在過去的二十年裡，益生菌變得越來越流行，因為不斷增加的科學證據表明它們對人類健康有益。因此，它們已被用作各種產品，食品工業一直在積極研究和推廣它們。在這個市場中，益生菌已被納入各種產品，主要是發酵乳製品。鑑於這種持續的趨勢，儘管有強有力的科學證據表明這些微生物與各種健康益處相關，但仍需要進一步的研究來確定它們並評估它們的安全性和營養方面。本文的目的是回顧當前文獻中有關益生菌概念和可能有益特性的文獻。
一、簡介
益生菌與健康的關係由來已久。一個多世紀以來，Tissier 觀察到健康母乳喂養嬰兒的腸道菌群以雙歧桿菌（雙歧桿菌）為主，而配方奶餵養的腹瀉嬰兒沒有這種菌群，確立了它們在維持健康方面發揮作用的概念. 從那時起，一系列研究支持了這種關聯，但它們最初的設計和控制不佳，並面臨著實際挑戰，例如特性的菌株特異性和益生菌在母乳以外的基質中生長緩慢。隨著時間的推移，它們已經成功進化，最近的那些積累了更多的證據表明益生菌可以促進人類健康。這些數據恰逢消費者對健康與營養之間關係的認識不斷提高，為功能性食品概念的發展創造了支持環境，該概念被引入描述食品或食品成分對消費者健康的有益影響超出其營養價值。功能性食品市場正在擴大，尤其是在日本——它的發源地——在歐洲和美國以及在大多數國家，其產品的最大份額由益生菌佔據。1、2 ]。_ 據報導，益生菌消費的有益影響包括改善腸道健康、改善乳糖不耐症的症狀和降低各種其他疾病的風險，並且一些具有良好特徵的乳酸桿菌和雙歧桿菌菌株可供人類使用 [ 3 , 4 ] . 儘管如此，儘管有令人鼓舞的證據，但益生菌在人類健康中的作用及其應用的安全性仍應進一步研究，因為目前對其在腸道中發揮功能所必需的特徵的了解並不完整。
2. 益生菌及其他相關術語的定義
從詞源學上講，益生菌一詞源自希臘語，意思是“終生”，但益生菌的定義隨著時間的推移而演變，同時人們對使用可行的細菌補充劑的興趣日益增加，以及在了解其作用機制方面取得的進展。該術語最初用於描述由一種微生物產生的刺激其他微生物生長的物質，後來用於描述刺激微生物生長的組織提取物和通過促進動物腸道菌群平衡而對動物產生有益影響的動物飼料補充劑 [ 5]。直到最近，以多種方式促成益生菌概念發展的最廣泛使用的定義是富勒的定義：“益生菌是活的微生物飼料補充劑，通過改善微生物平衡對宿主動物產生有益的影響”[ 6 ]。目前使用的定義是由聯合國世界衛生組織的糧食及農業組織給出的，根據該定義，益生菌被重新定義為“活的微生物，當攝入足夠的量時，會給宿主帶來健康益處”。關於食物，可以通過強調微生物發揮有益作用來調整定義，“當作為食物的一部分攝入足量時”[ 7 ]。
益生元一詞由 Gibson 和 Roberfroid 於 1995 年引入，用於描述宿主不能消化但能夠通過選擇性刺激腸道中存在的微生物的生長或活性來發揮有益作用的食品補充劑。益生元物質不會在胃腸道中水解或吸收，而是可用作益生菌的底物，目前最常用的是不易消化的低聚果糖。出於實際原因，益生菌和益生元的組合被某些作者描述為合生元，而另一些作者則描述為共生元 [ 8 , 9]。儘管益生元似乎在促進健康方面發揮作用，但這需要進一步研究的支持。在過去的幾年中，功能性食品的概念也得到了發展，以描述含有對宿主健康產生積極影響的成分的食品，這些成分超出了其營養價值。它們包括那些含有改善健康的生物活性成分的產品，例如益生菌 [ 1 ]。
3. 用作益生菌的微生物種類
