高級食品微生物學(xué)- 課件 第1-3章 益生菌的分類、分離與鑒定；益生菌生理功能；微生物課

高級食品微生物學(xué)AdvancedFoodMicrobiology1/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定第二章益生菌的生理功能及應(yīng)用第三章腸源益生菌的代謝產(chǎn)物及其生理活性第四章非腸源性有益菌第五章食物中的致病細(xì)菌第六章食物中的常見真菌及其毒素第七章腸道菌群

目錄CONTENTS2/23Chapter1Classification,Isolation,andIdentificationofProbiotics3/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定第一節(jié)益生菌的分類一、乳桿菌屬二、雙歧桿菌屬三、鏈球菌屬四、黏液乳桿菌屬五、可用于食品的潛在益生菌六、其他具有益生功效的潛在益生菌第二節(jié)益生菌的分離與保存一、益生菌的分離二、益生菌的篩選三、益生菌的保存第三節(jié)細(xì)菌分類鑒定的技術(shù)與方法一、生理生化試驗(yàn)方法二、化學(xué)分類特征的分析方法三、基于遺傳信息的分子生物學(xué)鑒定方法4/23目錄CONTENTS5/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定第一節(jié)益生菌的分類益生菌定義：亦稱益生素、活菌劑、促生素、微生態(tài)制劑等，是含有生理活性的活菌，當(dāng)被機(jī)體經(jīng)過口服或其他給藥方式攝入適當(dāng)數(shù)量后，能夠定值于宿主并改善宿主微生態(tài)平衡，從而發(fā)揮有益作用。兩個重要屬性：活的微生物能為宿主提供改善健康的功效67/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定第一節(jié)益生菌的分類衛(wèi)生部頒發(fā)的可用于保健食品的益生菌種類8/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定第一節(jié)益生菌的分類衛(wèi)生部頒發(fā)的可用于保健食品的益生菌種類9/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定第一節(jié)益生菌的分類可用于嬰幼兒食品的益生菌種類10/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定第一節(jié)益生菌的分類11/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定第一節(jié)益生菌的分類12/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定第一節(jié)益生菌的分類益生菌的選擇標(biāo)準(zhǔn)安全，不能為致病菌以及對宿主產(chǎn)生毒效應(yīng)；來源于健康人體腸道，對人體不構(gòu)成危害，并能更好地適應(yīng)機(jī)體腸道內(nèi)的微生態(tài)環(huán)境；對胃酸、膽汁有較好的耐受性，并對消化酶耐受；具有可檢測性，如吸附能力、存活力、功效、代謝產(chǎn)物。13/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定具體菌屬

乳桿菌屬乳桿菌屬內(nèi)種之間的差異比較大，由一系列在表型性狀、生化反應(yīng)和生理特征方面具有明顯差異的種組成。乳桿菌屬用于益生菌的中有嗜酸乳桿菌和德氏乳桿菌雙歧桿菌屬雙歧桿菌是1899年從母乳營養(yǎng)兒的糞便中分離出來的一種厭氧的革蘭氏陽性桿菌，末端常常分叉，故名雙歧桿菌。它是人體內(nèi)存在的一種生理細(xì)菌,是人體益生菌中最重要的一大類。鏈球菌屬唾液鏈球菌嗜熱亞種是革蘭氏陽性菌，是一種重要的工業(yè)乳酸菌，經(jīng)常以單菌或與其他唾液鏈球菌嗜熱亞種或其他微生物混合的形式，被廣泛應(yīng)用于發(fā)酵乳制品的生產(chǎn)中。黏液乳桿菌屬

羅伊氏黏液乳桿菌(Limosilatctobacillusreuteri)形狀呈輕微不規(guī)側(cè)、末端圓形的彎曲桿菌。羅伊氏乳桿菌屬專性異型發(fā)酵，能發(fā)酵糖產(chǎn)生CO?、乳酸、乙酸和乙醇。第一節(jié)益生菌的分類14/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定具體菌屬

