益生菌？精準飲食的下一個風口？

2015年，cell上一篇文章提到了精準飲食，這讓很多人的目光開始轉向飲食這個更龐大的體系，也許會對我們的生活產生很大的影響。

不同的體質，不同的食物，不同的效果。

如果能夠對每個人進行一些相應的依據新指導飲食，那麼就是precise food。

研究中，對腸道微生物，血液測量，問卷以及人體計量的辦法進行對人群劃分精細檢測，然後

在進行相應的飲食安排，最後得出差異結論。

尤其是腸道微生物（gut microbiome）的研究，讓人眼前一亮，因為腸道微生物是目前最火的研究領域之一，可以說是新時代的大發現。目前對起的研究涵蓋了健康，疾病和長壽等多個方向。

而作為對腸道微生物影響最常見的添加物質之一益生菌，以其可控性，可能會成為精準飲食中的先行者。

今天，我們就來介紹一下益生菌的問題。

——一，人體為什麼需要益生菌——

益生菌（probiotic）是有益的活性微生物的簡稱。這個詞源於希臘語【for life（對生命有益）】，從這個名字我們就可以直觀的從它的名字里感受到益生菌最顯著的特徵，那就是「益」！

它能夠在人體內發揮對健康有益的作用，比如幫助人體促進消化，增強免疫力，抵抗疾病等。因此，在西方也經常被稱作「友善細菌」。

（圖1：益生菌示意圖）

自從1899年，一個法國兒童醫院研究人員Henry Tissier首次從嬰兒糞便中分離到了益生菌，並證實為雙歧桿菌以來，大量的有關益生菌的研究如雨後春筍般爆發。隨著研究的不斷深入，人們對益生菌的認識得到了不斷的發展。益生菌目前已經成為一個大的家族，不僅包括最常見的乳酸菌類，還包括芽孢桿菌，部分酵母菌和黴菌等。

下圖是美國食品與藥品管理署（FDA）允許直接使用的微生物，我們可以看到，這是一個很複雜的列表。

（圖2：FDA允許直接食用的微生物）

總而言之，就像聯合國聯農組織和世衛組織聯合莊家給出的定義一樣：益生菌是經適量服用後，有益於宿主健康的活的微生物，它能夠促進有益微生物的生長，抑制有害菌的繁殖，維持宿主腸道菌群各成員之間的平衡。

簡單的說，兩個字：有益

那麼益生菌的有益體現在哪些方面？

1，促進營養物質吸收

益生菌牢牢的結合在我們的體內，尤其是消化道，對於營養物質的吸收具有重要意義。比如益生菌可以產生一些特有的酶類來促進食物的消化和吸收，從而改善有機酸、脂肪等的分解（oezbas 1995）。

2，提高免疫力

益生菌能夠產生一些免疫物質，比如抗菌肽、細菌素等，這些物質可以殺死有害的病菌，阻止致病菌的入侵和定植，從而對於增強我們的免疫力大有裨益【jozala2005】。此外，益生菌還可以刺激腸道內的免疫系統，增強我們的免疫能力。

3，緩解腹瀉

旅行的時候水土不服，或者飲食習慣不良及服用抗生素等會導致腸道菌群平衡被打破，引發腹瀉。這個是，及時的補充益生菌可以讓腸道菌群重建平衡，緩解腹瀉癥狀【gotz 1979】。

除此以外，益生菌對於緩解乳糖不耐症，降低血清膽固醇等，都有一定的作用。

我們可以用一張圖來簡單的了解一下益生菌的作用

（圖3：益生菌作用示意圖）

——二、益生菌如何能夠適應人體內部複雜艱難的環境？——

家都知道我們胃部里存在胃酸，pH值可以達到1左右，那麼益生菌作為一種生物，如何通過胃部後還能活下來?

