余潔 劉昕 張馳 趙吉春，2 李富華，2 明建，2

（1. 西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2. 西南大學(xué)食品貯藏與物流研究中心，重慶 400715）

衰老，是生物隨著時間的推移，機體從構(gòu)成物質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)到生理功能的喪失和退化過程，是復(fù)雜的自然現(xiàn)象。在機體正常的衰老過程中會發(fā)生許多不良的變化，如皮膚色素沉著、皮膚皺紋等，并會增加對疾病的易感性，與阿爾茨海默氏癥、帕金森氏癥、糖尿病、動脈粥樣硬化、骨質(zhì)疏松癥、骨關(guān)節(jié)炎和多種癌癥等年齡相關(guān)疾病的發(fā)生有關(guān)［1］。

目前，許多天然產(chǎn)物，如多酚類化合物、多糖類化合物的抗衰老功效已經(jīng)被證實，但其可能存在制備成本高、生物利用效率低等問題。益生菌作為活的微生物，當(dāng)給予足夠量時，會給宿主帶來健康益處。益生菌對衰老的作用主要體現(xiàn)在對腸道微生物群的積極調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)和壽命延長的作用［2］。因此，益生菌正因其來源廣泛、成本低廉、安全性較高的優(yōu)勢，而成為抗衰老研究的熱點。論文結(jié)合國內(nèi)外益生菌抗衰老研究現(xiàn)狀，從衰老相關(guān)機制、抗衰老評價模型以及作用機制等方面綜述了益生菌的抗衰老作用。

1 衰老相關(guān)機制

DNA 損傷學(xué)說、端粒學(xué)說、細胞凋亡學(xué)說是闡明衰老機制非常成熟的理論。一般而言，衰老相關(guān)機制主要集中在以下幾個方面。

1.1 炎癥性衰老

炎癥性衰老是由于氧化應(yīng)激、炎性因子的過度表達［3］、DNA 損傷［4］、自噬［5］和非酶糖化［6］等多種因素的作用，引起一系列由NLRP3 和NF-κB 激活的炎癥反應(yīng)，使機體處于一種慢性的、逐漸升高的促炎狀態(tài)。許多研究表明衰老與炎癥的普遍增加有關(guān)［7-8］。Kuilman 等［9］發(fā)現(xiàn)用活化癌蛋白BRAFE600誘導(dǎo)人成纖維細胞的過早衰老與炎癥細胞因子IL-6的表達水平的上調(diào)密切相關(guān)，因為IL-6 的敲除阻止了其誘導(dǎo)的衰老。

1.2 自由基氧化應(yīng)激理論

活性氧自由基在細胞內(nèi)的大量積累，會干擾細胞內(nèi)活性氧物質(zhì)與抗氧化劑的平衡，對細胞內(nèi)大分子和細胞本身造成損傷［10］，這種由活性氧物質(zhì)累積的細胞損傷引起的氧化應(yīng)激在衰老過程中起重要作用，并且是產(chǎn)生慢性炎癥狀態(tài)的主要原因之一［11］。Garrido 等［12］通過對早衰（Prematurely aging mice，PAM）小鼠、老年小鼠比較研究發(fā)現(xiàn)，PAM 小鼠、老年小鼠細胞中過氧化氫酶和谷胱甘肽還原酶活性顯著低于NPAM 和WT 小鼠的相應(yīng)酶的活性。而黃嘌呤氧化酶的活性和氧化型谷胱甘肽呈相反的趨勢。證明衰老細胞中的氧化劑水平明顯增多。此外，機體內(nèi)抗氧化劑水平的提高對衰老具有延緩作用。

1.3 免疫衰老學(xué)說

隨著年齡的增長，適應(yīng)性免疫系統(tǒng)和先天免疫系統(tǒng)的功能逐漸下降，引起機體慢性炎癥，從而加速機體衰老，這種與年齡相關(guān)的免疫機能衰退被稱為免疫衰老［13-14］。其特征包括：naive CD4+和CD8+T 細胞數(shù)量減少，T 細胞亞群失衡，T 細胞受體庫和信號減少。相應(yīng)地，B 細胞的淋巴細胞生成減少，抗體生成減少［15］。

1.4 腸道菌群失調(diào)