可用于食品的潛在益生菌1.發(fā)酵乳桿菌2.格氏乳桿菌3.約氏乳桿菌4.植物乳植桿菌5.鼠李糖乳酪桿菌其他具有益生功效的潛在益生菌1.布拉氏酵母菌2.蠟樣芽孢桿菌3.糞腸球菌4.屎腸球菌5.大腸埃希氏菌Nissle1917第一節(jié)益生菌的分類15/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定一、益生菌的分離各種益生菌可以通過在適當(dāng)?shù)脑鲋撑囵B(yǎng)基或選擇性培養(yǎng)基上反復(fù)培養(yǎng)的方法，從人和動物的口腔、腸道內(nèi)容物和糞便中分離得到第二節(jié)益生菌的分離和保存16/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定二、益生菌的篩選菌種的篩選是益生菌研制過程中的第一個重要環(huán)節(jié)，益生菌的選擇必須符合安全性、功能特性和技術(shù)加工特性等標(biāo)準(zhǔn)。1.安全性益生菌的安全評價包括毒性、病原性、代謝活性和菌株的內(nèi)在特性等指標(biāo)?，F(xiàn)多采用無菌動物和無特定病原動物研究益生菌菌株的病原性和毒性。最好是動物體內(nèi)的；非病原菌，無毒、無畸形、無耐藥、無殘留、不引起感染或胃腸紊亂、不給動物帶來潛在威脅。不能攜帶可遺傳的抗菌性基因；第二節(jié)益生菌的分離和保存17/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定2.功能性選用益生菌菌株時，既要考慮益生菌菌株在理論上是否具有一定的功效，同時要探究菌株進(jìn)入機(jī)體過程中及進(jìn)入機(jī)體后是否仍能發(fā)揮一定的功能。助消化；耐膽汁性；良好的黏附性及持久性；良好的免疫刺激性，不引起炎癥反應(yīng)或產(chǎn)生威脅健康的潛在修飾基因，對病原菌具有抗誘變性和拮抗性；可分泌具有特定功能的活性物質(zhì)。第二節(jié)益生菌的分離和保存18/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定3.功能性技術(shù)可行性菌株在具備了安全性并具有一定功能的基礎(chǔ)上，還應(yīng)具備一定的技術(shù)可行性，方能應(yīng)用于菌株的工業(yè)化生產(chǎn)。良好的感觀特性及風(fēng)味；適應(yīng)大量生產(chǎn)，并在高濃度下具高活性；具有抗噬菌體特性；發(fā)酵過程不失活。第二節(jié)益生菌的分離和保存19/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定人使用的益生菌至少需要滿足以下的要求：①人體來源，擁有可考證的安全和耐受記錄。②能在胃酸和消化道膽汁存在的情況下存活；能改善腸道功能，糾正各種腸道異常癥。③產(chǎn)生維生素，能釋放有助于食物消化、促進(jìn)基本營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、鈍化腸道內(nèi)的致癌物和有毒物的各種酶。④能黏附到人腸道上皮細(xì)胞上，在黏膜表面定植，并能在消化道內(nèi)生長繁殖。⑤能產(chǎn)生抗菌物質(zhì)，并且對各種人體致病菌具有廣譜抗菌作用。⑥具有能刺激免疫功能、增強(qiáng)宿主網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞的防御功能。第二節(jié)益生菌的分離和保存20/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定第二節(jié)益生菌的分離和保存三、益生菌的保存盡管特定的菌株可能存在特殊的保存方式和條件。但是，對于大多數(shù)的益生菌而言，通常可以按表1-3所列的條件與方法進(jìn)行保存。21/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定鑒定是分類學(xué)三大要素之一，旨在將未知菌通過表型特征和基因特征與已知菌相比較，從而得出未知菌的分類位置。第三節(jié)細(xì)菌分類鑒定的技術(shù)與方法一、生理生化試驗(yàn)方法22/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定鑒定是分類學(xué)三大要素之一，旨在將未知菌通過表型特征和基因特征與已知菌相比較，從而得出未知菌的分類位置。第三節(jié)細(xì)菌分類鑒定的技術(shù)與方法一、生理生化試驗(yàn)方法1.氧化酶的測定2.過氧化氫酶的測定3.檸檬酸鹽利用試驗(yàn)4.糖類發(fā)酵產(chǎn)酸試驗(yàn)5.克氏雙糖鐵(KIA)復(fù)合試驗(yàn)6.乙酰甲基甲醇試驗(yàn)(V-P試驗(yàn))7.吲噪試驗(yàn)8.甲基紅試驗(yàn)(MR試驗(yàn))9.淀粉水解試驗(yàn)10.石蕊牛乳試驗(yàn)11.明膠液化12.七葉昔水解試驗(yàn)13.p-半乳糖昔酶試驗(yàn)(ONPG試驗(yàn))14.硫化氫產(chǎn)生試驗(yàn)15.精氨酸水解試驗(yàn)16.硝酸鹽(Nitrate)還原試驗(yàn)17.尿素酶(Urease)試驗(yàn)18.API鑒定系統(tǒng)23/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定鑒定是分類學(xué)三大要素之一，旨在將未知菌通過表型特征和基因特征與已知菌相比較，從而得出未知菌的分類位置。第三節(jié)細(xì)菌分類鑒定的技術(shù)與方法二、化學(xué)分類特征的分析方法1.細(xì)胞脂肪酸測定菌體中所含有的脂肪酸成分(種類和含量)會有較大的區(qū)別。依據(jù)此種差別，可以對未知菌株進(jìn)行鑒定，對臨床分離菌株進(jìn)行親緣關(guān)系分析等。由于脂肪酸組成不僅有種類的差異，而且有含量的差異，所以在某些方面具有傳統(tǒng)生化反應(yīng)鑒定不可比擬的優(yōu)越性。24/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定鑒定是分類學(xué)三大要素之一，旨在將未知菌通過表型特征和基因特征與已知菌相比較，從而得出未知菌的分類位置。第三節(jié)細(xì)菌分類鑒定的技術(shù)與方法二、化學(xué)分類特征的分析方法2.細(xì)胞呼吸醌的測定醌指紋法具有簡單快速的特點(diǎn)，近幾年來廣泛用于各種環(huán)境微生物樣品（如土壤、活性污泥和其他水生環(huán)境群落）的分析。然而，醌指紋法也存在一定的局限性，它不能反映具體哪個屬或哪個種的變化。25/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定鑒定是分類學(xué)三大要素之一，旨在將未知菌通過表型特征和基因特征與已知菌相比較，從而得出未知菌的分類位置。第三節(jié)細(xì)菌分類鑒定的技術(shù)與方法二、化學(xué)分類特征的分析方法細(xì)胞的化學(xué)特征（傳統(tǒng)上指的是化學(xué)分類學(xué)）一般是指細(xì)胞的各種結(jié)構(gòu)元素（肽聚糖、真霉酸等），細(xì)胞膜（脂肪酸、極性脂肪、色素等）和細(xì)胞質(zhì)的構(gòu)成（聚胺）。3.細(xì)菌細(xì)胞壁的組成與分析肽聚糖肽聚糖結(jié)構(gòu)脂肪酸和其衍生物26/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定鑒定是分類學(xué)三大要素之一，旨在將未知菌通過表型特征和基因特征與已知菌相比較，從而得出未知菌的分類位置。第三節(jié)細(xì)菌分類鑒定的技術(shù)與方法三、基于遺傳信息的分子生物學(xué)鑒定方法1.DNA中G+C含量分析生物體的遺傳物質(zhì)DNA中4種堿基G、C、A、T的排列和比例是DNA特性的決定因素。斯托克(Storck)系統(tǒng)測定了真菌DNA(G+C)的摩爾分?jǐn)?shù)(%),確定(G+C)的摩爾分?jǐn)?shù)作為真菌分類鑒定的遺傳學(xué)參考標(biāo)準(zhǔn)之一。27/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定鑒定是分類學(xué)三大要素之一，旨在將未知菌通過表型特征和基因特征與已知菌相比較，從而得出未知菌的分類位置。第三節(jié)細(xì)菌分類鑒定的技術(shù)與方法三、基于遺傳信息的分子生物學(xué)鑒定方法2.16SrRNA序列同源性的鑒定方法16SrRNA基因含有高度保守的基因片段，同時在不同的菌株間也含有變異的核酸片段，既能體現(xiàn)不同菌屬之間的差異，又能利用測序技術(shù)快速得到核酸序列。通過對其序列的分析，可以判定不同菌屬、菌種間遺傳關(guān)系的遠(yuǎn)近。28/23第一章益生菌的分類、分離與鑒定鑒定是分類學(xué)三大要素之一，旨在將未知菌通過表型特征和基因特征與已知菌相比較，從而得出未知菌的分類位置。