益生菌及其益生作用机理

韩亚超 何永高 张新红 王明跃

摘要：由益生菌制成的微生态制剂在畜禽养殖中的应用，为人们的餐桌提供了安全可靠的畜禽产品，对于消除在畜禽养殖中滥用抗生素对人类健康的威胁具有重要意义。本文综述了益生菌筛选标准及其益生作用机理，为进一步研发适宜不同畜禽使用的微生态制剂奠定理论基础。

关键词：益生菌；益生作用；机理；菌种

中图分类号：Q81 文献标识码：A 文章编号：1672-4437（2014）02-0057-03

微生态制剂是在微生态失调、平衡、防治和营养等理论的指导下，从健康动物机体内分离筛选的益生菌菌株及其代谢产物或生长促进物质，在体外经加工处理而制成的生物制剂。微生态制剂具有补充动物肠道缺乏的正常微生物、调整和维持肠道正常菌群平衡，从而达到有病治病、未病防病、无病保健以及降低饲料消耗率和提高动物生产性能的目的。微生态制剂按益生菌的种类一般分为乳酸菌类、芽胞杆菌类、酵母菌类和复合菌类；按成分划分为益生菌、益生元以及合生元三大类。由于益生菌是目前市场上研究应用最多的微生态制剂，所以人们习惯地把益生菌称之为微生态制剂。

1 益生菌的概念

益生菌（Probiotics）一词源于希腊语，意思是“for life”。[1]1908年，俄国科学家诺贝尔奖获得者伊力亚·梅契尼科夫在“The Prolongation of Life”一书中论述“经常饮用含有益生菌的发酵牛奶能使人健康长寿”，首次明确提出乳酸菌能促进人体健康。1965年，Lilly和Stillwell最先使用益生菌一词，在Nature杂志上发表的论文中阐述“益生菌是由一种微生物分泌的能够促进其它微生物生长的物质”[2]。 1974年，Parker将益生菌定义修改为“有助于肠道微生态平衡的微生物及其各种代谢产物”[3]。1989年，Fuller将益生菌定义进一步修改为“能通过改善肠道微生物平衡而对宿主产生有益影响的微生物活体制品”[4]，他强调益生菌的功效和益处必须经过临床验证。1992年，Havennar对益生菌定义进一步扩展为“一种单一或混合的活的微生物培养物，通过改善动物固有菌群的性质而对寄主产生有益的影响”[5]。1998年，Guarner对益生菌作了一个通俗的定义，即 “当摄入一定量时能对宿主健康有积极作用的活体微生物”[6]。2001年，FAO/WHO联合专家委员会将益生菌定义为“活的微生物，通过摄入充足的数量，能够对宿主健康产生益处”。这一定义普遍被人们所接受，但随着对益生菌的深入研究，其定义也将不断发展和完善。

2 益生菌的筛选标准

益生菌制剂无论是作为兽药还是饲料添加剂，与传统意义上的化学药物有着本质上的不同。益生菌菌种筛选需要通过一定的特殊途径和方法，其菌种的生物学研究是益生菌作为动物保健生物制品应用的理论基础。益生菌菌种的筛选和复配是菌剂研制过程中的一个重要环节，直接关系到产品质量的优劣及应用效果。一般来说，用作益生菌的菌株获取主要有两种途径：从健康动物体内分离（如从动物肠道和粪便中分离等）和从动物体外其它途径获得（如从土壤和青贮饲料中分离等）。目前，普遍认为作为益生菌菌种的菌株应该具备以下条件：

2.1安全性

益生菌菌株首先必须经过菌株特殊生化试验和分子生物学鉴定，明确其生物学分类；菌株最好来自本动物肠道内，有利于其在宿主体内定植即宿主特异性；菌株不分泌任何外毒素和内毒素，无潜在致病性，不与病原菌产生杂交种，安全性好；明确菌株的抗生素耐药谱，菌株不携带可转移的抗生素耐药性基因。

2.2有效性

菌株的粘附能力好是其筛选的主要标准之一，有利于其能在动物消化道表面粘附定植；菌株能够耐受胃酸和小肠中高浓度胆盐的不利影响，顺利通过胃肠道；菌株能产生多种有益活性物质，如维生素、淀粉酶、蛋白酶、氨基酸和生长因子等，促进动物机体生长和增强免疫功能；菌株能产生抑制有害菌生长的或创造抑制有害菌生长的环境，而不影响本身的活性。

2.3生产性

菌株应在体外繁殖速度快，易于培养获取；对生产过程中不同工艺条件的耐受能力较强；菌株应在产品使用和保藏过程中能够长期保持良好的活力和稳定性。在益生菌菌株筛选过程中，应尽可能选择满足上述特点的微生物菌株。

