水平。總的來說，益生菌對于免疫的刺激作用包括了細胞免疫和體液免疫兩方面。

2.1 益生菌對機體細胞免疫的影響 細胞免疫是以淋巴細胞中的T細胞為核心的免疫應答反應。當T細胞與某些病原體接觸后，在巨噬細胞參與下，T細胞進行分化、增殖為免疫T細胞，其中主要是輔助性T細胞I（CD4 ThI細胞）和細胞毒性T細胞（CTL細胞）。很多研究結果表明，乳酸菌可以通過提高巨噬細胞和單核細胞的活性、促進免疫細胞分泌細胞因子的方式來提高機體的細胞免疫水平（鄭穎輝和閆素梅，2010）。

杭柏林等（2008）將從雞盲腸中分離得到的乳酸菌株植物乳桿菌和糞鏈球菌添加到肉雞飼料中發(fā)現(xiàn)，乳酸菌具有增強白細胞吞噬功能的效果。司振書和牛鐘相（2007）將微生態(tài)制劑添加到肉雞的飼料中，通過檢測肉雞血清中ND血凝抑制抗體效價、紅細胞花環(huán)率及免疫器官中T細胞百分數(shù)等指標發(fā)現(xiàn)，微生態(tài)制劑可增加免疫器官中T細胞的數(shù)量，激發(fā)機體細胞免疫應答，提高機體全身細胞免疫應答水平。呂利軍等（2009）選取48頭25日齡斷奶仔豬，分成對照組、乳酸菌組和合生素組，分別飼喂基礎日糧、添加0.05%乳酸菌微膠囊的基礎日糧和添加0.1%菊粉+0.05%乳酸菌微膠囊的基礎日糧。結果表明乳酸菌組和合生素組單核巨噬細胞數(shù)量比對照組分別提高12.21%和13.17%。

Yasui和Ohuaki等（1991）給小鼠飼喂短雙歧桿菌發(fā)酵奶，小鼠的腸黏膜下淋巴結增生，在體外試驗中短雙歧桿菌促進小腸黏膜下淋巴結細胞增殖，經檢測發(fā)現(xiàn)這些淋巴細胞主要是B淋巴細胞，進一步研究表明，短雙歧桿菌活化了這些貼壁細胞，貼壁細胞分泌一種可溶性因子，促進B細胞的增殖。雙歧桿菌為機體腸道內有益菌的最主要成分，對免疫系統(tǒng)的免疫激活作用可通過多個環(huán)節(jié)起作用。雙歧桿菌的完整肽聚糖可激活NK細胞，使之產生血清干擾素IFN-γ，從而激活機體的免疫，另外，它可刺激巨噬細胞樣細胞分泌多種細胞因子，這些因子可以作用B淋巴細胞，使之分化成熟并分泌多種抗體（王立生，1998）。李立等（2010）通過小鼠試驗發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌能明顯促進小鼠碳廓清指數(shù)和腹腔巨噬細胞的吞噬能力，提高小鼠NK細胞的活性。該研究中淋巴細胞的分化增強和遲發(fā)型變態(tài)反應反映了機體的細胞免疫功能。馮聚玲等（2007）以雙歧桿菌的完整肽聚糖（WPG）刺激大鼠腹腔巨噬細胞，通過檢測巨噬細胞腫瘤壞死因子TNF-α mRNA的表達水平發(fā)現(xiàn)，WPG能上調巨噬細胞TNF-α mRNA的表達。而付艷茹等（2010）通過用WPG和長雙歧桿菌做對比試驗發(fā)現(xiàn)，前者的效果優(yōu)于后者，因此可以發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌所起的免疫促進作用與其完整肽聚糖有很大的關聯(lián)。

有關于芽孢桿菌對于免疫的促進機理的研究目前比較少。周國勤等（2006）通過對魚類飼喂一定劑量的納豆芽孢桿菌及其發(fā)酵產物后發(fā)現(xiàn)，受試魚類血液中NBT陽性細胞（吞噬細胞、中性粒細胞、巨噬細胞）的數(shù)量有明顯的增加，而且血清溶血酶活力也有一定的上升。巨噬細胞和中性粒細胞的表面存有糖受體，這些受體可能在糖產生免疫刺激過程中發(fā)揮重要的作用。納豆芽孢桿菌及其發(fā)酵產物正是與受體結合后激活巨噬細胞，促進其釋放細胞因子、白三烯等物質，并通過這些物質來刺激其他的淋巴細胞，從而引起整個機體的免疫反應，但目前這些個別的研究還不能說明納豆芽孢桿菌及其發(fā)酵產物增強動物非特異性免疫功能的生物學原理，其機理還有待進一步研究。

