高加索乳杆菌功能活性研究进展

王晓萌，高 洁，韩张鹏，张 卓，刘 轩，宋新宇

（河北农业大学 食品科技学院，河北 保定 071000）

开菲尔是原产自高加索地区的一种传统含酒精发酵乳饮料，且风味和口感独特，有“发酵乳制品中之香槟”的美誉[1]，因而深受广大国家和地区消费者的喜爱。高加索乳杆菌（Lactobacillus kefiri）是开菲尔发酵乳中的主要组成成分之一[2]，也是公认安全的乳杆菌[3]，具有悠久的食用历史，在益生菌的临床使用上起到指导作用[3]。近年来，对L.kefiri功能活性研究较多，特别是抗氧化活性、免疫调节活性、降低胆固醇和调节肠道菌群活性等。基于已有研究，本文综述了L.kefiri主要功能活性研究进展，并从作用途径或物质基础的角度进行归纳总结，以期为L.kefiri的进一步开发利用提供理论依据。

1 抗氧化活性

乳杆菌的抗氧化性已被诸多体内外试验证实，抗氧化活性也是多种功能活性的作用的基础机制。不同的乳杆菌具抗氧化性强弱不同[4]，具有抗氧化活性的乳杆菌将有潜力开发为益生菌资源。研究表明，L.kefiri具有显著的抗氧化活性。

1.1 体内抗氧化研究

体内抗氧化研究实验通常以小鼠作为实验动物，使小鼠口服L.kefiri作为干预物展开实验，最终检测小鼠相关代谢指标或身体机能指标作为判断抗氧化能力的依据。GHONEUM M等[5]以32只来自埃及亚历山大大学医学院动物实验室的小鼠口服一种主要由L.kefiri组成的天然混合物（一种新型开菲尔制品）（probioticsfermentation technology，PFT），测定了小鼠肝脏、大脑和血清部位的总抗氧化能力（total antioxidant capacity，TAC）和抗羟基自由基（anti-hydroxyl radical，AHR）等指标，研究结果表明，PFT影响小鼠的氧化还原稳态，逆转了TAC和AHR含量的下降，膳食中添加PFT可有效调节小鼠的年龄相关氧化应激并增强小鼠抗氧化水平。ERDOGAN F S等[6]以BALB/c小鼠作为实验动物测定L.kefiri的抗氧化性能，测定结果表明，血清总抗氧化状态（total antioxidant status，TAS）增高、总氧化状态（total oxidant status，TOS）降低、丙二醛（malondialdehyde，MDA）降低和髓体过氧化物酶（myelo-peroxidase，MPO）降低，L.kefiri体现了一定的抗氧化能力。

1.2 体外抗氧化研究

体外抗氧化研究试验主要是通过测定自由基清除率前后变化等重要试验指标，评估L.kefiri的抗氧化能力大小，可实现更简单、更方便和更详细的分析，但由体外实验研究的结果推知到完整生物体的扔具有挑战性[7]。AYRANC U G等[8]采用L.kefiri蛋白酶水解消化酪蛋白、面筋和大豆蛋白，这些大的蛋白质可能被水解成更短的肽或氨基酸，其抗氧化活性是通过产酶和食品发酵的过程来实现的。实验表明，L.kefiri发酵能显著促进酪蛋白的水解并提高1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基的清除和还原力，从而提高食物蛋白抗氧化能力。赵彤等[4]对L.kefiriKL22进行自由基清除实验，同时测定灭活菌体和活性菌体，当菌体浓度为107CFU/mL时，菌株KL22对DPPH·、O2-·、·OH均有不同程度的清除作用，其中菌株KL22对的DPPH自由基清除率最高，活菌组可达到70.34%，由此可见L.kefiriKL22具有较强的抗氧化能力。

2 免疫调节活性

免疫调节能力是乳杆菌常见的功能活性，乳杆菌对机体免疫具有双向调节活性，既能够上调增强免疫力，也能够下调抑制过度免疫[9]。基于已有研究，L.kefiri已经被证实具有良好的免疫调节能力，L.kefiri菌体和活性代谢产物免疫调节研究的研究对象、实验方法及相关结论见表1。

表1 高加索乳杆菌菌体和活性代谢产物免疫调节能力研究进展Table1 Research progress on immunomodulatory ability of Lactobacillus kefiri and active metabolites

