后生元的成分、來源及其功能

◆作者：杭柏林 陳成成 梅貴恒 王倩

◆單位：河南科技學院動物科技學院

后生元（Postbiotics）是一種新型的微生態制劑，其來源和功能與益生菌一樣，具有來源復雜、功能多樣的特點。后生元是對宿主有益的非活細胞性的微生物及其成分的制劑，所以后生元比益生菌具有很多優勢，比如可以常溫保存且保存期長、安全性高（如沒有耐藥基因轉移），不必擔心噬菌體感染（Shendeov等，2013；賀凱茹等，2022；Moradi等，2020）。同時，后生元在許多領域都有應用，比如飼料添加劑、化妝品、食品保鮮、醫藥、生物獸藥等。因此，后生元被認為是益生菌的有效替代物（王婷等，2022），正逐漸成為新的研究熱點，應用前景不可估量。本文主要就后生元的成分、來源及其功能進行簡要介紹，希望為后生元的開發與應用提供參考。

1 后生元的成分

后生元的成分主要是指來源于益生菌具有益生功能的非活細胞性的物質。后生元的成分比較復雜，不同來源的后生元其成分不一樣。發揮功能的后生元成分可能是單一的，也可能是復雜的。根據成分來源的差異，可將后生元分為4 種類型，即滅活菌體型后生元、菌體結構成分型后生元、菌體代謝物型后生元和無細胞混合物型后生元。

滅活菌體型后生元是指非活狀態的具有完整結構的益生菌菌體細胞（任小杰等，2021；高杰等，2018；李楊等，2021），又被稱之為類生元（王婷等，2022）。這種后生元需要通過特殊的滅活方式進行制備。滅活疫苗不屬于后生元，因為其通常是由致病性微生物制備而成的。

菌體結構成分型后生元主要是指構成益生菌菌體結構的物質，如肽聚糖、磷壁酸（包括壁磷壁酸和脂磷壁酸）、細胞膜蛋白、胞外多糖（EPS）、S 層、菌毛、鞭毛、凝集素類分子、β- 葡聚糖等（高杰等，2018；李楊等，2021；王婷等，2022）。

菌體代謝物型后生元主要是指益生菌在生長繁殖過程中產生具有益生功能的代謝產物。這類后生元較為多樣，如胞內多糖、酵素、蛋白質/ 勝肽（多肽）（如谷胱甘肽）、有機酸[乳酸、丙酮酸、吲哚-3- 乳酸、琥珀酸等，短鏈脂肪酸（醋酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸）]、脂質、維生素、酶[如谷胱甘肽過氧化物酶（GSHPx）、超氧化物歧化酶（SOD）、NADH- 過氧化物酶]、色胺、吲哚-3- 乙醛、去氨基酪氨酸、次級膽汁酸、尿膽酸、3-(4- 羥基苯基)乳酸、對醋氨酚、苯酚、10- 羥基- 順-12- 十八烯酸、肉豆蔻油酸、白細胞介素（IL）-22、異硫氰酸酯、醋酸鹽、5- 甲氧基吲哚乙酸、5- 羥基吲哚-3- 乙酸、抗菌肽（如乳酸鏈球菌素等細菌素）、乳清分離蛋白、VPP (異亮氨酰-脯氨酰- 脯氨酸)、IPP (纈氨酰-脯氨酰- 脯氨酸)、p40 蛋白、神經遞質類物質（γ- 氨基丁酸、5-羥色胺、多巴胺、去甲腎上腺素、腦源性神經營養因子、乙酰膽堿）、4- 羥苯基丙酸、4- 羥苯基乙酸、咖啡酸、氯丁素、溶菌素、凝集素、凝血因子、信使/信號分子、縮醛磷脂、十二碳六烯酸等（高杰等，2018；李楊等，2021；范夢 琦 等，2022；白 娜 等，2022；Jauhiainen 等，2005；Petrova 等，2016；王巖等，2021；Teame 等，2020；吳煥，2019）。隨著研究與開發的深入，這類具有益生功能的代謝物種類還會越來越多。當然，有人認為這類代謝物不能作為一種類型的后生元。也有人認為純化的或人工合成的這類代謝物不屬于后生元。但是，我們卻難以否定這些代謝物的益生功能，特別是有些代謝物也存在于滅活的完整菌體內。因此，本文暫認為具有益生功能的菌體代謝物為一種類型的后生元。隨著后生元研究與人類理解的深入，這類代謝物在分類上的歸屬將會變來變去。