第三節(jié)細(xì)菌分類鑒定的技術(shù)與方法三、基于遺傳信息的分子生物學(xué)鑒定方法3.DNA-DNA分子雜交方法細(xì)菌的雙鏈DNA分子解鏈具有可逆性和堿基配對的專一性，將待測的不同來源的DNA在體外加熱使其解鏈，并在合適的條件下使互補(bǔ)的堿基重新配對，然后測定雜交百分率。目錄CONTENTS29/34益生菌與高膽固醇血癥益生菌與糖尿病、肥胖益生菌與免疫益生菌與胃腸道健康益生菌與衰老益生菌與高血壓病30/23益生菌生理功能（1）通過調(diào)節(jié)宿主腸道內(nèi)的菌群微生態(tài)環(huán)境，從而調(diào)節(jié)宿主的身體狀態(tài)；（2）通過改善宿主上皮細(xì)胞的屏障功能，利用競爭性黏附等機(jī)制抑制病原微生物的定植與繁殖；（3）通過調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答、利用菌體生長代謝出的肽聚糖活化機(jī)體內(nèi)部免疫細(xì)胞等作用對機(jī)體產(chǎn)生有益影響。益生菌如何發(fā)揮生理功能？31/23益生菌生理功能益生菌與胃腸道健康的關(guān)系致力于腸道健康課題的科學(xué)委員會制定的五條關(guān)于腸道健康的主要標(biāo)準(zhǔn)：（1）食物消化和吸收正常（2）胃腸道無疾患（3）腸道微生態(tài)正常穩(wěn)定（4）正常的免疫功能（5）健康狀態(tài)32/23益生菌生理功能益生菌與胃腸道健康的關(guān)系健康人的胃腸道內(nèi)棲居著數(shù)量龐大、種類繁多的微生物，這些微生物統(tǒng)稱為腸道菌群。腸道菌群按一定的比例組合，各細(xì)菌間互相制約、互相依存，受飲食、生活習(xí)慣、地理環(huán)境、年齡及衛(wèi)生條件的影響而變動，在質(zhì)和量上形成一種生態(tài)平衡。處于理想狀態(tài)的動物是在消化道內(nèi)有特定量的有益微生物，以維持消化道內(nèi)的平衡和養(yǎng)分的消化吸收；但是在生理和環(huán)境應(yīng)激時，則會造成消化道內(nèi)微生物區(qū)系紊亂，病原菌大量繁殖，出現(xiàn)臨床病態(tài)。因而益生菌在維持腸道菌群平衡乃至胃腸道健康中起著決定性的作用。胃腸道結(jié)構(gòu)33/23益生菌生理功能1.1生理功能——治療及緩解腹瀉急性腹瀉是兒童最常見的疾病，可分為侵襲性細(xì)菌性感染性腹瀉和非侵襲性細(xì)菌性感染性腹瀉。兒童時期腸道免疫功能不健全，腸道菌群處于生理性演替過程，其腸道定植能力等生理功能也處于相對不穩(wěn)定狀態(tài)。年齡越小，腸道微生態(tài)平衡越脆弱，更易受到各種因素，如病毒、細(xì)菌、食物毒素、藥物作用、變態(tài)反應(yīng)、全身性疾病等的影響。腹瀉時腸道菌群紊亂，以雙歧桿菌為主的益生菌數(shù)量明顯減少，易使病原菌侵襲和定植，從而導(dǎo)致腹瀉；而腹瀉又加重了腸道菌群紊亂。34/23益生菌生理功能益生菌可通過很多途徑發(fā)揮緩解和縮短急性腸炎的益生作用，例如，發(fā)酵牛乳產(chǎn)品、益生菌口服液、益生菌膠囊和脫脂乳粉。補(bǔ)充有益活菌制劑對小兒腹瀉有較好的治療作用。給藥后，補(bǔ)充了人體腸道正常生理性細(xì)菌，并在腸道內(nèi)定植、增殖，形成一層有保護(hù)作用的生物屏障；腸道微生態(tài)菌群發(fā)酵糖產(chǎn)生乙酸和乳酸，同時能產(chǎn)生一些抗菌活性物質(zhì)，形成有廣泛抗菌作用的化學(xué)屏障；同時，雙歧桿菌等刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)，產(chǎn)生免疫球蛋白A(IgA)等免疫活性物質(zhì)，形成免疫屏障。益生菌也能夠有效抑制或者緩解成人和兒童的感染性腹瀉。益生菌對于兒童來說特別重要，主要是因?yàn)橐嫔軌蚴箖和拿庖唧w系更加完善，使腸道微生物中的益生菌增多，并且降低致病菌的種類和數(shù)量。急性腹瀉1.1生理功能——治療及緩解腹瀉35/23益生菌生理功能20世紀(jì)50年代以來，隨著抗生素的廣泛應(yīng)用，抗生素相關(guān)性腹瀉(AAD)也逐漸被臨床醫(yī)生所重視。AAD是一種服用抗生素引起的常見的綜合征，尤其是廣譜的抗生素，例如氨芐西林、阿莫西林、頭孢和克林霉素。微生態(tài)制劑可有效地治療和預(yù)防AAD。微生態(tài)制劑可用于廣譜抗生素所致的危重病患者中存在的腸道菌群失調(diào)。同時,應(yīng)用抗生素和微生態(tài)制劑是否會影響活菌制劑的功效，以及活菌制劑中是否會有耐藥因子傳遞給機(jī)體中其他細(xì)菌造成耐藥因子擴(kuò)散，是微生態(tài)制劑對抗生素耐受性的兩個關(guān)鍵問題，如雙歧桿菌三聯(lián)活菌散、枯草桿菌二聯(lián)活菌顆粒不宜與常用抗菌藥物配伍;地衣芽孢桿菌活菌膠囊可與慶大霉素、頭孢噻肟配伍，不宜與環(huán)丙沙星、氧氟沙星、吠喃妥因、四環(huán)素配伍。對AAD有抑制作用的益生菌包括乳桿菌屬、雙歧桿菌屬、鏈球菌屬、糞腸球菌和酵母菌等。醫(yī)院中的病人服用抗生素后有3%~29%的病人會引起腹瀉；而艱難梭菌（Clostridiumdifficile）則是引起這些腹瀉的主要致病菌。艱難梭菌引起的腹瀉癥狀包括從溫和性腹瀉到急性腹瀉、中毒性巨結(jié)腸炎，甚至能夠引起死亡。益生菌分泌的蛋白類物質(zhì)能夠抑制艱難梭菌的毒素發(fā)生作用，益生菌和藥物配合使用的效果要比單純使用益生菌治療艱難梭菌相關(guān)性腹瀉（CDAD）更加明顯。抗生素相關(guān)性腹瀉(AAD)1.1生理功能——治療及緩解腹瀉36/23益生菌生理功能1.2生理功能——緩解乳糖不耐受乳糖消化不良主要是體內(nèi)缺乏乳糖酶（β-半乳糖苷酶）導(dǎo)致的。人體存在β-半乳糖苷酶，乳糖被β-半乳糖苷酶水解成單體，進(jìn)入血液前被腸道上皮細(xì)胞吸收。但是有的人在遺傳上或后天缺少β-半乳糖苷酶，不能消化的乳糖被腸道細(xì)菌合成短鏈脂肪酸和氣體（氫氣、二氧化碳、甲烷），它們會造成身體不適，導(dǎo)致腹瀉。根據(jù)發(fā)生的原因，可將乳糖不耐受分為三類：先天性乳糖不耐受、原發(fā)性乳糖不耐受（又稱成人型乳糖酶缺乏）、繼發(fā)性乳糖不耐受。37/23益生菌生理功能根據(jù)發(fā)生的原因，可將乳糖不耐受分為三類：先天性乳糖不耐受、原發(fā)性乳糖不耐受（又稱成人型乳糖酶缺乏）、繼發(fā)性乳糖不耐受。各型的主要表現(xiàn)如下：①先天性乳糖不耐受，是一種常染色體隱性遺傳疾病，嬰兒在出生時，其乳糖酶活性低下或缺乏，最終導(dǎo)致腸胃功能嚴(yán)重失調(diào)，該類型較為少見；②原發(fā)性乳糖不耐受是最常見的一種，隨著年齡增長，絕大多數(shù)人的乳糖酶活力逐漸降低，直至成年期時，其酶活力幾乎完全消失，從而引發(fā)機(jī)體發(fā)生該病癥；③繼發(fā)性乳糖不耐受是由于小腸上皮細(xì)胞破損、小腸黏膜疾病或某些全身性疾病導(dǎo)致暫時性乳糖酶活性低下，從而引起機(jī)體發(fā)生該病癥,而此類變化則具有可逆性，隨著病因的消除，乳糖酶活性恢復(fù)正常，不耐受癥也隨之治愈。1.2生理功能——緩解乳糖不耐受38/23益生菌生理功能腸道內(nèi)有眾多細(xì)菌，特別是乳酸菌能產(chǎn)生乳糖酶，補(bǔ)充人體的不足，緩解乳糖不耐癥的癥候群。一些乳酸菌具有發(fā)酵乳糖的能力，例如乳桿菌屬、雙歧桿菌屬和鏈球菌屬，可緩解乳糖不耐受癥狀，并且它們通常被添加到乳制品中來發(fā)酵其中的乳糖。因而服用乳酸菌發(fā)酵制得的酸奶用來改善乳糖不耐受癥狀已被廣泛認(rèn)可。其機(jī)制概括為三個方面：①活菌所含有的β-半乳糖苷酶對乳糖有消化作用②延緩胃排空速率，減慢腸轉(zhuǎn)運(yùn)時間③改善腸道代謝內(nèi)環(huán)境和平衡1.2生理功能——緩解乳糖不耐受39/23益生菌生理功能1.3生理功能——緩解腸道易激綜合征（IBS）腸道易激綜合征（IBS）是一種功能性腸道失調(diào)，有腹痛或不適，胃腸脹氣，伴隨便秘或腹瀉癥狀，而腸道結(jié)構(gòu)正常。目前普遍認(rèn)為IBS由社會心理學(xué)因素、腸動力失調(diào)、腸道功能脆弱、神經(jīng)遞質(zhì)失衡和感染引起。目前還沒有根治IBS的方法，一般采取對癥和支持治療，但常常達(dá)不到滿意的效果。IBS生理學(xué)常見的病理包括小腸細(xì)菌的增殖、腸道能動性的改變、內(nèi)臟敏感和食品發(fā)酵不適產(chǎn)生過多的氧。當(dāng)患者的腸微生物菌群發(fā)生改變時，腸道感染機(jī)會增加。因此，益生菌可能是改善癥狀的有效方法之一。40/23益生菌生理功能益生菌緩解IBS，首先是通過產(chǎn)生細(xì)菌素和短鏈脂肪酸（SCFA）來保持一個健康的腸道菌落狀態(tài)，通過競爭抑制病原菌的黏附，達(dá)到改善腸道障礙功能的目的；其次,益生菌可以誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞表達(dá)黏蛋白，抑制致病菌黏附和向腸黏膜內(nèi)移位，避免腸道免疫細(xì)胞激活和炎性因子釋放，抑制炎癥發(fā)展。