2.1 菌体免疫调节能力

L.kefiri可以通过自身菌体调节免疫，L.kefiri在抗过敏和免疫调节及保护方面有着重要作用，HONG S W等[10]研究表明，使雌性BALB/c小鼠口服分离自开菲尔颗粒的热灭活的马乳酒样乳杆菌（Lactobacillus kefiranofaciens）和L.kefiri，可使辅助性Th1细胞产生细胞因子的水平升高，Th2细胞产生细胞因子的水平降低，Th1/Th2平衡向Th1主导地位倾斜，并通过减少活化CD19+B细胞，补体系统和成分的下调等作用有效抑制机体对卵清蛋白（ovalbumin，OVA）的免疫球蛋白IgE的产生，说明L.kefiri在抗Ι型过敏活性中发挥着重要作用。肖雪筠等[11]的研究通过扩大培养和活力测定，发现L.kefiri能够部分缓解环磷酰胺对小鼠免疫抑制作用，调节Th1/Th2平衡，从而调节体液免疫和细胞免疫平衡。GHONEUM M等[12]提及L.kefiri可选择性的诱导人胃腺癌细胞系（gastric cancer cells，AGS）和小鼠乳腺癌细胞系（breast cancer cells）4T1凋亡，即L.kefiri通过膜穿孔机制诱导癌细胞发挥凋亡作用，可达到凋亡率66.3%的峰值，L.kefiri可以诱导人多药耐药（multidrugresistant，MDR）髓系白血病（myeloidleukemia）细胞HL60/AR凋亡，凋亡率可达67.5%[13]，从而起到免疫调节和保护作用。

2.2 活性代谢产物免疫调节能力

菌体细胞的活性代谢产物能够刺激机体产生各类与免疫相关的细胞因子，发挥调节免疫的作用[14]，L.kefiri作为乳杆菌的重要组成成分，并有成为益生菌的潜力，其活性代谢产物是L.kefiri形成免疫机制的重要方式之一。

2.2.1 S层蛋白的免疫调节能力

L.kefiri可以通过S层蛋白（S-layer protein，SLP）来调节免疫，SLP是一种由亚基组成的（糖）蛋白包膜，亚基自组装形成一个二维晶格，覆盖在不同种类的细菌和古细菌的表面[15]，乳杆菌SLP具有诱导巨噬细胞活化应答、影响菌体表面性质、参与菌体黏附肠道过程和抑制病原菌对肠道入侵等作用[16]。MALAMUDM等[17]实验中在Ca2+作用下与只有脂多糖处理的巨噬细胞相比，脂多糖和SLP孵育的巨噬细胞产生的IL-6、CD40和CD86水平更高，这说明SLP上存在的末端聚糖可协同脂多糖诱导成熟巨噬细胞的免疫刺激活性，进一步证明L.kefiri的S层糖蛋白以Ca2+依赖的方式增强了脂多糖诱导的巨噬细胞应答。此外，SLP能够通过巨噬细胞诱导的C型凝集素受体对聚糖部分识别并触发抗原呈递细胞的成熟来增强OVA的特异性免疫应答。GOLOWCZYC M A等[18]研究SLP对L.kefiri和解脂酵母（Saccharomyces lipolytica）间的共聚作用的影响，发现氯化锂处理去除SLP后，二者间的共聚率明显下降，说明SLP在一定程度上决定了菌体黏附力的大小，间接调控免疫调节作用的强弱。MALAMUD M等[19]利用野生型和C57BL/6-Tg（TcraTcrb）425Cbn/J（OT-II）小鼠巨噬细胞RAW 264.7模型表明不同L.kefiri菌株的糖基化SLP可以通过识别其多糖诱导抗原呈递细胞的活化。GOLOWCZYC M A等[20]经验证，沙门氏菌（Salmonella enterica）与可凝集酸乳杆菌共孵育显著降低了其对Caco-2/TC-7细胞的侵袭能力，而非凝集酸乳杆菌菌株则没有此现象，经L.kefiriSLP预处理的凝集菌和非凝集菌均不能侵入Caco-2/TC-7细胞，表明L.kefiri的分泌物及SLP能够阻挡肠炎沙门氏菌的侵袭。

2.2.2 胞外多糖的免疫调节能力

L.kefiri可以通过胞外多糖（extracellular polysaccharide，EPS）来调节免疫，EPS在其益生作用中起重要作用，L.kefiri胞外多糖的胶黏性可增强机体的免疫保护作用、免疫刺激活性和抗肿瘤机制。XIU L X等[21]对L.kefiriWXD029的EPS进行体外实验表明，EPS可显著增强RAW264.7细胞的增殖和吞噬活性，诱导IL-6等细胞因子的产生。在体内，EPS佐剂不仅能提高金黄色葡萄球菌抗体滴度，显著增强T细胞增殖，还能诱导较强的Th1、Th2和Th17细胞混合反应。RAJOKA M S R等[22]对L.kefiriMSR101进行细胞毒性实验等体外抗肿瘤实验，发现其对HT29结肠癌细胞生长具有抑制能力，并可上调细胞凋亡蛋白酶的表达，未来可开发L.kefiriMSR101的EPS作为一种治疗结肠癌并提高免疫力的外用药物。