人體胃腸道中的微生物數(shù)量（約100 萬億）約為其體內(nèi)細胞數(shù)量（10 萬億）的10 倍［16］。隨著年齡的增長，在藥物、胃腸道感染、飲食等因素的作用下，病理生理功能變化造成腸道微生物群的組成發(fā)生改變［15］。腸道通透性的增加可能是這一變化所導(dǎo)致的結(jié)果，研究發(fā)現(xiàn)，果蠅腸道微生物群的改變發(fā)生于腸道屏障功能障礙之前并對其有預(yù)示作用［17］。結(jié)腸通透性的增加使細菌及其產(chǎn)物逃逸會引起全身性的炎癥，增加機體免疫系統(tǒng)的負擔(dān)，導(dǎo)致機體組織破壞及衰老［18］。Thevaranjan 等［19］將來自老年小鼠的微生物群落定殖到無菌幼鼠后，發(fā)現(xiàn)無菌幼鼠的腸道細胞通透性增加，明確指出與年齡相關(guān)的微生物群落組成的改變可導(dǎo)致腸道通透性增加，同時發(fā)現(xiàn)無菌小鼠可免受年齡相關(guān)性炎癥和巨噬細胞功能失調(diào)的影響。腸道微生物群落被認為可能是衰老的決定因素，因此，調(diào)節(jié)腸道微生物群組成也成為抗衰老研究的有效途徑。

2 益生菌抗衰老評價模型

益生菌的安全性以及抗衰老能力的評價主要依賴體內(nèi)和體外兩種評價模型。體外評價主要集中在與衰老相關(guān)的抗氧化功能研究方面，比如益生菌清除自由基能力、還原力和螯合亞鐵離子能力等，以及在細胞水平上益生菌作用于離體細胞的研究［20］。本文主要對建立實驗室模型生物的體內(nèi)模型進行闡述，各模型的優(yōu)勢、缺陷以及評價指標如表1 所示。

借助上述四類標準的實驗室模型生物，我們已經(jīng)對衰老機制的理解方面取得了重大進展，并且這些模式生物將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。但是將其結(jié)果進行推廣時，仍存在壽命短、遺傳同質(zhì)性、實驗室存活、缺乏生態(tài)環(huán)境等多個方面的限制［31］，因此在進行相關(guān)研究時需要考慮這些因素以適當(dāng)?shù)难a充其他的研究。

3 益生菌抗衰老機制

目前，關(guān)于益生菌抗衰老作用的研究大多是從其抗氧化、減少炎癥、增強免疫力這3 個方面進行側(cè)面體現(xiàn)，沒有深入探討其中可能的分子作用途徑。本文將從益生菌調(diào)節(jié)腸道菌群以及抗衰老相關(guān)信號通路這兩個方面來闡明益生菌的抗衰老作用。

3.1 調(diào)節(jié)腸道菌群

3.1.1 腸道菌群抗衰老作用簡述 腸道菌群棲息在人體腸道內(nèi)，通過對食物中的碳水化合物進行代謝，釋放各種代謝產(chǎn)物，對宿主的免疫功能、代謝和穩(wěn)態(tài)維持產(chǎn)生積極作用，進而發(fā)揮抗衰老的作用。短鏈脂肪酸（Short-chain fatty acids，SCFA）是具有抗炎特性的主要代謝產(chǎn)物，在誘導(dǎo)T 細胞極化中發(fā)揮作用［32-33］。特別是作為上皮細胞的主要能量源的丁酸鹽，具有調(diào)節(jié)基因表達、增殖、分化、凋亡的作用［34］。最新的研究還發(fā)現(xiàn)，腸道細菌產(chǎn)生的H2能夠抑制羥基自由基誘導(dǎo)的細胞衰老模型中H2O2的增加，從而顯示出對細胞衰老的抑制作用［35］。

3.1.2 益生菌對腸道菌群的調(diào)節(jié)作用 益生菌通過在腸道中的定植而向機體引入具有健康作用的菌株，并抑制病原菌的入侵，同時調(diào)節(jié)衍生代謝物而實現(xiàn)其延緩衰老的作用［16，36］。用清酒乳桿菌處理可降低小鼠腸道中變形桿菌門和厚壁菌門的數(shù)量，以及變形桿菌門與擬桿菌門和厚壁菌門與擬桿菌門的比率［37］。用植物乳桿菌LC27、長雙歧桿菌LC67 治療可顯著減少乙醇誘導(dǎo)小鼠腸道中變形桿菌門數(shù)量，增加乙醇抑制的擬桿菌門和放線菌門數(shù)量［38］。此類結(jié)果同時表明，這些改變都能有效地減少代謝產(chǎn)物L(fēng)PS 的產(chǎn)生。另外，發(fā)現(xiàn)長期攝入含德氏乳桿菌的發(fā)酵酸奶使小鼠腸道內(nèi)擬桿菌門與厚壁菌門的比例增加的同時，丁酸鹽和丙酸鹽的產(chǎn)生也增加［28］。

