益生菌在内起到的作用是什么?

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2019年下半年起,各类研究发表层出不穷,益生菌在体内能起到的作用也不断更新,我这罗列一些已经被学术界公认的内容,最新进展有时间进行更新。

最早在1989年Fuller把益生菌定义为:凡能促进肠内菌群生态平衡,对宿主起有益作用的活的生物制剂。当时强调微生物必须是活的,不包括死菌和代谢产物。

1996年, Arameo等把益生菌定义为:益生菌是含有生理性活菌或死菌(包括其组分和代谢产物),经口服或其他途径投入,旨在改善黏膜表面的微生物群或酶的平衡,或刺激机体特异性或非特异性免疫机制,提高机体定植抗力或免疫力的微生物制剂。

2018 年我国修订的《益生菌类保健食品申报与审评规定(征求意见稿)》已采纳这一概念。益生菌的功效发挥应以活菌为先决条件,虽然不排除灭菌型产品的健康功效源于死菌或及代谢产物,但仍有待进一步科学研究 。

但目前研究表明,不同种的益生菌基因组差别较大,即便是同种益生菌的不同菌株之间也存在差异性。由于同种益生菌的不同菌株含有或表达不同的功能基因,可发挥不同的益生功效,因此益生菌需要在微生物菌株水平上进行表征和描述。

还有科学研究发现,益生菌在宿主体内的定植程度有明显的个体差异,同一株益生菌在不同个体肠道中的定植情况不同,一部分人表现为易定植,而另一部分人表现为抗定植。益生菌菌株能否在肠道中定植很大程度上取决于个体肠道中固有菌群的组成和结构。

此外,许多临床研究还发现益生菌功能的发挥具有人群特异性,这种特异性导致益生菌对每个人的功效不同。

因此,益生菌在内的作用,较为精确的是从菌株水平来表述,但由于每个人的肠型不同,菌株对的作用仍然因人而异。

以下是发表在nature中,关于益生菌在内作用机制的描述,需要注意的是以下所有机制并非同时存在于某一种益生菌中。

已有研究证实,一些益生菌可以增强细胞吞噬作用或自然杀伤细胞的活性,并直接与树突状细胞相互作用。同时,益生菌还有加强抗体分泌转化的能力,从而提高了机体对病原体的防御能力并可增强免疫应答。益生菌菌株可以增加抗炎细胞因子(如TNF)的水平,有益于改善结肠癌和结肠炎。

益生菌当中的乳杆菌属和双歧杆菌属,以乳酸和乙酸为碳水化合物代谢的主要终产物。这些有机酸可以降低肠腔内pH值,抑制病原体的生长。

而乳酸杆菌和双歧杆菌不产生丁酸,但通过交叉饮食摄入其他共生微生物(如粪杆菌属),可增加肠道中的丁酸盐和其他SCFAs的水平,潜在地影响机体心血管代谢。通过对体重、生活方式、代谢测定结果和SCFAs水平的分析,可以计算出个体发生心血管代谢疾病的风险。

益生菌可以通过营养竞争、拮抗、交叉摄取和维持微生物群稳定性的方式,与肠道微生物群相互作用。许多益生菌对其他微生物具有拮抗作用,部分原因是糖分解代谢,产生有机酸的同时也产生了细菌素(有抗菌作用)。这些抗菌化合物可以在包括人类泌尿道和肠道在内的许多部位拮抗病原体。

益生菌菌株与宿主组织的相互作用由其细胞表面大分子介导的,包括一些蛋白质(表层相关蛋白、粘蛋白结合蛋白、菌毛和LPxTG-结合蛋白)和非蛋白成分(脂壁酸、肽聚糖、胞外多糖)。这些结构已被证明会影响益生菌与肠道和细胞、黏液蛋白、免疫细胞或树突状细胞的结合,从而增加转运时间和保证屏障完整性。

主要通过对细胞系的研究,一些乳酸杆菌和双歧杆菌被证明可以增加紧密连接蛋白的表达。另一方面,益生菌又可上调粘液分泌基因的表达,从而抑制病原体与上皮细胞的结合。

某些益生菌可以产生对寄主及其菌群具有不同作用的小分子。其中较有趣的发现是神经化学物质的产生,如催产素、γ-氨基丁酸(GABA)、5-羟色胺、色氨、去甲肾上腺素、多巴胺和乙酰胆碱,而这些分子会影响大脑的功能。

因此,益生菌在内通过促进宿主定植抗力的增加,对宿主免疫应答的刺激,对宿主健康相关代谢活力的影响,来促进肠道微生态平衡。

肠道和脑之间通过涉及神经、内分泌和炎症机制的通路进行双向沟通,肠道屏障和血脑屏障通透性的变化影响肠-脑轴。

而肠道微生态的平衡与否,则会影响肠道屏障,之前在益生菌的作用机理中也介绍了,益生菌可以肠道屏障产生作用

尽管肠神经元数量稀少(比如在结肠中,神经元在结肠细胞总数中只占不到1%),肠神经系统(ENS)对肠道功能起到重要的调控作用。但由于技术限制,这些神经元难以从组织中分离出来,导致人们一直缺乏对ENS分子特征的系统性研究。

这篇发表在cell(2020-09-03)的最新期刊上来自美国Broad Institute的研究,开发了两种可用于对ENS和组织进行单细胞核RNA测序的方法(RAISIN RNA-seq和MIRACL-seq),并用这些方法分析了小鼠和肠道中的160万个细胞及其中的6513个肠神经元,揭示了肠神经元的非凡的多样性。该研究鉴定出几十个神经元亚群,揭示了不同因素(年龄、物种、生物节律、所处肠段等)对ENS的组成和基因表达的影响,以及肠神经与肠道细胞之间的潜在互作,并为肠神经元通过神经-免疫互作机制参与肠道和肠外疾病提供了新证据。

中国食品科学技术学会益生菌分会.益生菌的科学共识(2020 年版)[J].中国食品学报.2020:1-5.

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