因此认为SLP具有菌体黏附和诱导巨噬细胞活化等作用[23]，EPS的胶黏性及抗肿瘤等作用对于微生物免疫调节发挥着重要作用[24]，可以进一步运用分子技术从基因层面全面研究L.kefiri的SLP和EPS，揭示SLP和EPS的作用机制。

3 降低胆固醇活性

肥胖在大多数国家已成为地方病，目前被认为是代谢综合征的重要危险因素，降低胆固醇是抗肥胖的重要途径之一，迄今为止，研究人员认为益生菌抗肥胖作用更易为大众所接受。L.kefiri具有较强降低胆固醇能力。L.kefiri是可以高效、高对映选择性地合成6-氯代-（3R，5S）-二羟基己酸叔丁酯的微生物菌株，该物质是医药工业生产抗胆固醇药物3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A（3-hydroxy-3-methyl glutaryl coenzyme A，HMG-CoA）还原酶抑制剂的重要手性结构单元[25]。KIM D H等[26]以L.kefiriDH5为实验材料，采用人工胃肠环境等方法对13株开菲尔实验室分离菌株进行生存试验，结果表明L.kefiriDH5上调了附属脂肪组织中过氧化物酶体增殖物激活受体α（peroxisome proliferators-activated receptors α，PPARα）、脂肪酸结合蛋白4（fatty acid-binding protein 4，FABP4）和肉碱脂酰转移酶1（carnitine palmitoyl transferase 1，CPT1）的表达（分别为2.29-、1.77-和2.05倍），并降低了51.6%的胆固醇，作用十分显著。赵彤等[27]将L.kefiriKL22接种于胆固醇的改良MRS培养基中，灭活状态作用48 h后胆固醇降解率为35.79%。经文献检索后发现，胆固醇降解率达到40%以上的菌株寥寥无几，由此可知L.kefiri的胆固醇降解能力较强[28]。

4 调节肠道菌群功能

肠道菌群调节功能是乳杆菌最常见的功能活性，通过外源性的补充乳杆菌，可以调节和修复肠道菌群，保持平衡的肠道微环境[29]。L.kefiri也拥有较强的调节肠道菌群组成的能力。KIM D H等[26]通过给雄性C57BL/6小鼠口服L.kefiriDH5一个月后，观察到受试者肠道菌群结构发生改变，在细菌总数无明显差异的情况下，高脂饮食（high fat diet，HFD）喂养组的拟杆菌门（Bacteroides）、变形菌门（Proteobacteria）和肠杆菌门（Enterobacteriaceae）的数量显著增加，HFD-DH5组在HFD喂养组中表现出明显较低的Bacteroides、Proteobacteria和Enterobacteriaceae，有益菌增加，表明L.kefiriDH5能够显著正向调节HFD喂养小鼠的肠道微生态。

5 其他功能活性

L.kefiri还具有抗生素敏感性[30]、黏附性[31]、自凝聚性[32]等功能特性，NEISH A S等[33]研究发现，在抗生素敏感性研究中，从乳制品中分离出的一株L.kefiri对卡那霉素和四环素耐药，但对其他抗生素敏感，并且能够抑制病原菌的生长，将在益生菌的临床使用上起到指导作用。菌体表面疏水性能力的大小反映菌体体内定植的能力强弱的大小[34]，L.kefiriKL22对三种有机溶剂中三氯甲烷的吸附能力最强，高达98.5%，表明KL22具有较高的疏水性。赵彤等[27]对KL22的自凝聚能力分析，研究表明菌液自凝集率的上升趋势并虽不一条直线，但具有明显趋势，在1 h内自凝聚率17.18%，5 h后自凝聚率达到21.17%，有研究乳杆菌自凝聚能力实验表明接种4 h后的自凝聚率范围为7.2%～28.1%[35]，由此表明L.kefiri具有较好的自凝聚能力。

6 结论与展望

该文主要探讨了L.kefiri的抗氧化活性、免疫调节活性、降脂活性、调节肠道菌群活性和其他功能活性，综述分析表明其具备诸多良好的功能特性，具有较好的益生功能。L.kefiri分离自传统发酵乳制品中，来源可靠、安全性高，在发酵菌种、益生菌种资源开发中有可挖掘的潜力，有待于进一步研究，以期应用于高活菌数发酵乳及功能性食品等的制备。