因此，益生菌治療IBS的機(jī)制包括調(diào)節(jié)腸道菌群、增強(qiáng)黏膜屏障、調(diào)節(jié)免疫而發(fā)揮抗炎作用。這幾種機(jī)制之間也相互聯(lián)系、相互影響、互為因果?？赡苁且嫔{(diào)節(jié)了腸道的免疫功能后，改變了腸道的微生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而影響到了腸道菌群的生長增殖，調(diào)整各菌群之間的比例。也可能是益生菌調(diào)整了腸道菌群間的比例后，進(jìn)而調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，產(chǎn)生抗炎和增強(qiáng)黏膜屏障。1.3生理功能——緩解腸道易激綜合征（IBS）41/23益生菌生理功能炎癥性腸炎是一種病因未知的，以腸道免疫功能紊亂為主的非特異性炎癥腸炎，主要包括潰瘍性結(jié)腸炎（UC）和克羅恩?。–D）。炎癥性腸病的炎癥過程是對各種刺激，如感染或組織損傷的生理反應(yīng)，一些疾病中致炎因子的持續(xù)激活和免疫系統(tǒng)的不耐受可能會導(dǎo)致慢性炎癥。IBD病理表現(xiàn)包括腸道黏膜的發(fā)炎、腐蝕和潰爛，癥狀包括腹痛、腹瀉和直腸出血等，影響世界總?cè)丝诘?%~15%，其發(fā)病機(jī)制目前還不清楚，可能包含過敏、免疫紊亂和遺傳傾向等原因。采用傳統(tǒng)和分子生物技術(shù)研究炎癥性腸病患者的腸道菌群組成，發(fā)現(xiàn)腸道有益菌（如雙歧桿菌屬和乳桿菌屬）的細(xì)菌數(shù)量減少，而其他菌（如擬桿菌屬和大腸埃希氏菌屬的細(xì)菌）數(shù)量增加，這種生態(tài)失調(diào)引起腸道中有益菌和有害菌的失衡，從而導(dǎo)致炎癥的發(fā)生。1.3生理功能——緩解腸道易激綜合征（IBS）42/23益生菌生理功能1.4生理功能——緩解炎癥性腸炎（IBD）目前，盡管IBD尚無已知藥物可治愈，但益生菌的免疫調(diào)節(jié)作用可以增加對IBD的治療效果，通過減少腸道抗原、平衡腸道菌群來維持腸道屏障的作用，減少免疫應(yīng)答介質(zhì)的分泌，減輕IBD的癥狀，甚至可以長期緩解其癥狀。①抑制病原菌的增長和分泌殺菌成分，并通過形成SCFA來降低細(xì)胞腔內(nèi)的pH。益生菌及其代謝產(chǎn)物（如SCFA及細(xì)菌素）可以殺死或抑制致病菌的生長繁殖，同時,益生菌還可以抑制致病菌毒素的產(chǎn)生，減少病原菌對腸道的破壞，維持腸道正常菌群平衡和腸道屏障功能，從而預(yù)防和緩解IBD。②益生菌還能下調(diào)UC患者炎癥腸段組織中促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)。TNF-a是與UC發(fā)病關(guān)系最密切的促炎因子，監(jiān)測TNF-a的水平對UC的診斷、分析、判定病變活動情況及嚴(yán)重程度有重要意義。而核轉(zhuǎn)錄因子-kB（NF-kB）、IL等可引起炎癥反應(yīng)，最終導(dǎo)致腸黏膜損傷。在UC患者中發(fā)現(xiàn)，微生物菌群的組成發(fā)生了較大的變化，促炎反應(yīng)的細(xì)菌（如腸桿菌、脆弱擬桿菌等）增加，而起保護(hù)作用的細(xì)菌（如乳桿菌和雙歧桿菌）減少。用益生菌進(jìn)行治療，通過腸上皮細(xì)胞的相互作用，可以減輕IBD的癥狀。③益生菌也能減少細(xì)菌易位，降低結(jié)腸的腸黏膜滲透性；④益生菌的代謝產(chǎn)物能抑制結(jié)腸細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的NF-kB和蛋白酶體的活化；⑤攝食益生菌還可以增強(qiáng)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的活性來增強(qiáng)機(jī)體的免疫機(jī)能，預(yù)防和緩解腸道炎癥。43/23益生菌生理功能1.5生理功能——輔助預(yù)防結(jié)腸癌結(jié)腸癌又稱大腸癌，是指發(fā)生在人和動物大腸部位的惡性腫瘤，是威脅人類健康的主要癌癥之一。結(jié)直腸癌是一個全球性的問題。我國結(jié)直腸癌發(fā)病率高居第二，僅次于肺癌。目前，結(jié)直腸癌的治療主要以外科手術(shù)、化學(xué)治療和放射治療為主，然而其副作用較大，往往給患者帶來巨大的痛苦。44/23益生菌生理功能在大多數(shù)結(jié)腸癌患者中，通過用益生菌來抵抗癌癥已呈現(xiàn)出良好的治療效果。①一些腸道菌群（部分?jǐn)M桿菌和梭菌）是結(jié)腸癌的病原菌，可以從食物中產(chǎn)生致癌的物質(zhì),而其他一些菌體（乳桿菌和雙歧桿菌）可抑制腐敗腸道菌群，具有保護(hù)腸道的功效。②益生菌可使與結(jié)腸癌有關(guān)的酶（如7a-羥化酶、6-葡萄糖苷酸酶、硝基還原酶等）的活性顯著降低，從而降低腫瘤發(fā)生的危險性。③此外，雙歧桿菌和乳酸桿菌還能分泌某些降解致癌物質(zhì)（如N-亞硝胺）的酶，預(yù)防化學(xué)致癌物引起的腫瘤發(fā)生；而乳酸菌及其代謝產(chǎn)物能通過活化免疫功能，抑制癌細(xì)胞的生長增殖。1.5生理功能——輔助預(yù)防結(jié)腸癌45/23益生菌生理功能1.6生理功能——輔助治療幽門螺桿菌（Hp）感染幽門螺桿菌感染是慢性胃炎、消化道潰瘍及胃癌的主要病因。目前，治療Hp引起的疾病，主要是利用三聯(lián)法，即用質(zhì)子泵抑制劑（PPI）和兩種抗生素聯(lián)用或是鉍鹽結(jié)合兩種抗生素的策略治療，主要抗生素藥物是阿莫西林、克拉霉素和甲硝唑等。此種治療策略能夠很好地治療Hp引起的疾病，然而，抗生素的治療方案也存在許多問題，如抗生素會引起胃腸道微生態(tài)環(huán)境紊亂，出現(xiàn)腹脹、腹瀉及便秘等一系列消化道病癥，甚至發(fā)生更為嚴(yán)重的不良反應(yīng)，如抗生素相關(guān)性腸炎、耐藥性菌株的出現(xiàn)，導(dǎo)致治療反復(fù)性。益生菌制劑不僅能提高Hp根除率，亦可改善胃腸道微生態(tài)環(huán)境，減少抗生素相關(guān)不良反應(yīng)，從而提髙患者對Hp根除治療的依從性。益生菌抑制幽門螺桿菌感染的可能機(jī)制46/23益生菌生理功能1.7生理功能——益生菌的其他應(yīng)用①改善便秘：早期的研究發(fā)現(xiàn)，飲用酸奶可明顯改善便秘,乳酸菌是調(diào)節(jié)小腸運(yùn)動進(jìn)而改善便秘的主要因素。益生菌在腸道內(nèi)增殖，使糞便中的水分含量增加，以及益生菌的代謝產(chǎn)物乳酸、乙酸等有機(jī)酸刺激腸道，使腸道蠕動加快，縮短結(jié)腸傳輸時間，促進(jìn)食物殘渣快速通過結(jié)腸，具有很好的治療和緩解便秘的功能。②壞死性小腸結(jié)腸炎：壞死性小腸結(jié)腸炎（NEC）是ICU中新生兒最常見的急腹癥。新生兒腸道正常菌群定植是一個復(fù)雜過程，是營養(yǎng)因素、免疫因素和環(huán)境因素綜合作用的結(jié)果，分娩方式、喂養(yǎng)方式、抗生素應(yīng)用以及出生后生活環(huán)境等因素都可影響新生兒腸道細(xì)菌定植。早產(chǎn)兒、低出生體重兒及處于重癥監(jiān)護(hù)的新生兒腸道內(nèi)菌群定植延遲，腸道內(nèi)細(xì)菌種類缺乏，尤其是乳桿菌和雙歧乳桿菌缺乏。這種異常的定植模式更易導(dǎo)致潛在致病菌的過度生長及NEC的發(fā)生?；旌弦嫔诮档偷统錾w重兒NEC的發(fā)生有一定的療效。③各種各樣的術(shù)后綜合征（例如菌血癥）、感染和疾病復(fù)發(fā)都?xì)w因于細(xì)菌的增殖和移位、腸道上皮完整性的缺失及腸道術(shù)后病人缺乏免疫球蛋白的抵抗力。益生菌通過抑制病原菌的增長及調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，具有潛在抵抗這些術(shù)后綜合征的能力。47/23益生菌生理功能2.1益生菌促進(jìn)胃腸健康——保護(hù)腸道屏障腸道屏障和胃腸微生物是保證腸道健康的兩個主要因素。腸道屏障是機(jī)體抵御病原微生物和食物變應(yīng)原進(jìn)入腸道的第一道防線，腸道屏障功能可以維持腸道上皮細(xì)胞的完整性，從而發(fā)揮腸道上皮細(xì)胞對生命體的保護(hù)作用。一旦這種屏障功能受到干擾,細(xì)菌和食源性抗原就容易抵達(dá)黏膜下層，引發(fā)炎癥反應(yīng)，從而導(dǎo)致腸道功能紊亂（如IBD）。益生菌能保護(hù)這道防線，益生菌刺激腸上皮黏蛋白的產(chǎn)生，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞分泌β-防御素，增強(qiáng)腸上皮細(xì)胞的自我保護(hù)。