無細胞混合物型后生元主要是指益生菌培養后去除益生菌菌體后的混合物，其中含有益生菌的代謝物、益生菌菌體死亡后裂解而來的菌體結構成分及其細胞內含物。這類后生元較易制備，但重復性不高，不同批次制備的后生元制劑可能存在成分及功能上的差異。

2 后生元的來源

后生元通常是由益生菌制備而來的制劑。益生菌有很多菌種，分屬于不同的菌屬。可以用來制備后生元只是部分菌株。因此，在制備后生元之前必須按照一定的要求挑選所需要的益生菌菌株。目前，可以用來制備后生元的益生菌菌株有細菌類和真菌類。

細菌類有乳桿菌屬的植物乳桿菌、發酵乳桿菌、瑞士乳桿菌、干酪乳桿菌、副干酪乳桿菌、羅伊乳桿菌、短乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、乳酸桿菌、嗜酸乳桿菌、唾液乳桿菌、格氏乳桿菌、清酒乳桿菌、加氏乳桿菌、戊糖乳桿菌、卷曲乳桿菌、詹氏乳桿菌、兩杈乳桿菌、德氏乳桿菌、高加索酸奶乳桿菌、馬乳酒樣乳桿菌、保加利亞乳桿菌、熟酸乳桿菌、約氏乳桿菌、玉米乳桿菌，雙歧桿菌屬的兩歧雙歧桿菌、動物雙歧桿菌、乳酸雙歧桿菌、長雙歧桿菌、青春雙歧桿菌、短雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌，腸球菌屬的糞腸球菌、乳酸腸球菌，乳球菌屬的乳酸乳球菌（乳酸亞種，乳脂亞種，雙乙酰亞種），芽孢桿菌屬的凝固芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、多粘類芽孢桿菌，擬桿菌屬的多形擬桿菌、單形擬桿菌、雙孢擬桿菌、產酸擬桿菌、卵形擬桿菌，明串珠菌屬的腸膜明串珠菌腸膜亞種，短狀桿菌屬的副凝聚短狀桿菌，黃桿菌屬的嗜果膠黃桿菌，阿克曼菌屬的嗜黏蛋白阿克曼菌（AKK），丙酸桿菌屬的費氏丙酸桿菌謝氏亞種和產丙酸丙酸桿菌，片球菌屬的乳酸片球菌、戊糖片球菌，普雷沃菌屬的普雷沃菌，類桿菌屬的脆弱類桿菌，葡萄球菌屬的小牛葡萄球菌、木糖葡萄球菌、肉葡萄球菌，鏈球菌屬的嗜熱鏈球菌，棲糞桿菌屬的普氏棲糞桿菌（又稱普拉梭菌），梭菌屬的解黃酮梭菌，埃希菌屬的大腸桿菌，鯨桿菌屬的索氏鯨桿菌（李楊等，2021；白娜等，2022；王習振等，2021；孫文等，2021；黃繼紅等，2022；賀凱茹等，2022；殷成港等，2022）。

真菌類主要是酵母，主要包括布拉迪酵母、釀酒酵母、啤酒酵母、小紅酵母、畢赤酵母和脆壁克魯維酵母等（白娜等，2022；王習振等，2021；賀凱茹等，2022；殷成港等，2022）。

3 后生元的功能

后生元的益生功能豐富多樣，同一種后生元可能有不同的功能，不同的后生元可能有著共同的功能。

3.1 拮抗致病菌，維持腸道菌群穩定

后生元可抵抗致病菌感染，維持宿主腸道微生態菌群穩定，對保障宿主健康具有重要作用。滅活的益生菌可改善腸道微生態平衡，進而促進宿主健康（白娜等，2022）。熱滅活的糞腸球菌EC-27 株可增加糞便中雙歧桿菌和乳桿菌的數量，降低產氣莢膜梭菌和腸桿菌科相關細菌的數量，降低糞中吲哚、氨及硫化物的含量（Terada 等，2004）。益生菌的代謝物可以抑制致病菌的生長。乳酸菌的代謝中間物如過氧化氫等氧化性物質可抑制病原菌的繁殖（Yu 等，2011）。益生菌代謝產物中的細菌素（如片球菌素、鏈球菌素等）具有廣譜的抑菌活性（Turner 等，2013；王巖等，2021）。益生菌的無細胞上清可拮抗病原菌生長，維護胃腸道菌群平衡。來自6 株植物乳桿菌的培養上清可顯著抑制單核細胞增多性李斯特菌、腸炎沙門菌、大腸桿菌和耐萬古霉素腸球菌的生長（Kareem等，2014）。

