益生菌在预防和治疗器官疾病中的功能活性研究进展

徐 煜

（润盈生物工程（上海）有限公司，上海 200436）

由于益生菌具有众多益生活性及其使用安全性，相关产品是当前市场的热点。对益生菌活性的研究已经不仅仅局限于肠道调节方面，对其他器官疾病的预防和治疗活性也被大量研究，目前尚缺乏对这些研究的系统综述。本文对近两年益生菌（限于乳杆菌和双歧杆菌）在皮肤、口腔、呼吸道、肝胃、肠道及女性生殖道疾病预防和治疗方面的研究结果进行总结，涵盖动物活性实验效果、人体临床实验结果和相关活性的机制。本文将为益生菌活性的深入研究，以及相关益生菌产品的开发提供重要的理论支持。

1 肠道疾病相关预防和治疗活性

1.1 肠炎防护

益生菌对于肠应激综合征（irritable bowel syndrome，IBS）、炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）和溃疡性结肠炎（ulcerative coltis，UC）等肠道疾病都有预防和治疗作用。临床研究表明，益生菌单菌和多菌的摄入均有助于缓解IBS的症状。从母乳中分离出的一株格氏乳杆菌BNR17，在随机、双盲、安慰剂对照的临床实验中，格氏乳杆菌BNR17治疗组的腹痛评分明显降低，同时IBS症状评分明显降低[1]。在含有嗜酸乳杆菌CL1285、干酪乳杆菌LBC80R和鼠李糖乳杆菌CLR2的组合菌株胶囊与安慰剂用于IBS症状的临床研究中，受试者摄入益生菌后，包括腹部疼痛、疼痛时间、腹胀、粪便稠度和频率、生活质量和IBS在内的症状均有充分缓解，且受试者没有严重的不良事件发生[2]。

UC是近几十年来逐渐上升的一种慢型炎症性肠病，其发病率呈上升趋势。益生菌已成为UC治疗的一种新策略。动物实验表明，两歧双歧杆菌BIF231（1.4×1011CFU/d）对慢性肠炎具有抗炎作用[3]。两歧双歧杆菌BIF231可降低硫代巴比妥酸反应物（thiobarbituric acid reactive substance，TBARs）值、一氧化氮水平和提高谷胱甘肽（glutathione，GSH）水平。同时，两歧双歧杆菌BIF231在体外对IEC-6细胞具有良好的黏附和免疫调节作用，能够促进三硝基苯磺酸盐（trinitro-benzenesulfate，TNBS）所致结肠炎损伤组织的恢复。从婴儿粪便中分离的植物乳杆菌ZDY2013和两歧双歧杆菌WBIN03作为复合菌剂也能够治疗葡聚糖硫酸钠（dextran sodium sulfate，DSS）诱导的UC[4]。植物乳杆菌ZDY2013和两歧双歧杆菌WBIN03能在转录水平上通过下调敏感性细胞因子（如肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α））和上调抗氧化因子（如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）1、SOD2、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase 2，GPX2）），对DSS诱导的小鼠UC有明显的抑制作用。同时，植物乳杆菌ZDY2013增加了动物乳杆菌的丰度，而两歧双歧杆菌WBIN03则增加了毛螺旋菌科（Lachnospiraceae）细菌COE1的丰度，通过肠道微生物来调节氧化应激，并在炎症中起调节作用。

IBD往往涉及菌群、肠上皮细胞和常驻免疫细胞的失衡，而益生菌发挥着对抗IBD的保护作用。在高度炎症条件下，短双歧杆菌可以降低肠道上皮细胞的内源性和外源性凋亡，进而保护肠道上皮细胞屏障免受损害，这可能通过表面胞外多糖和与宿主相互作用所介导[5]。嗜酸乳杆菌可以减轻DSS诱导小鼠结肠炎的程度[6]。嗜酸乳杆菌可以抑制T-辅助细胞17（T-helper 17，Th17）产生促炎因子，诱导T调节细胞（Treg）及白细胞介素-10（interleukin 10，IL-10）的产生，实现IBD的治疗作用。除了益生菌活菌能发挥对抗炎症性肠病的作用，进一步的研究还表明，灭活后的植物乳杆菌[7]或发酵乳杆菌的发酵乳[8]对炎症性肠病也具有抗炎效果。