考慮到它們的定義，可能發揮益生菌特性的微生物種類的數量令人印象深刻。一些最重要的代表列在表格1. 就營養而言，只有被歸類為乳酸菌的菌株才具有重要意義，其中在應用環境中具有最重要特性的是屬於乳球菌屬和雙歧桿菌屬的菌株[ 10 ]。乳酸菌是革蘭氏陽性、過氧化氫酶陰性的細菌物種，能夠產生乳酸作為碳水化合物發酵的主要最終產物。因此，雙歧桿菌屬在傳統上而不是在系統發育上被列在其中，因為它們使用單獨的代謝途徑。另外兩個在食品工業中發揮重要作用的物種，尤其是乳製品，雖然沒有嚴格地被認為是益生菌，但它們是嗜熱鏈球菌和乳酸乳球菌，兩種最重要的商業乳酸菌 [ 11 ]。
表格1
改編自 Holzapfel 等人，2001 [ 10 ]。
| 被認為是益生菌的微生物 | |
| 乳酸菌種 | 雙歧桿菌屬 |
| L. acidophilus L. casei L.crispatus L.galinarum 1 L.gasseri L. johnsonii L. paracasei L. plantarum L. reuteri L. rhamnosus | B.teenis B. animalis B. bifidum B. breve B. infantis B. lactis 2 B. longum |
| 其他乳酸菌 | 非乳酸菌 |
| 糞腸球菌 1 E. faecium Lactococcus lactis 3 Leuconostoc mesenteroides Pediococcus acidilactici 3 菊粉孢子乳桿菌1嗜熱鏈球菌3 | 蠟狀芽孢桿菌 toyo i 1 大腸桿菌菌株 nissle Propionibacterium freudenreichii Saccharomyces cerevisiae S. boulardii |
1主要用於動物。
2最近重新分類為B. animalis subsp。乳酸菌[ 59 ]。
3對益生菌特性知之甚少。
值得一提的是，由於益生菌活性與菌株相關，建議進行菌株鑑定，以確定其在工業應用中的適用性和性能。這是通過結合表型測試和使用分子技術（如 DNA/DNA 雜交、16SRNA 測序等）進行遺傳鑑定來實現的 [ 7 ]。
4. 理想的益生菌特性
為了使潛在的益生菌菌株能夠發揮其有益作用，預計它會表現出某些理想的特性。目前通過體外試驗確定的是
- 酸和膽汁耐受性，這似乎對口服給藥至關重要，
- 粘附於粘膜和上皮表面，這是成功免疫調節、競爭性排除病原體以及預防病原體粘附和定植的重要特性，
- 對病原菌的抗菌活性，
- 膽鹽水解酶活性。
然而，這些參數的價值仍在爭論中，因為存在相關問題、體內和體外差異以及需要考慮的操作程序缺乏標準化。由於沒有對所有益生菌應用必不可少的特定參數，確定菌株特性的最佳方法是目標群體和目標生理功能特定研究 [ 12 – 14 ]。
就最終產品而言，益生菌劑量水平應基於在人體研究中發現的有效劑量水平，每克產品的菌落形成單位是一個重要參數。儘管關於最低有效濃度的信息仍然不充分，但普遍認為益生菌產品的最低濃度應為 10 6 CFU/mL 或克，並且每天應消耗 總計約 10 8至 10 9的益生菌微生物將益生菌作用傳遞給消費者。此外，菌株必須能夠在生產和商業條件下生長，並應在正常儲存條件下保持活力 [ 3 , 15]。根據定義，活力是益生菌功能的先決條件，因為它可以增強粘附、降低腸道通透性和免疫調節等機制，並構成工業挑戰 [ 16 , 17 ]。然而，某些研究表明，並非所有益生菌作用都需要活力，因為並非所有機製或臨床益處都與活力直接相關，甚至某些益生菌或益生菌 DNA 上的細胞壁成分也可能對健康產生重大影響。因此，對於某些益生菌菌株而言，在初始生產步驟中的最佳生長可能就足夠了，它們可能不需要在儲存期間保持良好的生存能力 [ 18 , 19 ]。
