益生菌對腸道健康的功效及其作用機制的研究進(jìn)展

孫冶，李新鳴 ，王藺，孫福玉，金海燕 ，肖純凌 *

（1.沈陽醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)教研室，遼寧 沈陽 110034；2.遼寧省環(huán)境污染與微生態(tài)重點實驗室；3.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)2015級17班）

益生菌（probiotics）是指定植于宿主腸道或生殖系統(tǒng)內(nèi)，直接作為食品添加劑服用能夠改善宿主菌群平衡，產(chǎn)生確切健康功效從而提高宿主健康水平，對機體產(chǎn)生有益影響的活性微生物［1］。本文針對益生菌和腸道疾病之間的關(guān)系，分別從益生菌對腸道免疫調(diào)節(jié)、增強腸道屏障、競爭性黏附于黏膜等方面進(jìn)行綜述，為今后益生菌制劑的研究和開發(fā)提供參考。

1 益生菌的分類及安全性

美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）公布的益生菌菌種約有42種，而我國農(nóng)業(yè)部第105號公告公布了可用于添加飼料級的益生菌菌種有12種［2］。目前國際上批準(zhǔn)通過的可以作為益生菌并應(yīng)用于人體的主要菌株有：枯草芽孢桿菌、雙歧桿菌、乳酸桿菌、嗜熱鏈球菌、丁酸桿菌、脆弱擬桿菌、大腸桿菌等［3］。這些益生菌中研究開展較早、有益作用機制了解較透徹并已經(jīng)投入生產(chǎn)使用的菌株主要有乳酸桿菌屬、雙歧桿菌屬及丁酸桿菌屬。

2 益生菌在腸道健康效應(yīng)中發(fā)揮的生理功能

2.1 益生菌調(diào)節(jié)腸道菌群平衡 益生菌通過外界添加的方式進(jìn)入到腸道中，且定植于腸道黏膜上，通過自身的黏附和競爭性抑制作用，在腸道表面形成一道天然屏障，將致病菌與腸上皮組織隔離開來，抑制或減少病原菌的侵染和定植，增強機體防御作用［4］。有研究報道，雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬、腸球菌屬所產(chǎn)生細(xì)菌素對金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌和白色念珠菌均有較強的抑制作用［5］。另外，大多數(shù)益生菌如乳酸桿菌、雙歧桿菌多為厭氧菌，腸道環(huán)境處于缺氧狀態(tài)有利于其生長和定植，益生菌在局部大量繁殖則會形成缺氧微環(huán)境，而致病菌多為需氧菌，在缺氧環(huán)境下其生長繁殖受到抑制，同時由于益生菌及其代謝產(chǎn)物產(chǎn)生具有抑菌活性的物質(zhì)消滅病原菌，從而達(dá)到重建腸道生態(tài)平衡［6］。

2.2 益生菌對腸道物質(zhì)能量的作用 益生菌在宿主腸道中能夠提供多種自身所不具備的酶和生化反應(yīng)途徑，能夠分解宿主腸道中的多糖、寡聚糖以及糖蛋白等，生成短鏈脂肪酸，為宿主提供能量和腸道正常菌群生長繁殖的營養(yǎng)要素［7］。此外，某些腸道益生菌，如乳酸桿菌、雙歧桿菌、腸桿菌屬通過一種或者幾種作用機制降低膽固醇。目前較為公認(rèn)的幾種假說機制有：（1）益生菌具有膽鹽水解酶活性。腸道環(huán)境pH合適條件下，益生菌將結(jié)合膽鹽水解成游離膽鹽，膽固醇和游離膽鹽發(fā)生共沉淀，有效降低血清中膽固醇含量；（2）益生菌具有吸附或吸收膽固醇能力，益生菌通過細(xì)胞壁、細(xì)胞膜及細(xì)胞質(zhì)積累膽固醇達(dá)到降低血清中膽固醇的作用［8］。另外，雙歧桿菌還能夠使人體血液中的膽固醇和甘油三酯的含量降低，一定程度上可以改善人體脂質(zhì)代謝紊亂［9］。