同時，增加緊密連接蛋白對上皮細(xì)胞層的作用，從而抵抗病原對上皮細(xì)胞緊密連接的破壞，避免上皮細(xì)胞受促凋亡因子的侵害，維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)。48/23益生菌生理功能益生菌能調(diào)節(jié)腸道上皮細(xì)胞的功能。腸上皮細(xì)胞識別腸道菌群后，釋放淋巴細(xì)胞生成素（TSLP）、轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-p）和IL-10等，直接影響樹突狀細(xì)胞DC分泌前炎癥因子；菌群刺激信號可以促進(jìn)I型調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（TR1）、TH2和TH3細(xì)胞，抑制炎癥反應(yīng)，維持腸道免疫穩(wěn)定。其可能的作用機(jī)制包括：①益生菌作用于腸道緊密連接復(fù)合物，調(diào)節(jié)腸道的通透性，維持腸道機(jī)械屏障功能；②調(diào)節(jié)和預(yù)防上皮細(xì)胞凋亡；③誘導(dǎo)細(xì)胞核內(nèi)保護(hù)基因表達(dá)增強(qiáng)，減少促炎癥反應(yīng)基因表達(dá)，從而起到免疫調(diào)節(jié)作用；④減少活性氧族增殖的信號傳導(dǎo)；⑤調(diào)節(jié)炎性信號通路：腸道上皮細(xì)胞受炎癥刺激，激活核因子kB抑制蛋白（IkB）的泛素化途徑（UBQ途徑），使IkB從NF-kB上解離并降解，通過刺激效應(yīng)通路，使細(xì)菌產(chǎn)物如肽聚糖和脂多糖與模式識別受體（PRRs）相互作用，從而活化NF-kB，易位入細(xì)胞核內(nèi)并激活促炎性基因如TNF-a和IL-8的轉(zhuǎn)錄。而共生菌可通過阻斷IkB的泛素化途徑，抑制NF-kB的活性，從而阻斷促炎性基因的激活。2.1益生菌促進(jìn)胃腸健康——保護(hù)腸道屏障49/23益生菌生理功能2.2益生菌促進(jìn)胃腸健康——調(diào)節(jié)腸道免疫功能共生菌和補(bǔ)充的特殊益生菌調(diào)節(jié)腸道免疫可能的作用機(jī)制包括：①共生菌和補(bǔ)充的特殊益生菌能夠增加小腸黏液的分泌，促進(jìn)免疫屏障功能；②調(diào)節(jié)和預(yù)防上皮細(xì)胞凋亡；③誘導(dǎo)細(xì)胞核內(nèi)保護(hù)基因表達(dá)增強(qiáng)，抑制促炎癥反應(yīng)基因表達(dá)，從而起到免疫調(diào)節(jié)作用；④減少活性氧族增殖的信號傳導(dǎo)。50/23益生菌生理功能2.3益生菌促進(jìn)胃腸健康——產(chǎn)生抑菌物質(zhì)大多數(shù)益生菌，尤其是乳酸菌，耐酸，適應(yīng)腸道生態(tài)環(huán)境，便于在人腸道內(nèi)繁衍增殖。乳酸菌除具有黏附作用外，還能產(chǎn)生非常重要的抑制物質(zhì)，調(diào)整菌群之間的關(guān)系，維持和保證菌群最佳優(yōu)勢組合及這種組合的穩(wěn)定性。乳酸菌產(chǎn)生的主要抑制物質(zhì)有：細(xì)菌素、乙酸和乳酸、過氧化氫、胞外糖苷酶。(1)細(xì)菌素：細(xì)菌素作為一種抗菌肽，包括由嗜酸乳桿菌產(chǎn)生的細(xì)菌素LactacinB、由乳酸鏈球菌或乳酸乳球菌產(chǎn)生的乳酸鏈球菌素(Nisin)、植物乳植桿菌產(chǎn)生的植物乳植桿菌素(Plantaricin)等。細(xì)菌素的抗菌譜窄，絕大部分細(xì)菌素是通過膜滲透或者是影響某些酶來殺死相關(guān)微生物。(2)酸性物質(zhì)：乳酸菌在體內(nèi)發(fā)酵乳糖時，產(chǎn)生大量的乳酸、乙酸，使pH下降,腸內(nèi)處于酸性環(huán)境，對致病菌有拮抗作用。低pH有利于腸道蠕動，維持正常生理功能，阻止致病菌的定植。(3)過氧化氫：乳酸菌產(chǎn)生的過氧化氫對病原菌和腐敗菌有抑制和殺滅的作用，使其不能生長繁殖，從而減少內(nèi)毒素、腐胺、吲哚、氨、硫化氫等有害物質(zhì)的含量,使腸道內(nèi)的有益微生物在競爭中占優(yōu)勢。(4)其他抑菌物質(zhì)：具有膽鹽水解酶的雙歧桿菌、乳桿菌等還可將結(jié)合的膽酸分解為游離膽酸，游離膽酸對致病菌有一定的抑制作用。有些益生菌產(chǎn)生的胞外糖苷酶可以降解腸黏膜上皮細(xì)胞的復(fù)雜多糖，阻止毒素的黏附和侵入。51/23益生菌生理功能2.4益生菌促進(jìn)胃腸健康——抑制病原菌黏附益生菌還能抑制病原菌黏附在腸道表面。益生菌與致病菌競爭腸道黏膜表面的結(jié)合位點(diǎn)，然后定植于腸道內(nèi)，這可能是益生菌發(fā)揮其功能的機(jī)制之一。排出病原菌時,由于腸道定植是微生物在腸道上皮的結(jié)合能力，所以能否黏附于腸黏膜表面是一個重要的因素。益生菌可以與致病菌競爭腸道上皮細(xì)胞的結(jié)合位點(diǎn)，從而阻止致病菌在腸道內(nèi)定植。益生菌競爭性排斥可能是基于益生菌與致病菌競爭相同的復(fù)合糖受體位點(diǎn)。近年來，甘油醛-3-磷酸脫氫酶(GAP-DH)(在植物乳植桿菌LA318的細(xì)胞表面表達(dá))被證明是調(diào)節(jié)微生物結(jié)合到人類腸道的黏附素，GAP-DH如黏附素一樣，使得乳酸菌可以與致病菌競爭特定的結(jié)合位點(diǎn)。52/23益生菌生理功能3.1益生菌與免疫人體消化道是與外界接觸表面積最大的器官，不斷接受各種環(huán)境、飲食和來自腸道菌群的微生物抗原刺激。除了幫助消化和吸收營養(yǎng)物質(zhì)外，消化道還表現(xiàn)出非常復(fù)雜和精細(xì)的功能，既要對來自環(huán)境的各種抗原和腸道正常組成菌群表現(xiàn)出一定的口服耐受性，同時需要對致病菌的入侵發(fā)揮主動防御功能，通過免疫應(yīng)答予以清除。如果不能精細(xì)地調(diào)控，會導(dǎo)致機(jī)體對感染性疾病的過度敏感，從而產(chǎn)生免疫失調(diào)。因?yàn)橄揽梢杂行У匕l(fā)揮上述功能，被認(rèn)為是人體最大的免疫器官。53/23益生菌生理功能免疫功能本身的作用機(jī)制非常復(fù)雜，并具有多重功能，需要應(yīng)對由不同抗原引發(fā)的免疫應(yīng)答，既可能是細(xì)胞免疫，也可能是體液免疫和分子免疫，所引發(fā)的免疫應(yīng)答的類型由抗原的特性所決定。3.1益生菌與免疫54/23益生菌生理功能免疫系統(tǒng)由一系列復(fù)雜的免疫應(yīng)答所組成，其中包括兩種基本的免疫應(yīng)答方式,即先天性免疫和獲得性免疫，在兩者的共同作用下，可以保護(hù)機(jī)體免受來自外部和內(nèi)部的侵害。先天性免疫具有遺傳性，以非特異性的方式保護(hù)宿主免受其他微生物的感染。先天性免疫的特點(diǎn)是不會賦予宿主持久的免疫力，作為宿主的第一道防線,以自然殺傷細(xì)胞（NK）為主要代表，參與對被攻擊目標(biāo)（病毒感染的細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、骨髓干細(xì)胞、胚胎細(xì)胞）的識別和裂解。3.1益生菌與免疫55/23益生菌生理功能3.2益生菌對免疫系統(tǒng)的刺激作用56/23益生菌生理功能3.3益生菌免疫調(diào)節(jié)作用的機(jī)制1.益生菌調(diào)節(jié)腸道菌群的組成和代謝活性益生菌可以調(diào)節(jié)腸道微生物的組成和代謝活性，與腸道上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞之間的作用引起了表型細(xì)胞的改變，細(xì)胞因子的釋放，細(xì)胞內(nèi)信號途徑的激活和抑制。2.益生菌調(diào)節(jié)黏蛋白的表達(dá)，增強(qiáng)腸道屏障功能黏蛋白（Mucins）是上皮細(xì)胞和惡性細(xì)胞分泌的糖蛋白的一個重要家族，結(jié)構(gòu)上具有相似性，但是在重復(fù)串聯(lián)多肽上不同。它們可能與膜相連或者是分泌型的。已有報道，異常的黏蛋白表達(dá)可以影響細(xì)胞生長、分化、轉(zhuǎn)形、黏附和入侵。黏蛋白與腫瘤的形成和免疫監(jiān)視有關(guān)。一些益生菌可以通過刺激腸上皮細(xì)胞分泌MUC2和MUC3,參與宿主的腸道屏障功能。57/23益生菌生理功能3.益生菌對腸道滲透性和Thl/Th2平衡的調(diào)節(jié)益生菌可以調(diào)節(jié)腸道滲透性，增加腸道的屏障功能。腸道滲透性的增加會導(dǎo)致腸腔內(nèi)的抗原，包括腸道微生物群易位進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。這種易位會導(dǎo)致黏膜免疫應(yīng)答，并可能進(jìn)一步導(dǎo)致慢性炎癥。