3 益生菌的益生作用机理

动物肠道微生物种类十分复杂，当益生菌进入肠道后，会与肠道中近数百种正常菌群发生栖生、共生、偏生、竞争和吞噬等复杂关系。至今，益生菌发挥益生作用的确切机理尚未完全揭晓，综合众多研究人员的阐述，一般认为微生态制剂促进动物健康的作用机理包括以下几个方面。

3.1 优势菌群学说

动物肠道菌群是在长期进化过程中形成的。菌群的种类和数量处于一种动态的平衡状态，这对动物生长发育和抵抗疾病具有重要意义。健康动物肠道内正常菌群由原籍菌或固有菌、外籍菌或路过菌和共生菌群等组成，包括至少15个菌属约500种微生物，优势菌群主要是专性厌氧菌，约占肠道菌群的99%以上，主要包括类杆菌属、双歧杆菌属、真杆菌属、乳酸杆菌属等，而需氧菌和兼性厌氧菌仅占肠道菌群的1%，主要包括肠球菌和肠杆菌。当环境应激、抗生素滥用和营养不良等不利因素打破肠道菌群平衡时，导致专性厌氧菌数量下降，而需氧菌和兼性厌氧菌数量增加，便会引起一系列症状，如引起双重感染和免疫力下降等。此时在饲料中添加微生态制剂，可补充肠道内缺失的有益菌种类和数量，从而修复和维持畜禽肠道正常微生物菌群平衡。新生健康仔猪肠道微生物区系稳定建立是在断奶后二周，适时给动物饲喂益生菌制剂，一方面有助于仔猪建立正常有益的微生物区系，另一方面也能有效地阻止和控制潜在病原微生物区系的建立。 据报道，通过摄入一定剂量的约氏乳杆菌和干酪乳杆菌， 能够提高肠道内乳酸杆菌和双歧杆菌的数量，并且降低肠杆菌和梭状芽胞杆菌的数量[7]。徐丽萍试验首先对鸡人工感染鸡白痢沙门氏菌后，再给试验组饲喂复合益生菌制剂，研究结果显示，试验组与未饲喂复合菌组的对照组比较，死亡率降低了20%，肠道内容物中大肠杆菌数明显减少，乳酸杆菌和双歧杆菌数明显增多[8]。

3.2 生物屏障学说

细菌进入肠道能够粘附或定植于肠道上皮细胞上，但某些益生菌可以与病原菌竞争肠道上皮细胞位点，使得病原菌无法定植在肠道上皮细胞上，从而发挥生物屏障作用。Pascual等研究表明，将105CFU/g唾液乳杆菌饲喂新生雏鸡，可以有效的预防肠道沙门氏菌的定植[9]。研究表明，乳酸杆菌可通过与沙门氏菌和埃希氏大肠杆菌等致病菌发生竞争性拮抗作用，排除或抑制其附着在肠细胞上，使其随粪便排出体外。此外，益生菌在动物肠道内代谢产生乳酸、丙酸、丁酸、细菌素和其它活性物质等共同构成化学屏障，使消化道内酸度降低，抑制大肠杆菌等有害菌及外籍菌的定植和存活。

3.3 生物夺氧学说

根据肠道正常微生物菌群自然定植规律，新生儿和动物肠道最初是无菌的，出生后不久被一系列的细菌经口腔和肛门定植。定植的顺序首先是需氧菌，然后是兼性厌氧菌，最后的是厌氧菌。厌氧菌虽不能先定植，但在整个微生态系统中其数量占据首位，并保持着一定的微生态平衡。动物肠道多数病原微生物属于需氧菌或兼性厌氧菌，当饲喂动物芽胞杆菌时，菌种以孢子状态进入消化道后快速生长繁殖，消耗肠道内的氧气，使局部的氧浓度下降，形成适合于正常肠道优势菌生长的微环境，促进厌氧菌快速繁殖生长，最终达到微生态平衡，从而达到预防和治疗疾病的目的。