2.3 益生菌對腸道的免疫調(diào)節(jié)作用 有些益生菌如乳酸桿菌和雙歧桿菌通過細(xì)胞免疫刺激TNF-α、IL-6、IL-10、IL-1、IL-4及IL-5等細(xì)胞因子的產(chǎn)生，其中IL-6和TNF-α是兩種重要的細(xì)胞因子，在參與炎癥反應(yīng)、抗腫瘤及調(diào)節(jié)機體免疫機能中發(fā)揮重要作用［10］。在腸黏膜免疫系統(tǒng)中，益生菌菌體或其代謝產(chǎn)物可作為抗原被黏膜M細(xì)胞獲得和識別，從而促進(jìn)腸黏膜免疫系統(tǒng)的發(fā)育，激活巨噬細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞，在腸黏膜淋巴組織中形成生發(fā)中心，最終B淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化為漿細(xì)胞分泌黏膜抗體IgA，介導(dǎo)黏膜免疫［11］。

宿主免疫系統(tǒng)通過模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）家族，識別病原菌表面相關(guān)分子模式（PAMP），目前，已知的幾個PRRs家族有Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）、NOD樣受體（Nod-like receptor，NLR）、RIG-1樣受體（RIG-like receptor，RLR）、C型凝集素受體及OAS受體，不同的受體可以識別不同的抗原分子［12］。TLR是PRRs中重要的一種，益生菌可調(diào)節(jié)TLR信號通路的活化，TLR可識別并結(jié)合PAMP，促進(jìn)下游信號和轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)調(diào)激活，從而誘導(dǎo)抗菌物質(zhì)、趨化因子、細(xì)胞因子及共刺激分子的表達(dá)，引發(fā)天然免疫和適應(yīng)性免疫［13］。

2.4 益生菌的抗癌作用 腸道微生態(tài)菌群失調(diào)可以導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生，甚至是惡性腫瘤的發(fā)生。益生菌對直腸癌、胃癌及肝癌均有一定的治療作用，其作用機制主要是調(diào)節(jié)腸道菌群、機體免疫、抗炎、代謝使致癌物質(zhì)失活、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡等的發(fā)生，但具體的分子機制還有待進(jìn)一步研究［14-15］。研究發(fā)現(xiàn)，補充多種益生菌如雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌及嗜酸乳桿菌，可以改變腸道菌群，腸道菌群的改變與腫瘤發(fā)病率降低及腫瘤數(shù)量和體積減少顯著相關(guān)，其機制可能是益生菌通過增強TLR-2等蛋白表達(dá)，改善腸黏膜上皮屏障完整性，而下調(diào)TLR-4、Caspase-3等的表達(dá)，抑制細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)，從而降低結(jié)腸癌的發(fā)生［16］。李濤等［17］研究發(fā)現(xiàn)，Piwil2基因是癌-睪丸基因家族中的一員，其表達(dá)的異常與腫瘤的發(fā)生有著密切的關(guān)系，三陰性乳腺癌細(xì)胞中Piwil2基因高表達(dá)導(dǎo)致了對乳腺癌化療藥物順鉑敏感性的降低，乳酸菌發(fā)酵液可通過下調(diào)Piwil2基因的表達(dá)增強乳腺癌細(xì)胞對順鉑的敏感性，從而增強順鉑治療三陰性乳腺癌的作用。

3 益生菌改善腸道疾病的作用機制

3.1 益生菌治療幽門螺桿菌感染性腸道疾病 幽門螺桿菌（Helicobacter pylori，Hp）主要存在于胃及十二指腸的革蘭陰性菌，是引起消化性潰瘍、慢性胃炎等上消化道疾病的主要病原菌之一，數(shù)據(jù)顯示全球超過50%的人類感染，且不發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家的感染率更高，約80%［18］。由于益生菌獨特的屬性使其在調(diào)節(jié)腸道菌群方面獲得了極大的優(yōu)勢，隨著益生菌在治療Hp中的應(yīng)用，其治療Hp的作用機制也成為研究熱點。