相信很多人都對此產生過疑惑。

其實這跟益生菌的篩選標準有關，益生菌的篩選和認證是一個非常複雜的過程。首先要根據目的確定益生菌需要滿足的指標，然後對其進行篩選和分離，接下來在通過各種實驗來進行功能評價，比如體外實驗、動物實驗和人體實驗等來判斷其安全性和有效性，這一步也是益生菌篩選過程中最關鍵的步驟。當然，最後要用於生產銷售的話，還要取得相關政府部門的審核批准和認證。

(圖4：微生物多樣性）

不過慶幸的是，這個世界上，種類最多的不是動物也不是植物，而是微生物。，據估計，這個世界上微生物總數可能達到動物和植物種類的好幾倍甚至更高。

相比於動植物，微生物的分布也極其的廣泛，從高山到深海，從太空到地下，熱烈的火山口，冰冷的極地下，這些動植物都無法生存的地方，都存在微生物。

正是因為微生物的種類如此龐大，如此多樣性，使得我們有足夠的選擇去篩選微生物。

而選擇益生菌，有兩個至關重要的條件：pH值和溫度。

（一）益生菌必須能夠耐受胃酸的考驗（pH值）

圖5一個益生菌的pH值範圍示意圖，我們可以看到它可以在很寬的範圍內都具有較高的活性，甚至是在那些極端的pH值的時候依然保持較高的活性。

（圖5：不同pH值下益生菌活性）

我們可以看到益生菌在很大pH值範圍內都具有活性。

而我們胃部的pH值是什麼樣子呢？

下圖是我們飯前和飯後胃部pH值變化的示意圖，我們可以看到。事實上，二者有很高的重合範圍，可見益生菌足夠耐受我們胃部的pH值而不被殺死失去活性。

圖6：人體胃液pH值在飲食前後變化（分鐘）

（二）益生菌必須在人體溫度範圍內發揮較高的活性

我們人體的溫度是37℃，在這個溫度下，益生菌的活性如何呢？

經過篩選的益生菌，大部分可以在人體的標準溫度——37℃附近，達到其最高活性。比如益生菌Lactobacillus casei LC01（由於在37℃可以發揮較好的作用，因此命名為LC-37TM），在30℃其活性為9.2，並在37℃達到最佳活性9.56，隨後其活性逐步下降，當溫度達到50℃時，其活性只有6.81，不到最佳活性的70%。

（圖7：益生菌Lactobacillus casei LC01的活性示意圖）

經過上述兩步基本的篩選後，符合條件的益生菌，才能進一步進行研究，這樣可以保障益生菌一方面能夠順利經受胃酸的考驗而不喪失活性，另一方面又可以在益生菌到達腸道後，在正常的體溫時候發揮最佳活性。當然了，除了上述兩條件，還需要滿足諸如對宿主有益、無毒性且無致病作用、能夠穩定結合消化道表層並定植以及加工中不易失活切保存時間長等條件。

——三，合理的攝入中，多多益善——

既然益生菌對人體的好處如此之多，那麼我們是否需要攝入益生菌？攝入多少為佳呢？

其實，每個人的個體都存在差異，不僅是高瘦矮胖的問題，而是包括基因層面都存在差異。我們稱之為異質性(heterogeneity)。

（圖8：異質性示意圖）

由於異質性的存在，我們對益生菌的需求量也存在差別。

益生菌的數量通常是以億為單位來計數的，看起來好像很多，其實我們一小杯含有益生菌的牛奶里就有數十億個益生菌。正常情況下，一般建議人體每天攝入至少30-50億左右，這個劑量與在健康個體中觀察到的能夠預防最小感染的益生菌劑量相當。而大量的益生菌生理效應研究，如治療腹瀉、乳糖不耐受、提高糞酶活性等試驗室研究表明，往往需要200-300億個益生菌。

然而由於我們的胃酸的存在，益生菌在經過胃部消化的時候，往往會損失相當大的一部分，再加上益生菌到達目的腸道後，益生菌在重新在腸道中定植下來，又會損失一部分，因此，實際上，我們身體實際可利用的益生菌要遠少於攝入的益生菌。

下圖是Trends in Microbiology上發布的一篇關於人體人體攝取微生物的變化和效果（Fate, activity, and impact），隨著微生物從胃部到小腸到大腸，微生物的組成發生了巨大的變化。

（圖9：人體消化系統過程細菌的種群的變化）

因此，為了避免這種損失，我們需要在攝入的時候多一些才會保障益生菌的量足夠。

當然了，儘管目前主流研究觀點認為人們應該攝入益生菌來維持健康，不過也有人認為，對於健康人群，攝入益生菌是否會對健康人群有效尚待證實，並且可能會影響到人體腸道微生物的平衡。