2.2 益生菌對機體體液免疫的影響 體液免疫是以特異性抗體起主要作用的免疫應答反應。隨著病原體的類型、進入機體的途徑以及免疫應答過程的不同，機體免疫系統(tǒng)可以合成、分泌五類免疫球蛋白抗體：IgA、IgG、IgM、IgE和 IgD。 而這些抗體可以識別并特異性結合抗原、介導免疫細胞活性、增強吞噬細胞的吞噬功能。尤其是IgA可以有效地抑制細菌對腸黏膜的黏附，通過對細菌的凝集作用使病原菌從體內排出。

IgA是機體黏膜防御感染的重要因素，主要由黏膜淋巴結和固有膜淋巴細胞分泌產生，與腸上皮腺體細胞合成的分泌片結合后，形成分泌型免疫球蛋白sIgA，它是機體黏膜免疫系統(tǒng)的一部分。腸黏膜受到特異性抗原的刺激后，也可以檢測到特異性的sIgA抗體，它既可以抵抗腸腔內的蛋白質水解酶，也不會激活補體。經腸黏膜上皮細胞釋放到腸腔內的sIgA，和腸黏膜表面的正常菌群混合存在，可以降低致病性微生物在黏膜表面的附著，中和細菌毒素，限制細菌的繁殖，維持腸道內的正常菌群平衡 （周正任，2000）。益生菌能誘導sIgA的產生。益生菌中的乳酸桿菌和雙歧桿菌的代謝物和整個細胞等抗原物質能通過M細胞進入派爾集合淋巴（PP），激活Th2細胞，產生大量的白細胞介素IL-5，而IL-5是有效的IgA產生因子，能激活PP生發(fā)中心的B細胞，使其轉化為漿細胞，在生產免疫球蛋白的過程中向IgA轉化。腸黏膜上皮細胞還能產生分泌小體，與雙體IgA分子結合，形成sIgA并排列在腸道內皮上，sIgA能預防腸道蛋白酶的分解，形成黏膜上的抗體。由于益生菌一般含有其他菌的共同抗原，因此sIgA能與腸道內的細菌和病毒進行免疫反應，阻斷這些菌和病毒在腸道上皮的黏附和穿透，中和毒素，從而緩解腹瀉、胃炎、過敏性皮炎等癥狀（潘曉東和吳天星，2005）。胡帥爾等（2010）也通過飼喂小鼠益生菌，然后對小鼠免疫器官的重量、脾淋巴細胞的轉化、脾細胞抗體的生成、腸黏膜sIgA含量等的測定發(fā)現(xiàn)，益生菌能促進機體的體液免疫。

IgG占血清中抗體總量的75%以上，在體液免疫中起著主力免疫作用。任貴強等（2006）通過飼喂小鼠低、中、高劑量的乳酸菌后發(fā)現(xiàn)，一定劑量的乳酸菌能增加機體IgG的分泌，提高機體的免疫力。

益生菌能抑制IgE的產生。IgE又稱反應素，或親細胞抗體，由呼吸道和消化道黏膜固有層中漿細胞產生，分布于這些部位的黏膜細胞、外分泌液和血液內。IgE是引起Ⅰ型超敏反應的主要抗體。干酪乳桿菌能誘導IFN-γ但抑制IL-4和IL-5的分泌，并顯著抑制所有IgE和抗原特異性IgE的分泌，其主要通過IL-12的增加，誘導Th1型T細胞的產生，而這種T細胞能抑制IgE的產生（潘曉東和吳天星，2005）。

3 小結和展望

隨著益生菌在調節(jié)腸道菌群和促進免疫方面的作用被不斷發(fā)現(xiàn)，其在營養(yǎng)和疾病控制方面的應用也逐漸受到重視。目前國內的研究主要都停留在益生菌的作用方面，對于其分子水平的作用機理研究還較少，有關益生菌的作用機理，很多結論只是初步的或是推測，而且各菌種的作用也不能一概而論，有些只是體外試驗的結果，并不一定代表動物體內的真實情況。因此，研究中不應只局限于微生物學中“純培養(yǎng)”的固有觀念，還需應用微生態(tài)學與悉生生物學的觀點和方法，把益生菌與宿主及宿主體內的其他微生物作為一個整體，研究它們之間相克相生的關系，這樣才能全面揭示有益微生物的作用，另外，還要克服益生菌在研制開發(fā)過程中存在的盲目性和低效率，以及應用中效果不穩(wěn)定等問題。

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