3.1.1 抑制Hp的定植 益生菌可誘導(dǎo)促進(jìn)分泌黏蛋白的基因表達(dá)，還原胃黏膜的滲透性，達(dá)到抑制Hp黏附的作用［19］。Rokka 等［20］研究了乳酸桿菌對Hp對胃腺癌AGS細(xì)胞黏附作用的影響，發(fā)現(xiàn)不管是活菌還是熱殺死的乳酸桿菌都可以大量黏附在胃腺癌AGS細(xì)胞，可有效的競爭性降低Hp的黏附密度，并且可抑制IL-8的產(chǎn)生，從而抑制Hp感染引起的炎癥反應(yīng)。

3.1.2 免疫調(diào)節(jié)機制 在腸道發(fā)生炎癥時，干酪乳桿菌能降低炎癥組織中的炎性因子水平，從而減弱炎性反應(yīng)［21］。Hp感染可導(dǎo)致胃黏膜內(nèi)COX2表達(dá)升高，雙歧桿菌、乳酸桿菌有降低胃黏膜內(nèi)COX2表達(dá)及抑制Bax蛋白表達(dá)的作用，進(jìn)而抑制胃上皮細(xì)胞的凋亡，同時還可抑制Hp感染引起的IL-8的產(chǎn)生，從而降低胃黏膜炎癥反應(yīng)［22］。此外，有研究報道益生菌可通過上調(diào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子（SOCS）2和SOCS 3的表達(dá)，阻斷核因子NF-κB核轉(zhuǎn)位，活化STAT-1/STAT-3和鈍化蛋白酪氨酸激酶2（JAK2）通路，抑制Hp感染導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)［23］。

3.1.3 產(chǎn)生抑制Hp的物質(zhì) 益生菌在發(fā)酵過程中會生成多種有機物和抑菌素，它們具有殺滅或抑制Hp的作用，例如乳酸桿菌在分解代謝過程中產(chǎn)生大量的乳酸，可以抑制Hp尿素酶，使Hp失去“氨云”的保護(hù)作用［24］。

3.2 益生菌治療炎癥性腸病 炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）是一類病因和發(fā)病機制尚未完全明確的慢性非特異性腸道疾病，具有遺傳性和復(fù)發(fā)率高等特點，包括兩種類型，即潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC）和克羅恩病（Corhn's disease，CD）［25］。王紹強［26］研究發(fā)現(xiàn)，采用雙歧桿菌三聯(lián)活菌治療輪狀病毒腸炎患兒，益生菌可上調(diào)細(xì)胞因子CD3+、CD4+及CD4+/CD8+的表達(dá)水平，有助于提高患兒免疫力，并促進(jìn)病情好轉(zhuǎn)。此外，劉勇等［27］采用益生菌（雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、糞腸球菌混合制劑）聯(lián)合美沙拉嗪治療輕、中度UC患者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)聯(lián)合應(yīng)用的治療總有效率顯著高于單用美沙拉嗪治療，且其6個月復(fù)發(fā)率也顯著較低。

3.3 益生菌治療腸易激綜合征（IBS） IBS是常見胃腸病之一，IBS患者由于感染、抗生素的使用及其它發(fā)病因素導(dǎo)致菌群失調(diào)，其與IBS發(fā)病密切相關(guān)，目前益生菌可能成為治療IBS的一種有效方法［28］。研究發(fā)現(xiàn)，益生菌短期和長期治療均能改善IBS癥狀，其機制可能是益生菌具有抗炎、改變結(jié)腸菌群、改變結(jié)腸代謝產(chǎn)物和影響結(jié)腸動力等作用［29］。雙歧桿菌和乳酸桿菌數(shù)量的增加可以殺傷或抑制有害菌，從而達(dá)到調(diào)節(jié)腸道正常菌群平衡的目的，有效治療 IBS［30］。

4 小結(jié)與展望

隨著生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)的不斷深入研究，益生菌治療在人們生活和臨床應(yīng)用中發(fā)揮越來越重要的作用，特別是在治療腸道相關(guān)疾病領(lǐng)域尤為突出。此外，近年來由于大量抗生素的普遍濫用，導(dǎo)致許多耐藥菌的產(chǎn)生和抗生素使用壽命的縮短，給臨床治療和用藥選擇帶來了極大的困難，因此在后抗生素時代益生菌制劑必將成為研究熱點［31］。益生菌未來的發(fā)展前景很可能取代抗生素成為下一個時代的主導(dǎo)者。