黏膜免疫系統(tǒng)的主要功能之一是對腸腔抗原發(fā)生有限的炎癥反應(yīng)，即受到外來侵染時，由細(xì)胞浸潤和供血增加引起局部紅腫，這是免疫應(yīng)答的初步反應(yīng)。如果這種免疫應(yīng)答的強(qiáng)度進(jìn)一步提升，可以導(dǎo)致被感染部位組織的破壞。這種局部免疫應(yīng)答狀態(tài)的控制主要通過調(diào)節(jié)Thl/Th2平衡來完成，益生菌可以以菌株特異性和劑量效應(yīng)的方式增加與Th2免疫應(yīng)答相關(guān)的細(xì)胞因子的表達(dá)，如IL-2、TGF-B、IL-6和IL-10,使Thl/Th2平衡更有利于Th2免疫應(yīng)答。3.3益生菌免疫調(diào)節(jié)作用的機(jī)制58/23益生菌生理功能益生菌的免疫調(diào)節(jié)作用是通過產(chǎn)生細(xì)胞因子來實(shí)現(xiàn)的，益生菌誘導(dǎo)腸道上皮細(xì)胞分泌細(xì)胞因子。更重要的是，同一種細(xì)胞因子可以有多種類型的細(xì)胞產(chǎn)生，在同一個細(xì)胞上可以產(chǎn)生多種效果，并可以作用于不同的細(xì)胞。例如，植物乳植桿菌菌株BFE5759和BRE1685和約氏乳桿菌菌株BFE6128可以激活HT-29細(xì)胞，分泌IL-8。副干酪乳酪桿菌DC412菌株能產(chǎn)生TNF-a、IL-6和IL-10。（1）益生菌組合對細(xì)胞因子表達(dá)的影響：與單一的益生菌相比，益生菌組合所誘導(dǎo)的細(xì)胞因子可能完全不同。不同的益生菌組合也可能誘導(dǎo)不同的細(xì)胞因子。（2）益生菌或其細(xì)胞組分對細(xì)胞因子表達(dá)的影響：細(xì)菌細(xì)胞壁的許多組分，例如脂多糖、肽聚糖和脂磷壁酸，都與細(xì)胞因子的誘導(dǎo)有關(guān)。這些細(xì)菌的細(xì)胞壁成分可以激活巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等，從而促進(jìn)這些細(xì)胞釋放多種調(diào)節(jié)因子。益生菌的DNA也能影響對細(xì)胞因子表達(dá)的變化。（3）益生菌和革蘭氏陰性細(xì)菌對細(xì)胞因子表達(dá)影響的差異：大部分被鑒定的益生菌是革蘭氏陽性細(xì)菌，益生菌和革蘭氏陰性細(xì)菌引起的細(xì)胞因子表達(dá)和免疫反應(yīng)的差異主要是由于它們的細(xì)胞壁組分。3.4益生菌的免疫調(diào)節(jié)作用具有菌株特異性59/23益生菌生理功能3.5益生菌免疫調(diào)節(jié)作用的應(yīng)用（1）抗感染攝入益生菌后，免疫系統(tǒng)在控制感染上更加有效。攝入乳桿菌屬和雙歧桿菌屬的細(xì)菌誘導(dǎo)腸道菌群的變化，抑制致病微生物在胃黏膜上的黏附，因此，可以改變菌群，阻止抗生素相關(guān)的腹瀉、梭菌相關(guān)的腹瀉及腸道炎癥。（2）預(yù)防過敏益生菌可以緩解過敏性皮炎（AD）,并且以不同的方式調(diào)節(jié)健康或患者周圍免疫答的參數(shù)。益生菌也可以通過調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，阻止腸道之外其他部位腫瘤的形成。60/23益生菌生理功能4.1益生菌的抗高血壓作用根據(jù)血壓的高低，可以將成人（18周歲以上）的血壓可以分成4種類型：（1）正常血壓是指收縮壓（SBP)≤120mmHg和舒張壓（DBP)≤80mmHg；（2）早期高血壓：SBP為120?139mmHg和DBP為80?90mmHg;（3）進(jìn)行性高血壓I期：SBP)為140?159mmHg和DBP為90?99mmHg;（4）進(jìn)行性高血壓II期：SBP≥160mmHg和DBP≥100mmHg;當(dāng)收縮壓/舒張壓超過115mmHg/75mmHg時，發(fā)生心臟病和梗塞的風(fēng)險會顯著增加。61/23益生菌生理功能4.1益生菌的抗高血壓作用高血壓可以是原發(fā)性的，也可以是繼發(fā)性的。原發(fā)性高血壓通常是指在診斷時無明確病因，通常占所有髙血壓案例的95%以上；繼發(fā)性髙血壓通常是因?yàn)閼言?、失眠、柯興綜合征（Cushing'ssyndrome,由血液中皮質(zhì)醇水平增高導(dǎo)致血壓上升）、腎功能異常和部分藥物的副作用所引起的。盡管原發(fā)性高血壓的病理還不清楚，但多種因素會導(dǎo)致原發(fā)性高血壓，如高膽固醇血癥、糖尿病、生理性腎素產(chǎn)生過多以及性激素失調(diào)等。62/23益生菌生理功能4.1益生菌的抗高血壓作用機(jī)制（1）益生菌通過調(diào)節(jié)血脂代謝發(fā)揮抗高血壓作用。（2）益生菌通過改善糖尿病癥狀，減少糖尿病共生性高血壓的發(fā)生。（3）益生菌對腎素-血管緊張素系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。（4）益生菌和體內(nèi)食物來源植物雌激素的代謝。63/23益生菌生理功能4.1益生菌的抗高血壓作用機(jī)制（1）益生菌通過調(diào)節(jié)血脂代謝發(fā)揮抗高血壓作用益生菌可以改善宿主脂代謝異常，如降低血清膽固醇水平、增強(qiáng)低密度脂蛋白膽固醇的抗氧化性等，從而降低血壓。64/23益生菌生理功能4.1益生菌的抗高血壓作用機(jī)制（2）益生菌通過改善糖尿病癥狀，減少糖尿病共生性高血壓的發(fā)生糖尿病和高血壓是共生性疾病，在部分患者中通常同時出現(xiàn)。胰島素抵抗從本質(zhì)上而言，是機(jī)體的組織如骨骼肌、肥胖組織以及肝等對血液中的胰島素的生物學(xué)和生理效應(yīng)造成損害，而器質(zhì)性高血壓占無明確病因高血壓患者的90%~95%。大約25%~47%的高血壓患者同時伴有胰島素抵抗或葡萄糖耐受低下等癥狀。因此，器質(zhì)性高血壓個體更容易發(fā)生糖尿病。①降低血清膽固醇水平：出現(xiàn)胰島素抵抗的后果往往會導(dǎo)致糖尿病性血脂異常，其典型特征是血漿總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和極低密度脂蛋白（VLDL）膽固醇濃度的增高。益生菌可以有效地降低血清膽固醇水平，進(jìn)而改善胰島素抵抗，減少相關(guān)的高血壓癥狀的發(fā)生。②抑制炎癥：攝入益生菌可以抑制會導(dǎo)致系統(tǒng)性炎癥，從而誘發(fā)糖尿病的致炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，最終抑制因糖尿病發(fā)生而引起的高血壓。③同時攝入益生菌和抗糖尿病藥物有利于糖尿病的控制。65/23益生菌生理功能4.1益生菌的抗高血壓作用機(jī)制（3）益生菌對腎素-血管緊張素系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用血壓最典型的調(diào)控方式與腎素（renin)-血管緊張素系統(tǒng)（RAS)有關(guān)，該途經(jīng)需要血管緊張素轉(zhuǎn)化酶ACE的參與。腎素—血管緊張素系統(tǒng)（ras)調(diào)節(jié)血壓、體液和電解質(zhì)平衡。在血壓控制中，抑制ACE的活性是一種非常重要的臨床指標(biāo)。ACE抑制肽通常以無活性的形式存在于親體蛋白中，但可以在微生物的作用下被釋放出來。ACE抑制肽可以從多種發(fā)酵食品中獲得，如干酪、發(fā)酵乳、發(fā)酵豆乳和酸乳。66/23益生菌生理功能4.1益生菌的抗高血壓作用機(jī)制（4）益生菌和體內(nèi)食物來源植物雌激素的代謝。在性激素中，雌激素和黃體酮具有抗高血壓作用，可以拮抗睪丸酮的致高血壓作用。在停經(jīng)的女性或高血壓男性患者中，經(jīng)常采用激素替代療法來緩解高血壓癥狀。利用食物來源的植物雌激素是一種通過雌激素方式調(diào)節(jié)血壓的天然替代方式。異黃酮、異黃酮類和哺乳動物來源的雌二醇及雌激素在化學(xué)結(jié)構(gòu)上的相似，賦予異黃酮對多種激素相關(guān)的病癥具有保護(hù)作用，包括更年期綜合征、心血管疾病。益生菌可將異黃酮進(jìn)行代謝成糖苷元后，提高植物雌激素的生物可利用性，是異黃酮在體內(nèi)形成具有生物活性時所產(chǎn)生的重要代謝產(chǎn)物如雌馬酚（equol)的決定因素，并增強(qiáng)雌激素代謝的效果。需要注意的是，部分益生菌能通過影響植物雌激素代謝從而發(fā)揮對高血壓的正向調(diào)控作用，但不同菌株之間存在著顯著的差異，即益生菌的作用具有菌株特異性。67/23益生菌生理功能4.2益生菌抗高膽固醇血癥高膽固醇血癥：膽固醇在血液中存在于脂蛋白中，其存在形式包括高密度脂蛋白膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇、極低密度脂蛋白膽固醇幾種。在血中存在的膽固醇絕大多數(shù)都是和脂肪酸結(jié)合的膽固醇酯，僅有10%不到的膽固醇是以游離態(tài)存在的。