人類的親密戰友——益生菌
高潔
食品科學博士，2013年畢業於浙江大學後進入中國疾病預防控制中心營養與健康所工作，從事益生菌與腸道微生態方面的研究。
「
提到益生菌，人們已不再陌生，從超市裡琳琅滿目的益生菌食品，到藥店內的益生菌保健品，隨著國內外益生菌科研工作的蓬勃發展，益生菌已深入千家萬戶。今天，我們就從實際出發，結合科技前沿，聊聊益生菌的研究現狀。
」
什麼是益生菌？
益生菌的英文名「Probiotic」源於希臘語，本意是「為了生命」。1989年，英國福勒博士（Dr. Roy Fuller）第一次將其定義為：能夠穩定人或動物宿主內定殖的微生物群，並能夠幫助消化和刺激免疫系統的一類含有活菌或其代謝物的生物製品。
然而，直到2001年，益生菌才有了一個認可度高、官方的正式定義。聯合國糧農組織（FAO）和世界衛生組織（WHO）共同將其定義為：適量攝入時能夠對健康產生益處的活的微生物。
為了保證產品的安全性和質量，2010年，國家衛生計生委參考國內外相關研究和相關政策法規頒布一系列可使用菌種的名單，包括《可用於食品的菌種名單》、《可用於嬰幼兒食品的菌種名單》、《可用於保健食品的益生菌菌種名單》、《可用於保健食品的真菌菌種名單》以及《新資源食品通告》等。下表中涵蓋了上述五個表中全部菌種，並將其歸為兩大類：細菌和真菌（表1）。其中左側部分是我們所熟悉的乳酸菌，是屬於「細菌」的益生菌；右側部分可以認為是屬於「真菌」的益生菌。
表1 衛計委頒布的菌種名單匯總
益生菌的健康益處
人們發現益生菌有益於健康的歷史可以追溯到1908年，諾貝爾生理學獎獲得者梅契尼科夫建議人們攝入乳酸桿菌發酵的牛奶來延長壽命。
而人類對酸奶的利用歷史更為悠久。考古研究發現，7000年前北非人已經把酸奶端上了飯桌，這一成果發表在《自然》雜誌上（Nature）。在我國，1500年前的北魏時期，賈思懿在《齊民要術》中就已記載了齊地酸奶（古稱為酪）的製作方法；成吉思汗在帶領軍隊征戰時，會讓將士們攜帶酸奶以防水土不服。從現代科學的角度看，我們的祖先很早以前就將有益菌應用於生活了。
下面，我們一起分享下國內外科研工作者對益生菌功能的研究現狀：
抑制有害菌，改善腸道微環境
益生菌一個最基本也是最重要的功能就是改善腸道微環境，腸道微環境是腸道菌群和腸道環境的總稱，在進一步闡述之前，首先要強調一下腸道菌群的重要性。
世界微生態學會主席光岡知足在其著作《腸內革命》中提到，腸道菌群是萬病之源，健康的人體應該從腸道開始。
成年人胃腸道內的微生物種類超過1000種，其菌體細胞個數是人體本身細胞個數的10到100倍，達到一萬億個左右。這些菌群在腸道中繁衍生息，並與人的代謝活動有著密不可分的關係。在完全無菌的情況下，腸道無法完成正常的生理功能，人類也無法生存。但腸道內的菌群並不都是「好的」，既包含有益菌，也包含有害菌。當有益菌佔優勢時，有害菌的作用被抑制在可承受的範圍內，腸道微環境處於平衡狀態，此時腸道乃至整個人體是健康的；反之，腸道就會表現出不適甚至是嚴重的疾病。
益生菌能夠產生抑菌素（如乳酸鏈球菌素nisin等）制衡有害菌，如nisin能夠在有害菌的細胞膜上形成孔洞，導致細胞質外流而死亡，或者直接與肽聚糖前體結合阻礙有害菌細胞壁的形成；益生菌的代謝產物乳酸、丙酸、乙酸等使腸道內pH值下降，不利於有害菌生長；益生菌能夠爭奪有害菌在腸道內壁上的定殖位點，抑制其在人體中定居、繁殖；益生菌能夠通過吸附、吸收或分解幫助清除有害菌產生的毒素。
更有實驗證實，某些益生菌能夠下調某些毒素的基因表達水平，如片球菌、雙歧桿菌和乳桿菌都能夠下調志賀毒素Stx2A mRNA的表達水平（志賀毒素可能會導致出血性結腸炎和溶血性尿毒綜合症）；益生菌能夠幫助修復受損的腸黏膜，研究發現，嗜酸乳桿菌和嗜熱鏈球菌能增強細胞骨架蛋白和緊密連接蛋白的磷酸化，從而增強上皮細胞間的緊密連接，降低腸道黏膜的通透性，更有利於抵禦有害菌的侵襲。
幫助調節免疫力
免疫是人體的一種生理功能，它讓我們的身體能識別「自己」和「非己」成分，並破壞和排斥「非己」以維持人體健康。免疫力低下可看成是排斥「非己」，而當把「自己」誤以為是「非己」時，就表現為過敏。
益生菌能通過調節機體的免疫應答，使免疫系統處於一個健康和穩定的狀態，既能夠提高免疫力，又可抑制過敏的發生。不同益生菌通過不同作用途徑調節機體免疫功能，淋巴細胞（T細胞，B細胞，自然殺傷等），細胞因子（干擾素IFN，腫瘤壞死因子TNF，白介素IL等），免疫球蛋白（IgA，IgM等），多種受體（TLR，CD）等都會參與益生菌對免疫功能的調節。不難理解，隨著免疫力的提高，機體對各種不適癥狀或疾病的抵抗力自然會有所提升。