5. 益生菌活性機制
益生菌具有多種作用機制，儘管它們發揮作用的確切方式仍未完全闡明。這些範圍從細菌素和短鏈脂肪酸的產生、降低腸道 pH 值和營養競爭到刺激粘膜屏障功能和免疫調節。後者尤其是許多研究的主題，並且有大量證據表明，益生菌通過誘導吞噬作用和 IgA 分泌、改變 T 細胞反應、增強 Th1 反應和減弱 Th2 反應來影響獲得性和先天性免疫反應的幾個方面。20 – 22 ]。
6. 益生菌和食品
含有益生菌菌株的食品範圍很廣，而且還在不斷增長。市場上存在的主要產品是乳製品，包括發酵乳、奶酪、冰淇淋、酪乳、奶粉和酸奶，後者佔銷售額的最大份額 [ 23 , 24 ]。
非乳製品應用包括基於大豆的產品、營養棒、穀物和各種果汁，作為向消費者提供益生菌的適當手段 [ 25 , 26 ]。在評估將益生菌菌株摻入此類產品的有效性時，必須考慮的因素除了安全性外，還包括產品與微生物的相容性以及通過食品加工、包裝和儲存條件維持其活力。例如，產品的 pH 值是決定所摻入的益生菌存活和生長的重要因素，這就是為什麼軟奶酪似乎比酸奶更具有許多優勢的原因之一，因為它可以將可行的益生菌輸送到胃腸道 [ 27 –29 ]。當前的技術創新提供了克服益生菌穩定性和生存能力問題的方法，為它們在新培養基中的結合和隨後滿足日益增長的消費者需求提供了新的選擇。已經開發了微膠囊技術來保護細菌免受外部環境造成的損害。通過引入含有乾燥形式的益生菌的吸管輸送系統，飲料製造商現在可以將其提供給消費者。此外，產孢益生菌的活孢子可在市場上買到，在加工過程中具有優勢。同時，正在探索由雙歧桿菌生產羊毛硫抗生素（具有抗菌特性的物質）的潛力，以應用於食品領域 [ 30 ,31 ]。
7. 益生菌的健康益處
越來越多的證據支持益生菌的有益作用，包括改善腸道健康、增強免疫反應、降低血清膽固醇和預防癌症。這些健康特性是菌株特異性的，並受到上述各種機制的影響。雖然一些健康益處有據可查，但其他一些需要額外的研究才能確定。事實上，有大量證據支持使用益生菌治療急性腹瀉病、預防抗生素相關性腹瀉和改善乳糖代謝，但沒有足夠的證據推薦將它們用於其他臨床病症。
8. 抗生素相關性腹瀉
輕微或嚴重的腹瀉發作是抗生素治療的常見副作用，因為正常微生物群落往往被抑制，從而促進機會性或致病性菌株的過度生長。範圍可以從沒有粘膜異常的腹瀉到偽膜性結腸炎。後者是一種嚴重的抗生素相關性腹瀉（由艱難梭菌引起，使用抗生素後可能出現細胞毒性菌株）。該病的名稱來源於纖維蛋白膿性物質在受損的粘膜層上呈斑塊狀粘附，其特點是腹瀉、腹脹、嘔吐、發熱和白細胞增多，如果不治療可能導致中毒性巨結腸和穿孔等並發症. 治療包括停用致病抗生素、糾正電解質紊亂，以及在嚴重的情況下使用甲硝唑或萬古黴素治療。臨床實踐中已使用益生菌治療，同時給予鼠李糖乳桿菌和布拉氏鏈黴菌。已進行的幾項研究表明，使用益生菌與降低抗生素相關性腹瀉的風險有關[32、33 ]。_ 最近的一項薈萃分析評估了益生菌預防和治療抗生素相關性腹瀉的現有證據，得出的結論是益生菌給藥-（即鼠李糖乳桿菌、乾酪乳桿菌和布拉氏酵母菌，因為這些是主要的益生菌）包括在大多數試驗中）與降低該病的風險有關。未來研究的事項包括益生菌製劑的最佳劑量和不同益生菌干預措施的比較有效性 [ 34 ]。