3.2 保護腸道上皮屏障功能

腸道上皮屏障對人和動物的健康具有重要作用。腸道上皮屏障主要由腸道上皮細胞及覆蓋于其上的黏液層（由杯狀細胞分泌的黏液素形成）組成。腸道上皮細胞間連接緊密。益生菌的滅活菌體或菌體成分可通過不同機制來保護腸道上皮屏障功能。大腸桿菌Nissel 1917 株的滅活菌體通過誘導宿主產生β-防御素來保護腸道上皮細胞（Mondel 等，2008）。益生菌的無細胞上清可抑制有害物質對腸道上皮細胞的破壞，從而保護腸道上皮屏障功能。來自布拉迪酵母的培養上清可通過激活ɑ2β1 整合素受體來改善腸道上皮損傷的修復（Alexandra 等，2011），從而加強腸道上皮細胞的屏障功能。代謝型后生元可單獨發揮保護腸道上皮屏障的功能。益生菌的代謝產物丁酸可通過促進炎性小體活化來加強腸道上皮屏障的完整性（Liu 等，2021），從而增強腸道上皮屏障的功能。

3.3 免疫調節作用

較高的免疫力可提高機體的抗病能力。菌體成分型后生元可以調節宿主免疫系統的功能，從而提高機體的免疫力。益生菌細胞壁中的脂磷壁酸可與Toll樣受體（如TLR2 和TLR6）相互作用（Mohamadzadeh 等，2011），進而激活宿主的免疫反應。唾液乳桿菌的肽聚糖可結合NOD2受體，提高IL-10 的表達量，調節腸系膜淋巴結的樹突狀細胞（CD103+） 和T 淋巴細胞（CD4+Foxp3+）的免疫功能（Hoarau 等，2006）。代謝型后生元可發揮免疫調節功能。益生菌產生的丁酸鹽可誘導腸道中調節性T 細胞（Treg 細胞）的分化，丙酸鹽可促進外周Treg 細胞的形成（Arpaia等，2013），增 強T 淋 巴 細 胞（CD8+）的記憶能力（Bachem 等，2019）。益生菌的滅活菌體可發揮免疫調節功能。熱滅活的加氏乳桿菌能增加T 淋巴細胞（CD8+）數量，從而增強老年人的抗感染能力（Miyazawa 等，2015）。

3.4 抗過敏作用

過敏反應嚴重影響人和動物的正常健康生活。調節腸道菌群可有效控制過敏反應（Pascal等，2018）。后生元可通過增加過敏保護性微生物，提高針對過敏原的免疫耐受性，從而減輕過敏反應的嚴重程度，（王婷等，2022；白娜等，2022）。因此，后生元有望用于預防和治療過敏性疾病。熱滅活的副干酪乳桿菌LP33 株能顯著改善過敏性鼻炎病人的癥狀，效果比活菌還好（Peng 等，2005）。

3.5 抗炎作用

炎癥會影響人和動物的健康。益生菌的培養上清可發揮抗炎作用。凝結芽孢桿菌的培養上清能誘導宿主產生抗炎細胞因子，促進Th2 依賴性的細胞免疫（Jensen 等，2010）。干酪乳桿菌的培養上清能減輕腸應激綜合征病人結腸和回腸黏膜的炎癥反應（Compare 等，2017）。益生菌的某些代謝物可發揮抗炎作用。嗜酸乳桿菌產生的吲哚-3- 乙醛通過誘導IL-22 的轉錄來抑制白色念珠菌的定植、保護腸道黏膜免受炎癥的損傷（Zelante等，2013）。益生菌的菌體成分通過調節信號通路和炎癥因子的表達來發揮抗炎作用。鼠李糖乳桿菌、干酪乳桿菌和嗜乳酸桿菌的肽聚糖通過TLR-4 信號通路來抑制IL-6、IL-1β 和TNF-ɑ等炎性細胞因子的產生，從而減輕炎癥（Zhen 等，2015）。