幫助抑制腫瘤的發生髮展
一直以來，由於益生菌對腫瘤的抑制作用研究尚未透徹，抗癌功能一度頗受爭議。但隨著研究的深入，越來越多的證據支持益生菌具有抗癌功能的觀點。
直接作用包括菌體本身或其活性代謝產物對致突變物、潛在致癌物的黏附或降解作用，前者是益生菌與毒性物質結合，再通過排泄途徑帶出體外；後者是將毒性物質轉化為無毒物質。在Hayatsu的研究中，招募志願者食用烤牛肉而使尿液致突變活性增高，但口服乾酪乳桿菌能抑制這種致突變活性的增高。實驗結果表明，這些致癌物並沒有被小腸吸收，因此推斷是在腸道中被益生菌吸收或降解了。Lankaputhra的研究表明，許多益生菌行使其有益功能都是通過自身的代謝產物有機酸來實現的。乳酸菌發酵的主要代謝產物是短鏈脂肪酸，如乳酸、醋酸和乙醯乙酸或者丁酸。丁酸對很多突變物質具有抑制活性，是腸道中重要的抗癌物質。
間接作用就是通過調節腸道菌群及其代謝酶活性、調節機體免疫功能、調節宿主相關的酶活力、調節與癌症發生有關的基因表達而起到抗癌作用。
人類腸道中的某些細菌產生的酶如硝基還原酶、偶氮基還原酶、及葡萄糖醛酸酶等會使大腸內的致癌原轉變成致癌物，從而增加腸癌發生的風險。益生菌可以抑制腸道有害細菌的生長，從而減少與癌症相關酶的產生。益生菌通過免疫激活發揮抗癌作用，其中巨噬細胞的殺瘤作用具有重要意義。很多研究表明，雙歧桿菌能激活機體的免疫系統，特別是巨噬細胞、NK細胞和B淋巴細胞等免疫效應細胞，使之分泌具有殺瘤活性因子，如IL-1、IL-6、TNF-α、NO以及多種抗體。另有研究表明，益生菌能夠通過誘導癌細胞凋亡、上調抑癌基因並下調誘癌基因的表達量等途徑抑制腫瘤的發生髮展。
幫助緩解肥胖及肥胖相關代謝綜合征
隨著生活水平的提高，人們的膳食結構發生了重大變化，高能量、高蛋白、高脂肪和精細食品攝入比例的增加，容易造成血脂、肝臟脂肪、皮下脂肪的累積，這也是近年來普遍出現的「富貴病」的罪魁禍首之一。
自益生菌的有益作用被認識以來，其降脂活性一直是研究的熱點。
多項動物實驗和臨床實驗顯示，許多乳酸菌，特別是乳桿菌和雙歧桿菌，對肥胖及糖代謝、脂代謝異常等與肥胖相關的代謝疾病具有良好的緩解或抑制作用。研究表明，加氏乳桿菌(Lactobacillus gasseri SBT2055)對肥胖大鼠的內臟脂肪、皮下脂肪、體重指數均有降低作用，同時可抑制脂肪組織內炎症基因CCL2和CCR2的表達和肝臟內脂肪生成基因ACC1、FAS、SREBP1的表達；鼠李糖乳桿菌LGG (Lactobacillus rhamnosus GG strain)可以顯著改善STZ誘導新生糖尿病小鼠的糖化血紅蛋白水平和糖耐量；乾酪乳桿菌代田株(Lactobacillus casei strain Shirota)對肥胖引起的胰島素抵抗具有緩解作用，並且能夠顯著降低血甘油三酯水平；乾酪乳桿菌(Lactobacillus casei TMC0409)可以顯著改善飲食誘發的大鼠高膽固醇血症，降低血清TC水平，提高HDL-C水平；乳酸菌的蛋白酶可以水解乳蛋白，釋放出血管緊張素轉化酶(ACE)抑制肽，阻礙血管緊張素I轉化為血管緊張素II，起到降壓作用等。
幫助營養物質的消化吸收，緩解乳糖不耐症
人體所需的維生素幾乎都要從食物中獲取，但經常會由於食物單一、儲存不當或服用藥物等原因導致維生素缺乏。腸道內有益菌的一個重要功能就是幫助宿主合成維生素和氨基酸，包括生物素、核黃素、泛酸、抗壞血酸、硫胺素和葉酸等。
乳糖是牛奶的主要成分，而大部分亞洲成年人體內缺乏消化乳糖的酶，乳糖作為一種雙糖，進入小腸後被乳糖酶分解成葡萄糖及半乳糖兩種單糖，然後被小腸吸收。乳糖不耐受是指由於小腸粘膜乳糖酶缺乏使得乳糖消化障礙，未被分解的乳糖進入結腸，被結腸中表達β-半乳糖苷酶的細菌酵解，並引起內環境的改變導致腹瀉、腹脹、腹痛等癥狀。有益菌能夠通過產生半乳糖苷酶而幫助消化攝入的乳糖成分，緩解乳糖不耐症。
益生菌具有很多有益功能，但並非每個益生菌都涵蓋上述所有功能，不同菌種，甚至同一菌種的不同株之間，在功能特性上也有所差異。目前，實踐經驗和科學數據都表明益生菌的有益作用是肯定的，但具體哪些菌種在哪些方面起作用，是如何起作用的，還在進一步的探索過程當中。
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