3.4 增强机体免疫力

益生菌是良好的免疫激活剂，能够促进免疫组织器官的发育成熟，增强体液免疫和细胞免疫水平，提高吞噬细胞吞噬活性和自然杀伤细胞活力，从而增强机体的免疫力和抗病力。为抵御肠道细菌与毒素对肠上皮细胞的粘附和侵入，益生菌可活化肠粘膜下层的免疫组织细胞，增加SIgA抗体的分泌，并诱导T、B淋巴细胞、单核/巨噬细胞和树突状细胞等产生细胞因子，并通过淋巴循环活化全身免疫系统，从而增强机体的免疫功能。肠道相关的免疫系统通过模式识别各种受体抗原，TLRs（Toll样受体）便是其一，它能识别细菌一系列保守分子结构，包括脂多糖、脂磷壁酸和DNA未甲基化的CpG基序，诱导复杂的细胞内信号转导通路，最终介导促或抗炎细胞因子的表达[9]。Castillo等以鼠伤寒沙门氏菌感染小鼠为试验模型，研究了益生菌株L.casei CRL431提高免疫反应的作用机制，结果表明L.casei CRL431能下调TNF-α的表达，促进IL-6和IL-10的产生以及TLR受体的表达[10]。益生菌对机体免疫功能调节的一个重要方面就是与免疫细胞直接相互作用，介导促或抗炎细胞因子的表达。在健康动物机体内，益生菌制剂LGG表现在预刺激CD4+T细胞，从而激发抗炎因子IL-10的合成，降低促炎因子IFN-γ、IL-6和TNF-α的释放[11]。

3.5 合成各种酶和营养物质

宿主肠道微生物菌群存在着复杂而多样的共生代谢关系。枯草芽胞杆菌和地衣芽胞杆菌可以为机体提供所需要的酶类，如水解酶、呼吸酶、发酵酶，从而提高饲料转化率，降低饲料成本。双歧杆菌在肠内代谢可产生丙氨酸、缬氨酸、苏氨酸和多种B族维生素。乳酸菌能够合成多种维生素类物质供动物机体吸收，产生有机酸加强肠道蠕动，促进常量和微量矿物质元素的吸收。酵母菌具有富集微量元素的作用，使之由无机态形式转变成动物易消化吸收的有机态形式。益生菌代谢产生的短链脂肪酸、氨基酸和原生质脂蛋白能促进营养物质的吸收，增强肠道酶类的表达，并刺激肠道益生菌群的生长繁殖。一些益生菌菌体本身就含有营养物质，如光合细菌，含有蛋白质、叶酸和泛酸等，被动物摄取利用后能提高饲料转化率与机体抗病能力。

由于可用作饲料添加剂的益生菌种类很多，其益生作用机理各有不同，所以我们在选用益生菌制备微生态制剂时，可以根据不同菌株之间的相互关系，使菌种和菌种之间的优势互补，制备成多种益生菌的复合微生态制剂，有时还可以将益生菌制剂和中草药制剂进行复配，更好的发挥益生菌的益生效果和中草药的保健效果。在菌株的筛选上，最好是从活体宿主体内分离筛选，这样制备的微生态制剂更具有针对性。

总之，应综合考虑益生菌的益生作用机理及其益生效果，进而开发出更有利于提高动物生产性能和品质的微生态制剂，以减少抗生素在畜禽养殖中的使用以及由此产生的细菌抗药性对人类健康的危害。

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参考文献

[1] Gibson G R，Fuller R.Aspects of in vitro and in vivo research approaches directed toward identifying probiotics and prebiotics for human use[J].Nutr，2000，130（2S Suppl）：391S-395S.

[2] Lilly DM，Stillwell RH.Growth promoting factors produced by probiotics[J].Science，1965， 147：747-748.

[3] Parker R B.Probiotics，the other half of the antibiotics story[J].Nutr Health，1974，29： 4-8.

[4] Fuller R.Probiotics in man and animals[J].J Appl Bacteriol，1989，66（5）：365-378.

[5] Havenaar R，Huis Int Veld MJH.Probiotics：a general view.In：Lactic acid bacteria in health and disease.Vol 1.Amsterdam：Elsevier Applied Science Publishers，1992.

[6] Guanner F，Sehaafsma G J.Probiotics [J].International Journal of Food Microbiology， 1998，39：237-238.

[7] Yamano T，Iino H，Takada M et al.Improvement of the human intestinal flora by ingestion of the probiotic strain Lactobacillus johnsonii La1[J].Br.J.Nutr，2006，95：303-312.

[8] 徐丽萍，宋云鹏，娄玉杰.复合菌对肉仔鸡生产性能及肠道中主要正常菌群的影响[J].吉林畜牧兽医，2001.11：2-4

[9] Pascual M，Hugas M，Badiola JI，et al.Lactobacillus salivarius CTC2197 prevent Salmonella Enteritidis colonization in chickens[J].Applied and Environmental Microbiology，1999，65：4981-4986.

[10]Cario， E. Bacterial interactions with cells of the intestinal mucosa： Toll-like receptors and NOD2. Gut，2005，54：1182-1193.

[11]Castillo N A，Perdigon G，de Moreno D L A.Oral administration of a probiotic Lactobacillus modulates cytokine production and TLR expression improving the immune response against Salmonella enterica serovar Typhimurium infection in mice[J].BMC Microbiol，2011，11：177.