3.6 抗氧化作用

活性氧分子（含氧的自由基）對人和動物的健康產生負面影響。后生元具有抗氧化功能，從而維護機體健康。益生菌的滅活菌體或菌體成分（如胞外多糖和脂磷壁酸）具有抗氧化作用。滅活的嗜酸乳桿菌606 株及其胞內提取物有很強的抗氧化性能（Choi 等，2006）。動物雙歧桿菌的胞外多糖能抑制脂質過氧化反應，增強清除活性氧分子（如超氧陰離子自由基、羥基自由基等）的能力（Xu 等，2011；李楊等，2021）。益生菌的代謝產物具有抗氧化功能。鼠李糖乳桿菌GG 株產生的5- 甲氧基吲哚乙酸可激活肝臟中核因子NF-E2相關因子(Nrf2)來防止氧化作用損傷肝臟（Saeedi 等，2020）。

3.7 抗腫瘤/ 癌的作用

腫瘤/癌嚴重威脅人和動物的健康。滅活的益生菌或菌體成分具有抗腫瘤/癌的功能。滅活的嗜酸乳桿菌606 株有顯著的抗癌作用(Choi 等，2006）。雙歧桿菌的脂磷壁酸能抑制人結腸癌細胞株HCT116 的增殖，通過上調TLR 來促進細胞凋亡（王躍等，2005）。益生菌的培養上清或代謝物可發揮抗腫瘤/ 癌的作用。干酪乳桿菌的培養上清可降低小鼠和人結腸癌細胞的生長活力（Tiptiri-Kourpeti 等，2016）。

3.8 促進皮膚健康

皮膚對保障機體健康具有重要意義，后生元可以促進皮膚健康。益生菌菌體細胞的裂解物及其代謝物中含有的透明質酸、脂磷壁酸、胞外多糖、肽聚糖、乳酸等物質可改善特應性濕疹、皮炎、疤痕、光損傷等皮膚性疾病的癥狀（范夢琦等，2022），以及具有美白、抗皺和舒緩等功效（Kober 等，2015）。益生菌的鞘磷脂酶、脂磷壁酸和代謝產生的乳酸等能增加角質層神經酰胺的生成（Lew等，2013），從而改善因神經酰胺不足導致的特應性皮炎、銀屑病和刺激性皮炎等皮膚性疾病。大腸桿菌培養液的提取物（含有氨基酸、多肽、多糖和脂肪酸）可顯著減少多形性日光疹患者的皮膚損傷（Aguilar-Toalá等，2018）。

3.9 有助于防治代謝性疾病

代謝性疾病（如糖尿病、肥胖、高血脂等）影響著很多人的健康生活。后生元可用于防治或改善代謝性疾病。熱滅活的嗜熱鏈球菌可降低糖尿病小鼠的血糖水平，降低胰島素抵抗（Gao等，2019）。淀粉乳桿菌的菌體片段可降低肥胖模型鼠血漿中低密度脂蛋白- 膽固醇和甘油三酯的水平，顯著降低動脈粥樣硬化指數（Nakamura 等，2016）。熱滅活的植物乳桿菌L-137 可降低肥胖小鼠的體重增加、血漿葡萄糖和膽固醇的升高（Yoshitakei等，2021）。

3.10 其他功能

除了以上功能外，后生元還有許多其他的非常具有吸引力的功能。后生元可以改善兒童自閉癥的癥狀（Cuevas-González等，2020），調控腸- 腦軸（Sherwin 等，2019），保護肝臟（李楊等，2021），預防齲齒病（Schwendicke 等，2014），治療斑型脫發（Rinaldi 等，2020），減輕移植物抗宿主反應的程度（Riwes 等，2020），預防和治療關節炎和關節退化（林美吟等，2022），降低霉菌毒素的毒害作用（Taverniti等，2011）。

4 展望

后生元是一種新型的微生態制劑，在相關領域有著廣闊的應用前景。但后生元來源復雜，成分亦復雜，功能也相應多樣。同一種后生元在不同宿主或應用方式不同可能會有不同的功能效果。不同批次制備的后生元可能也有不同的功能效果。在今后，應加強后生元成分與功能的標準化與對應化研究，加強制備工藝的精細化和標準化，使制備出的后生元產品在成分和功能上具有一致性。因此，還必須深入研究和開發后生元。

參考文獻：（略）