高密度脂蛋白有助于清除細(xì)胞中的膽固醇，而低密度脂蛋白超標(biāo)一般被認(rèn)為是心血管疾病的前兆。血清中高膽固醇含量被認(rèn)為是誘發(fā)高血壓、冠心病、動脈粥樣硬化等眾多心血管疾病的重要因素。68/23益生菌生理功能4.2益生菌抗高膽固醇血癥機(jī)制①益生菌對膽固醇的同化作用：益生菌在小腸內(nèi)對膽固醇的同化作用可以減少其被吸收，從而降低血清膽固醇的水平。例如，雙歧桿菌屬可以將含膽鹽培養(yǎng)液中的膽固醇通過同化的方式移除；嗜酸乳桿菌不僅可以通過同化的方式移除介質(zhì)中的膽固醇，還可以采用將膽固醇吸附到菌體細(xì)胞表面的方式來完成。此外，部分益生菌可以產(chǎn)生胞外多糖(EPS),這些胞外多糖包裹在細(xì)胞表面，具有吸附膽固醇的作用。這些細(xì)菌細(xì)胞壁的肽聚糖含有的多種氨基酸有助于膽固醇被吸附到細(xì)菌細(xì)胞表面。②益生菌細(xì)胞膜整合膽固醇：介質(zhì)中的大多數(shù)膽固醇都能被益生菌整合到細(xì)胞膜中，尤其是完整細(xì)胞的外膜更容易被膽固醇進(jìn)入。69/23益生菌生理功能4.2益生菌抗高膽固醇血癥機(jī)制③益生菌水解結(jié)合膽鹽：膽固醇的去除，可能與膽鹽水解酶（BSH）分解膽汁以及膽固醇與膽汁分解物的共沉淀有關(guān)。BSH酶降膽固醇的作用主要分為兩個方面：（1）BSH酶通過膽鹽去共軛反應(yīng)降低了膽鹽溶解度和吸收率。（2）抑制了膽固醇微團(tuán)的形成，從而減少腸道中的膽固醇吸收，導(dǎo)致血清膽固醇水平降低。消化道中的許多菌株均可以產(chǎn)生膽鹽水解酶，包括乳桿菌、雙歧桿菌、腸球菌、梭菌和擬桿菌等。在消化道致病菌和條件致病菌中也檢測到BSH酶活力。通過水解膽鹽降低膽固醇含量。70/23益生菌生理功能4.2益生菌抗高膽固醇血癥機(jī)制④益生菌短鏈脂肪酸降低膽固醇水平：食物中不可消化的糖類，經(jīng)過人體腸道中益生菌的發(fā)酵，能夠產(chǎn)生短鏈脂肪酸,如乙酸、丙酸和丁酸等。其中，乙酸不僅是脂肪生成的底物，也是膽固醇合成的前體,因而能夠促進(jìn)膽固醇合成，這是由于膽固醇與其他長鏈脂肪酸一樣，是通過乙酰輔酶A合成的。乙酰輔酶A先轉(zhuǎn)變成中間產(chǎn)物甲羥戊酸，隨后經(jīng)過二十多步的反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成膽固醇。而丙酸恰好相反。丙酸能夠增加葡萄糖生成，降低膽固醇濃度。因此，能夠產(chǎn)生較多丙酸的底物，例如果聚糖（包括菊粉和寡果糖），能夠降低血脂。71/23益生菌生理功能4.3益生菌抗糖尿病及肥胖糖尿病是一種因體內(nèi)胰島素絕對或者相對不足所導(dǎo)致的糖、蛋白質(zhì)、脂肪、水和電解質(zhì)等一系列代謝紊亂綜合征。在臨床上主要表現(xiàn)為“三多一少”，即多飲、多尿、多食和體重下降，以及血糖高，尿液中含有葡萄糖等。世界衛(wèi)生組織將糖尿病分為四種類型：1型糖尿?。ㄒ葝u素依賴性糖尿病）、2型糖尿?。ǚ且葝u素依賴性糖尿?。?、妊娠期糖尿病和其他類型糖尿病。每種類型的糖尿病的癥狀都大致相似甚至相同，即導(dǎo)致胰腺中的B細(xì)胞不能產(chǎn)生足量的胰島素（Insulin）來降低血糖的濃度，導(dǎo)致高血糖癥的發(fā)生。72/23益生菌生理功能4.3益生菌抗糖尿病及肥胖常規(guī)的治療和控制手段：（1）1型糖尿病患者需要注射外源性的胰島素來控制體內(nèi)的血糖。（2）早期2型糖尿病患者可以通過改善生活方式（如健康飲食、適量運(yùn)動、安全減肥并維持合適的體重、戒煙及避免二手煙暴露等）來控制、甚至治愈糖尿病。73/23益生菌生理功能4.3益生菌抗糖尿病及肥胖按世界衛(wèi)生組織的定義，超重和肥胖是可損害健康的異常或過量脂肪累積。其分類通常根據(jù)身體質(zhì)量指數(shù)（BMI)這一簡便指數(shù)，即按公斤計算的體重除以按米計算的身高的平方（kg/m2)。BMI>25kg/m2時即為超重，BMI>30kg/m2即為肥胖。用腰圍、腰臀比、體脂肪率等指標(biāo)來進(jìn)行分類和判別的。腰圍絕對值（男性>102cm，女性>88cm)或者腰臀比（男性>0.9,女性>0.85)是向心性肥胖的診斷標(biāo)準(zhǔn)。體脂肪率是用脂肪含量占總體重的百分比來表示，一般認(rèn)為肥胖標(biāo)準(zhǔn)是男性體脂>25%,女性>33%，其計算公式如下：體脂(％)=1.2×BMI+0.23×年齡-5.4-10.8×性別（男、女性別取值分別為1、0)。肥胖的定義：74/23益生菌生理功能4.3益生菌抗糖尿病及肥胖據(jù)世界衛(wèi)生組織報告，全球成人中肥胖人口占10%以上，超重和肥胖是全球引起死亡的第六大風(fēng)險。肥胖正從發(fā)達(dá)國家走向發(fā)展中國家。肥胖現(xiàn)象還呈年輕化趨勢，2011年，全球5歲以下超重兒童超過4000萬。75/23益生菌生理功能4.3益生菌抗糖尿病及肥胖肥胖的危害：超重和肥胖會增大罹患心血管疾病、糖尿病、非酒精性脂肪肝、肌肉骨骼疾病（如骨關(guān)節(jié)炎）、精神疾?。ㄈ缫钟舭Y、社交障礙）、某些癌癥（如子宮內(nèi)膜癌、乳腺癌和結(jié)腸癌）等疾病的風(fēng)險，其中相關(guān)性最強(qiáng)的是2型糖尿病。肥胖癥本身還是最主要的可預(yù)防性致死因素之一，肥胖癥使預(yù)期壽命平均減少6~7年，其中嚴(yán)重肥胖癥（BMI>40）使男性預(yù)期壽命減少20年，女性減少5年。76/23益生菌生理功能4.3益生菌抗糖尿病及肥胖常規(guī)的治療和控制手段:（1）少吃多運(yùn)動（2）手術(shù)（3）減肥藥77/23益生菌生理功能4.3益生菌抗糖尿病及肥胖II型糖尿病和肥胖的發(fā)病機(jī)制78/23益生菌生理功能4.3益生菌抗糖尿病及肥胖益生菌對體重（肥胖）的控制機(jī)制①益生菌能抑制食欲，增加飽腹感。益生菌可以通過刺激膽囊收縮表（CCK）、GLP-1等飽腹因子的釋放，以及減少胃促生長激素的分泌，從而減少食物入，降低體重和脂肪的蓄積。②益生菌能降低膽固醇。益生菌可以通過同化作用以及共沉淀作用減少膽固醇的吸收。③益生元如低聚果糖、菊糖、半乳糖苷、乳果糖等，能刺激腸道菌的生長與活性。將益生菌和益生元聯(lián)合使用來改變腸道菌群的狀況以干預(yù)肥胖，二者聯(lián)合用以減少熱能的攝入量，減少脂肪的沉積，增加產(chǎn)生飽食感和能量的消耗來取得好的治療效果。79/23益生菌生理功能4.4益生菌與衰老衰老是生物體隨著時間累積的功能下降，其特點(diǎn)在于生理完整性的漸進(jìn)性喪失，由此導(dǎo)致生理功能的受損和死亡易感性的增加。這種惡化是大多數(shù)人類疾?。òò┌Y、糖尿病、心血管疾病、代謝疾病、免疫功能疾病、腎臟疾病以及神經(jīng)退行性疾病等）的主要危險因素。衰老從機(jī)體水平分為自然衰老和疾病引起的衰老。從細(xì)胞水平分為細(xì)胞復(fù)制性衰老和非復(fù)制性衰老。細(xì)胞復(fù)制性衰老也稱I型細(xì)胞衰老，由細(xì)胞有絲分裂中復(fù)制壓力和障礙導(dǎo)致染色體損傷反應(yīng)和細(xì)胞復(fù)制功能的喪失，從而阻滯細(xì)胞周期。細(xì)胞非復(fù)制性衰老也稱II型細(xì)胞衰老，主要是終末端完全分化細(xì)胞由合成、代謝和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定壓力所導(dǎo)致的細(xì)胞器等重要膜性結(jié)構(gòu)損傷以及由細(xì)胞代謝障礙所引起的細(xì)胞特殊分化后的功能喪失。80/23益生菌生理功能4.4益生菌與衰老不同年齡段腸道菌群差異腸源益生菌的代謝產(chǎn)物及其生理活性MetabolitesandPhysiologicalActivitiesofIntestinalProbiotics81/68目錄CONTENTS82/68Short-chainfattyacidsBacteriocins胞外多糖Extracellularpolysaccharides維生素Vitamin細(xì)菌素短鏈脂肪酸83/68短鏈脂肪酸短鏈脂肪酸（Short-chainfattyacid，SCFA）：大腸細(xì)菌代謝的主要終產(chǎn)物，是碳鏈為1~6的有機(jī)脂肪酸，主要由厭氧微生物發(fā)酵難消化的糖類而產(chǎn)生的。種類：主要包括乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸、異戊酸、己酸和異己酸；其中乙酸、丙酸和丁酸含量最高，三者占短鏈脂肪酸的90%~95%?；钚裕河绊懡Y(jié)腸上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)；促進(jìn)結(jié)腸細(xì)胞和小腸細(xì)胞的代謝、生長、分化；為腸黏膜上皮細(xì)胞及肌肉、心、腦、腎提供能量；增加腸道血液的供應(yīng)量；影響肝對脂質(zhì)和糖類的調(diào)控等。84/68短鏈脂肪酸一、SCFAs的產(chǎn)生及影響因素1.