9. 感染性腹瀉
感染性腹瀉的治療和預防可能是益生菌微生物最廣泛接受的健康益處。輪狀病毒是世界上急性嬰兒腹瀉的最常見原因，也是嬰兒死亡的重要原因。病毒在小腸上皮的高度分化的吸收性柱狀細胞中復制，正常菌群似乎在宿主對感染的反應中發揮重要作用，因為已經表明抗原的吸收在無菌環境中比在無菌環境中更強。在正常小鼠中 [ 35 ]。嬰兒配方奶粉的益生菌補充劑旨在預防輪狀病毒感染和治療已確診的疾病。控制良好的臨床研究表明，鼠李糖乳桿菌等益生菌GG、羅伊氏乳桿菌、乾酪乳桿菌Shirota 和動物雙歧桿菌Bb12 可縮短急性輪狀病毒腹瀉的持續時間，最有力的證據表明鼠李糖乳桿菌GG 和動物雙歧桿菌Bb12 [36-38 ]的有效性。提出的機制包括競爭性阻斷調節分泌和運動防禦的受體位點信號、增強免疫反應和產生直接滅活病毒顆粒的物質。除了輪狀病毒感染之外，有證據表明某些食物和非食物益生菌菌株可以抑制一系列腹瀉綜合徵的生長和粘附。益生菌的好處，例如已證明羅伊氏乳桿菌、鼠李糖乳桿菌GG、乾酪乳桿菌和布拉氏乳桿菌可減少兒童急性腹瀉的持續時間，[ 37 , 39 ]。例如，在一項對日托兒童進行的前瞻性、隨機、對照法國研究中，與傳統產品相比，給予含有乾酪乳桿菌的益生菌酸奶產品顯著縮短了腹瀉的平均持續時間 [ 40]。幾項研究調查了益生菌在預防成人旅行者腹瀉方面的功效。儘管結果相當矛盾，但由於研究人群、正在研究的益生菌類型、應用劑量以及旅行目的地和旅行者依從性的差異，鼠李糖乳桿菌GG、布拉氏乳桿菌、嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌似乎表現出顯著的療效 [ 41 – 43 ]。此外，大量動物研究表明，益生菌主要通過產生細菌素來抑制腸道病原體 [ 44 ]。
10. 乳糖不耐症
乳糖不耐症是一種基因決定的 β-半乳糖苷酶缺乏症，導致無法將乳糖水解成單醣葡萄糖和半乳糖。到達大腸後，未消化的乳糖被細菌酶降解，導致滲透性腹瀉。獲得性（通常是可逆的）導致 β-半乳糖苷酶缺乏症的原因包括損傷黏膜的盆腔放療、感染乳糖酶產生細胞的輪狀病毒感染和短腸綜合徵。乳糖不耐症個體在食用牛奶或奶製品後會出現腹瀉、腹部不適和脹氣。雖然常規的酸奶製劑，使用S. thermophilus和L. delbrueckii ssp。保加利亞，在這個方向上甚至更有效，部分原因是更高的 β-半乳糖苷酶活性，乳糖代謝的改善是聲稱的益生菌對健康的益處，並且似乎比其他菌株和特定濃度更多地涉及某些菌株。因此，由於某些人對益生菌補充劑的反應積極，臨床醫生應將其視為一種治療選擇 [ 45 , 46 ]。
11. 益生菌和過敏
最近的證據表明，在生命早期接觸細菌可能表現出對過敏的保護作用，在這種情況下，益生菌可以提供嬰兒免疫系統發育所需的安全替代微生物刺激。同時，它們改善了粘膜屏障功能，這一特性被認為有助於緩解過敏反應。腸道微生物群在過敏症中的作用得到了對患有過敏症的兒童和嬰兒與健康人群之間數量和質量差異的觀察結果的支持，前者表現出更類似於成人的微生物群落定植 [ 42 , 47 – 49]。這些益生菌作用似乎特別涉及食物過敏和特應性皮炎。後者是嬰儿期和兒童期常見的慢性複發性皮膚病，遺傳易感性與個體暴露於環境過敏原一起是其發病機制的重要組成部分。