虽然益生菌在肠内稳态中起着重要作用，但是其分子机制尚未得到充分研究。研究表明，两歧双歧杆菌可以调节肠道mRNA的表达和下游靶基因的应答，两歧双岐乳杆菌和宿主可能通过mRNA实现交叉响应[9]。益生菌表面的胞外多糖也可能介导益生菌和宿主的免疫响应，进而实现益生菌对宿主的保护作用。另外，益生菌调节肠道菌群的分子机制也需要进一步研究。

1.2 提高肠道免疫力

临床研究表明，益生菌能有效治疗及改善便秘症状，并提高肠道免疫力。益生菌提高肠道免疫能力的作用除了调节肠道菌群和产生有机酸之外，还突出表现在另外三方面。一方面，益生菌能增强肠道屏障，防止肠渗漏发生并能保护黏膜完整性。研究表明，婴儿双歧杆菌和嗜酸乳杆菌发酵物可以使得Caco-2细胞封闭蛋白和克劳蛋白-1正常化表达，并阻止IL-1β诱导Caco-2细胞的核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）活化，实现抑制肠渗漏的作用[10]。罗伊氏乳杆菌DSM17938和1563F预处理猪肠细胞株IPEC-J2，能通过下调促炎细胞因子IL-6和TNF-α的表达，增加细胞质支架蛋白ZO-1（195 kDa）长异构体的产生，并维持E-上皮钙黏蛋白（E-cadherin）的表达，保护黏膜完整性，防止肠毒素性大肠杆菌感染对黏膜的破坏[11]。

另一方面，益生菌能够提高肠道对致病微生物的抵抗能力。植物乳杆菌LRCC5310产生的胞外多糖在体外对人轮状病毒WA株具有抗病毒作用[12]。小鼠在轮状病毒感染前和感染后5 d口服植物乳杆菌LRCC5310产生的胞外多糖，可缩短腹泻时间和病毒脱落时间，防止肠道上皮完整性的破坏。婴儿双歧杆菌和动物双歧杆菌能够改进小肠绒毛，提高肠道隐窝比率，进而降低肠道病原菌定植和刺激局部免疫[13]。益生菌在体内能和致病菌竞争性附着，防止病菌入侵。发酵乳杆菌拥有暴露在外的黏液结合蛋白（mucin binding protein，MucBP），这种蛋白发挥着和肠道黏液结合的作用[14]。研究表明，发酵乳杆菌MBD93的MucBP与肠道黏液糖苷N-乙酰半乳糖（N-acetylgalactosamine，GalNAc）、N-乙酰氨基葡萄糖（N-acetylglucosamine，GlcNAc）、半乳糖（galactose，Gal）和唾液酸（N-acetylneuraminic acid，Neu5Ac）有很强的亲和力。进一步的实验证实，发酵乳杆菌MBD93能阻止内源致病菌，如大肠杆菌、副伤寒沙门氏菌、桑尼氏志贺菌和寻常变形杆菌对黏液的黏附，防止致病菌的侵入。

此外，益生菌能刺激肠道免疫，降低致病菌毒性，改善腹泻症状。唾液乳杆菌Ls04在增殖肠道有益菌并抑制致病菌的同时，能够有效提高肠黏膜分泌型免疫球蛋白SigA的含量，刺激机体免疫应答[15]。长双歧杆菌BR-108（无论活菌和死菌）能在小鼠盲肠组织和回肠佩耶体（ileal Peyer’s patches）中刺激细胞激素，如IL-6和IL-8的基因表达，从而带来各种有益作用，包括预防感染、调节类脂代谢以防止和控制肥胖、减轻过敏症状和改善便秘[16]。

2 女性生殖道健康保护

益生菌对女性生殖健康的保护是其益生功能研究的热点。在减轻阴道炎症、清除性病病毒及治疗白色念珠病等方面均有大量研究。

阴道炎症是常见的妇科疾病。益生菌鼠李糖乳杆菌GR-1的上清能减轻脂多糖（lipopolysaccharide，PS）和脂肽酸（lipoteichoic acid，LTA）对人体羊膜细胞促炎细胞因子TNF-α产生的刺激，具有降低妇女早产风险的应用潜力[17]。临床实验表明，植物乳杆菌P17630的摄入能降低阴道反复感染的频率和严重程度[18]。