益生菌可以調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達，對保護腸道屏障完整性和功能發(fā)揮有益作用。植物乳桿菌LC27 和長雙歧桿菌LC67 處理乙醇誘導(dǎo)的小鼠，可以增加被抑制的緊密連接蛋白occludin 和claudin-1表達［38］。同樣地，在芽孢桿菌處理的小鼠中，緊密連接蛋白ZO-1 和occludin 的表達顯著增加［39］。該作用有利于預(yù)防微生物及其代謝產(chǎn)物進入血液循環(huán)而引起的全身性炎癥。另外，有研究表明，益生菌混合物IRT5 可以通過抑制腸道微生物群LPS 的產(chǎn)生來抑制炎癥疾病的發(fā)生［40］。SCFA 可通過G 蛋白偶聯(lián)受體或是抑制組蛋白脫乙?；付l(fā)揮其強抗炎作用［41］。

表1 益生菌抗衰老評價模型

3.2 益生菌抗衰老相關(guān)信號通路

3.2.1 腺苷一磷酸激活蛋白激酶（Adenosine 5′-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）途徑

AMPK 是一種介導(dǎo)壽命延長的細胞內(nèi)能量傳感器［42］，其作為細胞能量穩(wěn)態(tài)的主開關(guān)，通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和炎癥性疾病，以及在衰老過程中誘導(dǎo)自噬來減少氧化應(yīng)激而發(fā)揮作用［43-44］。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵乳桿菌DR9、副干酪乳桿菌OFS 0291和瑞士乳桿菌OFS 1515 的無細胞上清液顯示出很強的促進AMPK 的磷酸化活性［45］。在體外，利用清酒乳桿菌對caco-2 細胞的處理也發(fā)現(xiàn)了AMPK 活性增強的現(xiàn)象［37］。因此，許多益生菌已經(jīng)證明具有提高AMPK 活性的作用。

據(jù)報道，AMPK 的激活能夠調(diào)節(jié)肌肉中的線粒體相關(guān)基因，與老年小鼠運動功能的改善相關(guān)［46］。Hor 等［45］研究發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌除了在上坡運動試驗期間提高D-半乳糖大鼠模型的運動性能外，還降低了骨骼和肌肉中的衰老標記物p53 基因的表達。表明乳酸桿菌能以AMPK 依賴性方式保護骨骼和肌肉免受衰老。此外，已有研究證實肝細胞、膽管細胞的衰老是引發(fā)非酒精性肝?。∟AFLD）肝纖維化的進展因素［47］，而Hitoshi 等［48］的研究顯示，對于采用膽堿缺乏、L-氨基酸補充飲食方式誘導(dǎo)的NAFLD大鼠，通過喂養(yǎng)MIYAIRI 588 丁酸梭菌菌株，表現(xiàn)出AMPK 的激活，從而通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)和能量代謝、胰島素敏感性以及氧化應(yīng)激反應(yīng)來顯著抑制NAFLD進展。因此，表明乳酸桿菌和丁酸梭菌能以AMPK依賴性方式分別延緩骨骼細胞、肌肉細胞以及肝細胞、膽管細胞的衰老。益生菌通過AMPK 通路的調(diào)節(jié)途徑如圖1 所示。

3.2.2 NF-κB 途徑 NF-κB 途徑是衰老的關(guān)鍵媒介之一，該通路的激活與引起衰老的相關(guān)因素密切相關(guān)。氧化應(yīng)激過程活性氧水平的升高，使抑制蛋白Iκb 被I kappa b 激酶磷酸化，再經(jīng)過泛素連接酶的泛素化而降解［49］，NF-κB 發(fā)生核轉(zhuǎn)位而增強其信號傳導(dǎo)［50］。炎癥也可以調(diào)節(jié)NF-κB 家族成員的激活，從而觸發(fā)組織特異性衰老相關(guān)的退行性過程［51］。并且NF-κB 信號的激活也被證實是細胞DNA 損傷的標志之一［52］。