已經測試了有限數量的菌株在治療和預防嬰兒過敏方面的功效。在最近一項對患有特應性濕疹的母乳喂養嬰兒的研究中，發現乳酸雙歧桿菌和鼠李糖乳桿菌GG 可有效降低濕疹的嚴重程度。此外，鼠李糖乳桿菌GG 已被發現成功地預防了高危嬰兒特應性濕疹的發生，當產前提供給至少有一個一級親屬患有特應性濕疹、過敏性鼻炎或哮喘的母親時 [ 50 ]。然而，益生菌在緩解哮喘症狀方面並不是很成功 [ 51 ]。就食物過敏而言，它被描述為一種免疫介導的對飲食抗原的不良反應，導致繼發性腸道炎症和紊亂。鼠李糖乳桿菌GG的免疫調節作用機制尚未完全清楚，但似乎與抗原通過腸粘膜的轉運有關 [ 52]。最近，益生菌製劑在患有牛奶過敏症（而非乳糖不耐症）的成人中的使用進行了研究，得出的結論是某些菌株可能會抑制牛奶引起的炎症反應並改善過敏症狀；然而，在該領域進一步研究是必要的 [ 53 , 54 ]。
12. 其他健康益處
益生菌介導的健康益處清單不僅限於目前提到的那些，還包括一系列有希望的效果，但需要進一步的人體研究才能得到證實。有證據表明，益生菌是可能在降低癌症發病率方面發揮作用的膳食成分。確切的機制正在調查中，但研究表明，乳酸桿菌和雙歧桿菌的某些成員。通過腸道通透性和微生物區系平衡的正常化以及抗誘變有機酸的產生和宿主免疫系統的增強，降低結腸菌群產生的致癌酶水平 [ 55 , 56]。此外，有證據表明，含有益生菌的食品可能通過降低血清膽固醇水平和控制血壓來預防冠心病。提出的機制包括干擾腸道對膽固醇的吸收、直接同化膽固醇以及產生影響全身血脂水平並介導抗高血壓作用的最終發酵產物。儘管如此，這些益生菌的作用仍然是一個有爭議的問題，因為需要在長期的人體研究中進行進一步的研究 [ 57 ]。最後但並非最不重要的一點是，乳製品中的益生菌菌株已顯示可改善細菌性陰道病女性的治療效果，這很可能是通過支持正常的陰道乳酸桿菌微生物群來實現的。58 ]。
13. 結論
有科學證據支持在營養中加入益生菌作為獲得健康益處的一種手段。這一證據似乎足以說明某些疾病的預防和治療，而對於其他疾病則只是有希望甚至是有爭議的。記錄最好的影響包括腸道疾病，如乳糖不耐症、抗生素相關性腹瀉和感染性腹瀉，以及過敏，並且越來越多的證據表明它們在各種其他疾病中的潛在作用。在相關消費者意識增強的同時，此類產品越來越受歡迎，並往往代表最大的功能性食品市場之一。乳製品，尤其是酸奶，由於食品技術的進步和需求的增長，非乳製品行業也在不斷發展，繼續成為向消費者提供益生菌的最重要工具。因此形成了一個良性循環：隨著具有改善感官吸引力的新產品範圍擴大，消費者接受度提高，食品行業通過開發新工藝和產品對這個不斷增長的市場進行更多投資。儘管如此，供人類食用的益生菌的開發仍處於起步階段。需要以受控人體研究的形式進行進一步的研究，以確定哪些益生菌和哪些劑量與最大功效和對哪些患者相關，並證明它們的安全性和局限性。此外，益生菌作為食品成分的監管地位需要在國際層面上確立，重點是食品標籤上健康聲明的功效、安全性和驗證。毫無疑問，我們將在未來十年見證益生菌在營養和醫學中的作用顯著增加，而它們在預防和治療各種疾病中的應用應由醫學專業人士考慮並由食品工業推廣，但應該以懷疑和尊重消費者的態度來做。
文章來源：
美國國家衛生研究院 – 研究報告
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4045285/