人类乳头瘤HPV病毒感染阴道会导致尖锐湿疣。意大利的一项临床研究表明，长期补充鼠李糖乳杆菌BMX54可以通过恢复最初的菌群平衡而有助于解决HPV病毒感染[19]。在此项研究中，招募了117 名患有细菌性阴道病和阴道炎及伴生性HPV感染的妇女。经随访14 个月后，长期益生菌组解除HPV相关细胞学异常的概率是短期益生菌补充组的2 倍。负HPV-DNA检测结果表明，短期组的总HPV清除率为11.6%，长期组为31.2%。通过益生菌重建阴道生态平衡是有效治疗HPV感染不可忽视的策略。

女性阴道念珠病（vulvovaginal candidiasis，VVC）是一种世界范围内非常常见的感染，主要由白色念珠菌（Candida albicans）引起。预防性摄入鼠李糖乳杆菌能避免或减少免疫抑制小鼠中白色念珠菌病的发展[20]。有研究表明，唾液乳杆菌MG242能抑制（99.99±0.01）%的C. albicans生长，表明唾液乳杆菌MG242具有开发为治疗或预防VVC益生制剂的潜力[21]。扫描电子显微镜分析证实，副干酪乳杆菌菌株28.4表现出强烈的减少C. albicans菌丝形成的作用，具有作为治疗白色念珠病替代方法的潜力[22]。发酵乳杆菌MG901和植物乳杆菌MG989有抑制白色念珠菌的潜力[23]。与白色念珠细胞共培养实验后的细胞活力测试显示，白色念珠菌细胞失去代谢活性并最终被杀死。进一步的研究表明，发酵乳杆菌MG901和植物乳杆菌MG989具有较高的表面疏水性，增强了二者对上皮细胞的黏附能力。这2 种益生菌与大肠杆菌和白色念珠菌共同聚集能影响白色念珠菌对肠上皮细胞的黏附和定植，可能对体内VVC的清除起到重要作用。

卷曲乳杆菌对阴道致病菌的抑制作用尤为突出。有研究表明，虽然自阴道分离的卷曲乳杆菌（7 株）、格氏乳杆菌（6 株）和约氏乳杆菌（5 株）均对白色念珠菌ATCC10231的生长、菌丝形成和病毒相关基因的表达有抑制作用，但是卷曲乳杆菌B145在微孔板液体培养基测试中表现出最强的抗菌活性（P＜0.05），非常值得功能开发研究，卷曲乳杆菌BC5D对抗一种重要的性传播致病菌沙眼衣原体（Chlamydia trachomatis），有高于其他阴道乳杆菌的显著、优越的活性[24]。在对15 株乳杆菌（如卷曲乳杆菌、格氏乳杆菌和阴道乳杆菌）对抗沙眼衣原体（C. trachomatis）感染的体外活性研究中，卷曲乳杆菌是HeLa细胞预防沙眼衣原体感染效果最好的菌种，特别是即使在低剂量下卷曲乳杆菌也具有显著的保护活性。进一步的机理研究表明，BC5通过改变HeLa细胞系脂质组成诱导上皮质膜的重要改变，使得衣原体感染显著减少[25]。

阴道滴虫病是一种一般通过性传播感染的妇科疾病，病原体是阴道毛滴虫（Trichomonas vaginalis），一种胞外原虫。研究表明，格氏乳杆菌ATCC9857有抑制阴道滴虫黏附宿主细胞的作用[26]。格氏乳杆菌ATCC9857的表面蛋白——凝集促进因子APF-2，有助于显著阻抑阴道滴虫对人体外宫颈阴道细胞的黏附。对乳酸菌保护宿主对抗阴道滴虫的机制研究有助于开发新型的特异性治疗方法。