但這也恰恰是益生菌發揮作用的一個重要機制：優勢菌群理論（mccan 2000）。

該理論認為益生菌及其代謝產物可以通過黏附、競爭、排斥、佔位和抑制等策略來調節腸道微生物群之間的平衡，從而維持機體的健康。

正常人體腸道內的優勢轉性厭氧菌中，主要是乳酸菌（Lactic Acid Bacteria）為代表的桿菌，是腸道微生物中最主要的防禦力量。而目前主流的益生菌也是以乳酸菌為主。因此補充乳酸菌可以進一步擴大乳酸菌的種群數量。

——四，益生菌飲料——

益生菌種類繁多，各家廠商使用的益生菌也各不相同。而不同的益生菌性質各別，在其實際發揮作用的過程中表現出了的效果。

益生菌的重要作用之一是可以抑制有害細菌的生成和發展，從而幫助人體對抗疾病。我們以一種常見的有害病菌變形鏈球菌（Streptococcus mutans）為例，看一下常見的幾種益生菌對其的抑制效果，在3×10^8 CFU/ml(CFU,Colony-FormingUnits)的濃度下，三者均可以對鏈球菌產生抑制效果，顯示出其抑菌活性。

（圖10：不同益生菌抑菌活性比較）

除了益生菌本身的活性之外，益生菌的數量也是一個非常重要的指標。我們前文提到，按照目前益生菌的攝入量，再加上益生菌本身在經過胃和腸道後的損失，事實上我們本身的益生菌補充是相對匱乏的。

為了保障不同產品益生菌活菌數目，國家在2003年制定了QB1554《乳酸菌飲料》和GB16321《乳酸菌飲料衛生標準》兩個國家標準/規定，以此來個規範益生菌的出廠含量。根據規定，乳酸菌出廠3天內產品乳酸菌含量必須高於100萬CFU/mL，即每毫升乳酸菌飲料中要含100萬個活菌；

那麼目前市場上不同品牌產品，他們包含的益生菌有多少呢？

（圖11：不同產品標註益生菌比較）

通過圖中數據顯示，我們可以發現，市場上銷售的益生菌飲料均符合國家標準的要求。然而彼此之間卻懸殊巨大。比如「暢優」比「每日活菌」多10倍，而「LC-37」則是「每日活菌」的5000倍。

這也可能反映出了一種商品競爭中的比較優勢。

未來會不會有一種新產品比500億還高，來個5000億呢？拭目以待

(歡迎找到比這個更高的內容）

結語：從目前的主流研究來看，大部分研究認可益生菌的作用，認為益生菌是一類對人體有益的菌類，可以從促進營養吸收到改善免疫力等諸多方面對人體的健康產生作用，甚至還有用益生菌作輔助治療的做法。

然而益生菌本身龐大，所以未來益生菌是否也會發展成為「精準飲食」呢？

參考文獻：

精準飲食

Zeevi D, Korem T, Zmora N, et al. Personalized nutrition by prediction of glycemic responses[J]. Cell, 2015, 163(5): 1079-1094.

早期益生菌研究

Tissier H. Recherches sur la flore intestinale des nourrissons:(état normal et pathologique)[D]. , 1900.

FDA允許直接食用的微生物

US Food and Drug Administration. Microorganisms & microbial-derived ingredients used in food (partial list)[J]. FDA (Aug. 21, 2013), 2015.

益生菌促進促進營養物質吸收

Oezbas Z Y, Aytac S A. Behaviour of Yersinia enterocolitica and Aeromonas hydrophila in yogurt made with probiotic bacteria: Bifidobacterium infantis and Lactobacillus acidophilus[J]. Milchwissenschaft (Germany), 1995.

益生菌和免疫的關係

Penna T C V, Jozala A F, Novaes L C D L, et al. Production of nisin by Lactococcus lactis in media with skimmed milk[J]. Applied biochemistry and biotechnology, 2005, 122(1-3): 619-637.

益生菌抑制腹瀉

Gotz V, Romankiewicz J A, Moss J, et al. Prophylaxis against ampicillin-associated diarrhea with a lactobacillus preparation[J]. American Journal of Health-System Pharmacy, 1979, 36(6): 754-757.

腸道微生物體內的變化研究

Derrien M, van Hylckama Vlieg J E T. Fate, activity, and impact of ingested bacteria within the human gut microbiota[J]. Trends in microbiology, 2015, 23(6): 354-366.