圖1 益生菌對AMPK 信號通路的影響

通過老化組織的生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，NF-κB被認為是老化過程中基因表達變化最相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子［53］，控制著細胞中一些細胞因子、生長因子、趨化因子和細胞黏附分子的基因表達［54］。此外，Warnier 等［55］新發(fā)現(xiàn)的一種對衰老有調(diào)節(jié)作用的SCN9A 鈉通道也被證實其由NF-κB 誘導(dǎo)表達，引起質(zhì)膜去極化，從而表現(xiàn)出促衰老特性。

隨著年齡的增長，各種組織中的NF-κB 都會增加，通過抑制NF-κB 通路的活性對衰老的干預(yù)成為可能，益生菌就是NF-κB 的有效抑制劑之一。研究發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌C29 通過抑制NF-κB 信號傳導(dǎo)途徑改善老年小鼠的年齡依賴性結(jié)腸炎［56］。與Jang 等［37］在清酒乳桿菌對長期高脂飲食誘導(dǎo)肥胖小鼠作用的研究結(jié)果相一致。其可能是通過作用于NF-κB 的上游信號物質(zhì)而抑制NF-κB 的激活。已知Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLRs）可以介導(dǎo)NF-κB 通路信號傳導(dǎo)的激活［57］，其中，TLR4 在脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）誘導(dǎo)下可通過激活髓系分化因子88（MyD88）依賴性和myd88 獨立途徑，導(dǎo)致信號傳導(dǎo)產(chǎn)生各種炎癥性細胞因子［58］。有研究表明，用乳酸菌處理后的caco-2 細胞顯示出TLR 信號負性調(diào)節(jié)因子Tollip、SIGIRR 和IRAKM-1 的表達增加［57］。在TLR-NF-κB 信號通路中，也有研究發(fā)現(xiàn)鼠李糖乳桿菌LGG 可以通過降低IκB 的降解速率來抑制NF-κB 的核轉(zhuǎn)位，從而導(dǎo)致IL-8 表達水平下降［59］。植物乳桿菌HY115 和短乳桿菌HY7401 可以通過抑制IκB 的磷酸化來降低NF-κB 的激活，進而抑制IL-1β、TNF-α 等mRNA 的表達，降低炎癥反應(yīng)［60］。

另外，在外源應(yīng)激下，由巨噬細胞產(chǎn)生的TNF-α、IL-6 和IL-1β 可 額 外 激 活NF-κB 通 路［61］，而Wu 等［62］發(fā)現(xiàn)含有植物乳桿菌的發(fā)酵乳能夠抑制LPS 誘導(dǎo)這些因子的產(chǎn)生，通過熒光素酶法發(fā)現(xiàn)，含有植物乳桿菌的發(fā)酵乳可顯著抑制NF-κB 的轉(zhuǎn)錄活性。因此，益生菌也可以通過抑制NF-κB 的轉(zhuǎn)錄活性而減少促炎癥基因的表達。益生菌對NF-κB 信號通路的影響如圖2 所示。

但是，并不是所有的益生菌都能抑制NF-κB 通路，如Jensen 等［63］研究發(fā)現(xiàn)羅伊氏乳桿菌能顯著引起NF-κB 活化，這可能與不同菌株的細胞壁組分肽聚糖和脂磷壁酸、不同環(huán)境下菌株菌毛的表達［64］、表面層SLPA 蛋白［18］存在著差異性有關(guān)。這也暗示益生菌抗衰老的研究應(yīng)該在株水平上進行。

圖2 益生菌對NF-κB 信號通路的影響

4 展望

目前，益生菌抗衰老以及預(yù)防年齡相關(guān)的退行性疾病的作用已經(jīng)成為研究熱點，但是大多數(shù)研究都是通過益生菌的抗氧化能力、提高免疫力、減少炎癥這3 方面來側(cè)面表征抗衰老作用，因此需要進一步明確益生菌體內(nèi)抗衰老作用以及相關(guān)的分子機制，深入研究益生菌對其作用的信號通路，為益生菌在緩解衰老方面的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。此外，有必要明確益生菌中發(fā)揮緩解衰老的功效成分，針對不同益生菌菌株所具備的不同作用效應(yīng)，開發(fā)復(fù)合益生菌產(chǎn)品以增強抗衰老作用將成為未來研究的趨勢。