3 肝胃保健

在肝胃保健方面，益生菌在预防脂肪肝、防止酒精对肝胃的损伤及减轻幽门螺杆菌对胃的损伤方面都有保健作用。

肥胖与胰岛素抗性及脂肪肝疾病强烈相关，益生菌能调节胰岛素的敏感性，改善相关症状。临床实验表明，每日摄入格氏乳杆菌BNR17有助于减少肥胖成年人的内脏脂肪质量[27]。动物实验表明，摄入嗜酸乳杆菌NS1能显著减轻高脂饮食小鼠的肥胖和肝脂累积，并伴随胰岛素敏感的改善[28]。牛乳寡糖和婴儿双歧杆菌能够阻止特定西式喂养条件下小鼠的非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic steatohepatitis，NASH）[29]。婴儿乳杆菌和牛乳寡糖合剂或婴儿乳杆菌的补充，均能改善小鼠的胰岛素敏感性，减少肝炎发生。此外，婴儿乳杆菌和乳寡糖的合剂可以进一步降低肝甘油三酯水平、刺激肝脏免疫、减少胆盐合成及提高肝脏解毒能力。

酒精和幽门螺杆菌是危害胃健康的重要隐患。长双歧杆菌LC67和植物乳杆菌LC27合用可以抑制胃部酒精性出血溃疡区域，同时提高髓过氧化物酶活性，降低TNF的表达，还可以提高酒精抑制的肝脏中乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶的活性，减轻酒精性胃炎和肝损伤[30]。幽门螺杆菌感染和胃部病理密切相关。胃部组织感染幽门螺杆菌后会产生一种侵入性的促炎免疫响应，导致胃炎和一系列形态学改变，进而增加患癌的易感性[31]。益生菌可以作为阻止或减少幽门螺杆菌的替代解决方式。一方面，益生菌可以抑制幽门螺杆菌的生长。活的益生菌可以和幽门螺杆菌共同聚集，从而抑制益生菌生长。最近的研究发现，热灭活的约氏乳杆菌HK-LJ 88在体外对幽门螺杆菌的生长有抑制作用[32]。此外，动物实验表明，多次口服约氏乳杆菌HK-LJ88可显著降低无菌小鼠感染胃中幽门螺杆菌的数量，进一步的结果表明，即使是灭活乳酸菌的菌体成分也有可能通过某些未知的机制来实现幽门螺杆菌的根除治疗。另一方面，益生菌可以刺激胃部免疫响应，减轻幽门螺杆菌感染后的促炎免疫响应。在感染幽门螺杆菌后，发酵乳杆菌UCO-979C菌株能分化调节胃上皮细胞和巨噬细胞的细胞因子响应，显著减少人胃上皮细胞、THP-1炎症细胞因子和趋化因子的产生，增加免疫调节细胞因子的水平，显现出显著的抗炎效应[31]。

4 上呼吸道感染防护

益生菌对上呼吸道感染的预防和保护体现在改善症状及提高对病毒或致病菌的抵御能力上。益生菌可以改善过敏性鼻炎和间歇性哮喘的症状。临床研究表明，长双歧杆菌BB536、婴儿双歧杆菌M-63、短双歧杆菌M-16V等双歧杆菌混合物能够明显改善儿童花粉诱导的过敏性鼻炎（allergic rhinitis，AR）和间歇性哮喘（intermittent a s t h m a，I A）的症状，并能提高生活质量[33]。格氏乳杆菌能改善呼吸道过敏症状，可预防小鼠过敏性哮喘模型中粉尘螨诱导的气道过敏和炎症反应[34]。格氏乳杆菌喂养能导致小鼠的炎性趋化因子明显减少，糖类和脂质代谢的基因表达增加，尤其是过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ）的表达增加，格氏乳杆菌可能是通过一种新的树突状细胞内PPARγ激活途径减轻过敏原诱导的过敏性哮喘气道炎症。

益生菌可以调节免疫代谢，提高上呼吸道抵御病毒或细菌的能力。约氏乳杆菌可以通过免疫调节代谢和改变免疫系统功能实现气道黏液保护。在呼吸道多核病毒（respiratory syncytial virus，RSV）感染期间，口服摄入约氏乳杆菌可以减轻感染症状[35]。约氏乳杆菌可以调节气道T辅助2型细胞（Th-2）和树突细胞（dendritic cell，DC）功能，增加T调节细胞，同时改变骨髓衍生树突细胞（bone marrow-derived DCs，BMDCs）的细胞介素分泌，减少共刺激分子的表达。口服副干酪乳杆菌CNCMI-1518能刺激肺部高水平招募髓系炎症细胞，如间质单核细胞和树突状细胞，进而提高对脑膜炎奈瑟菌感染的抵抗力。另外，值得注意的是，一些益生菌的死菌体同样也有刺激免疫调节，进而增强上呼吸道对病毒抵抗能力的作用。研究发现，从泡菜中分离出的植物乳杆菌NF1热致死处理后也能显著减少小鼠肺部感染的流感A（H1N1和H3N2亚型）和流感B（YaMagata系）病毒复制，延长感染小鼠的平均存活时间，并导致存活率增加[36]。死的益生菌菌体同样也具有相当的应用潜力。

5 口腔保健

较差的口腔健康和一些疾病，如龋齿、牙周疾病和口腔癌相关，这些疾病在全世界非常流行。益生菌在预防口腔疾病、改善口腔健康方面有积极作用。变形链球菌是导致龋齿的致病菌之一。研究表明，唾液乳杆菌CECT5713死菌体能降低唾液中变形链球菌数量，并抑制变形链球菌与羟基磷灰石的黏附，可作为降低口腔唾液中致病菌浓度的一种策略[37]。鼠李糖乳杆菌LGG和双歧杆菌BB-12组合益生菌对唾液和菌斑携带的聚合放线菌（Aggregatibacter actinomycetemcomitans）、牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis）、中间普雷特拉菌（Prevotella intermedia）和核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum）有明显抑制作用，能改善牙龈健康[38]。

副干酪乳杆菌发酵牛乳产生的活性物质对口腔健康也有良好的保护作用。临床实验表明，副干酪乳杆菌SD1发酵牛乳既能降低唾液中变形链球菌的数量，又能延迟龋齿发生，并且菌株对幼儿是安全的[39]。干酪乳杆菌副干酪亚种NTU101发酵脱脂乳也具有抗牙周炎活性[40]。干酪乳杆菌副干酪亚种NTU101乙醇提取物通过降低酒石酸抗性酸磷脂酶（tartrate-resistant acid phosphatase，TRAP）活力和酒石酸抗性酸阳性多核破骨细胞数量，抑制NF-κB配体受体激活子（receptor activator of nuclear factor -κB ligand，RANKL）诱导的破骨细胞分化，减少牙齿骨流失。

不同的益生菌均能表现出对口腔健康的保护作用，然而菌株之间的相互协同及不同菌株的人群适应性仍不清楚。

6 皮炎防护

益生菌用于皮肤病治疗的潜力巨大，口服益生菌可以调节肠道免疫，改善一些皮肤病，如特征性皮炎（atopic dermatitis，AD）的症状。研究表明，无毛小鼠口服唾液乳杆菌LA307和鼠李糖乳杆菌LA305可以抑制慢性皮炎的发展[41]。用这2 种乳杆菌治疗，会导致小鼠促炎因子IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-17、IL-22水平下降，同时促使抗炎因子IL-10和IL-4水平上升。德国的一项临床实验表明，含有经热处理的约氏乳杆菌NCC533的化妆品洗剂，可以控制AD患者金黄色葡萄球菌的定植，实现局部症状的改善[42]。进一步的研究表明，热处理的约氏乳杆菌NCC533可以调节AD患者内源性皮肤抗菌肽AMPs的表达，并抑制金黄色葡萄球菌与人表皮模型的体外结合[43]。约氏乳杆菌NCC533可以通过增强皮肤天然免疫和减少金黄色葡萄球菌定植来改善AD。

然而，现有的益生菌在皮肤病，如AD方面的治疗效果并不一致，部分原因是由于益生菌的作用具有菌株特异性，仔细选择益生菌菌株对确保治疗的有效性非常必要。

7 结 语

益生菌在器官疾病预防和治疗方面功能活性研究众多，但是机制研究并不非常透彻，而且动物实验研究多于人体临床研究，针对人体疾病疗效的作用机制更加缺乏。不同人群对不同菌株响应的差异研究尚属空白，另外菌株之间的协同作用也不清楚。但是益生菌具有开发为功能性食品及相关疾病治疗药物的巨大潜力，筛选得到针对某些特定疾病具有明确功效、机制清楚及可以用于临床治疗的益生菌是今后益生菌功能活性的研究方向。此外，益生菌死菌体的生物活性也同样不能忽视，这将为相关益生菌日化或发酵产品的开发提供新的思路。