SCFAs的產(chǎn)生部位：（1）盲腸、結(jié)腸是細(xì)菌酵解的主要部位。

（2）大腸內(nèi)容物每克含菌量高達(dá)1011~1012

CFU，結(jié)腸的無氧狀態(tài)為厭氧菌酵解提供了理想的環(huán)境與場所。

（3）升結(jié)腸和盲腸中SCFA的含量較高。

（4）雖然升、降結(jié)腸中SCFA的濃度不同，但產(chǎn)生乙酸、丙酸、丁酸的濃度比卻相同。85/68短鏈脂肪酸一、SCFAs的產(chǎn)生及影響因素1.SCFAs的產(chǎn)生菌屬糞便平均菌數(shù)/g干重糞便/（CFU/g）主要發(fā)酵產(chǎn)物擬桿菌屬11.3×109乙酸、丁酸、琥珀酸雙歧桿菌10.3×109乙酸、乳酸、乙醇、甲酸真桿菌屬10.7×109乙酸、丁酸、乳酸瘤胃球菌屬10.2×109乙酸消化鏈球菌屬10.1×109乙酸、乳酸乳桿菌屬9.6×109乳酸梭菌屬9.8×109乙酸、丙酸、丁酸、乳酸鏈球菌屬8.3×109乙酸、乳酸86/68短鏈脂肪酸一、SCFAs的產(chǎn)生及影響因素1.

SCFAs的產(chǎn)生

腸道細(xì)菌對糖類代謝的主要終產(chǎn)物是乙酸、丙酸、丁酸、二氧化碳、甲烷、氫氣和水。（1）其中乙酸、丙酸、丁酸所占比例高達(dá)85%。（2）不同酵解底物生成的SCFA的總量、比例不盡相同，但乙酸鹽所占比例最高，如果膠生成乙酸、丙酸、丁酸的比例為80:12:8,淀粉則為62:15：22,通常混合餐為63：22:8。（3）若每天有20g糖類在結(jié)腸中被代謝，則生成SCFA的量約為200mmol/L。87/68短鏈脂肪酸一、SCFAs的產(chǎn)生及影響因素1.

SCFAs的產(chǎn)生

進(jìn)入結(jié)腸的蛋白質(zhì)和氨基酸進(jìn)行腸酵解后的主要產(chǎn)物也是短鏈脂肪酸。（1）梭菌能夠利用多種氨基酸生成相應(yīng)的多種有機(jī)酸，如可通過丙烯酸途徑由丙氨酸產(chǎn)生丁酸，也可在蘇氨酸脫水酶和酮酸脫氫酶的參與下由蘇氨酸產(chǎn)生丙酸。（2）乙酸可通過Stickland反應(yīng)從甘氨酸產(chǎn)生，也可通過谷氨酸二賴氨酸、鳥氨酸、絲氨酸的發(fā)酵而產(chǎn)生。（3）谷氨酸的主要發(fā)酵產(chǎn)物是乙酸和丁酸，谷氨酸進(jìn)行厭氧代謝有兩個途徑，一個是甲基天冬氨酸途徑，常見于梭菌；另一個是羥基谷氨酸途徑，常見于梭桿菌、消化鏈球菌和氨基酸球菌。88/68短鏈脂肪酸一、SCFAs的產(chǎn)生及影響因素2.SCFAs產(chǎn)生的影響因素（1）糖類底物不同，結(jié)腸微生物發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸的比例和生理作用也不同。寡糖：由2~10個單糖通過糖苷鍵連接而成的低聚合度的糖類化合物。不同種類的寡糖被降解成不同種類的短鏈脂肪酸，例如，果膠與木聚糖降解的主要產(chǎn)物是乙酸，阿拉伯半乳聚糖的降解產(chǎn)物則以丙酸為主。非淀粉多糖：是大多數(shù)膳食纖維的主要組成成分,可能影響肝臟葡萄糖的生成。糖類結(jié)構(gòu)的不同而影響腸道中不同菌群的發(fā)酵能力。常見的非淀粉多糖包括谷物6-葡聚糖、戊聚糖等?？剐缘矸郏汉锌剐缘矸鄣纳攀晨梢栽黾蛹S便中丁酸的含量。89/68短鏈脂肪酸一、SCFAs的產(chǎn)生及影響因素2.SCFAs產(chǎn)生的影響因素（2）蛋白質(zhì)和氨基酸的種類不同，短鏈脂肪酸的種類和比例也不同。（3）SCFAs的種類和數(shù)量還受到pH、發(fā)酵基質(zhì)的數(shù)量、類型、降解速率、降解程度以及腸道菌群和宿主生理狀態(tài)等因素的影響。結(jié)腸內(nèi)淀粉的量增加時，糞便樣品中水解淀粉的細(xì)菌在厭氧菌總數(shù)中的比例增加，產(chǎn)生的丁酸的濃度及其在SCFAs中的比例也隨之增加。90/68短鏈脂肪酸二、SCFAs的吸收

大部分SCFAs在結(jié)腸內(nèi)已被吸收。正常生理狀況下，結(jié)腸內(nèi)SCFAs以陰離子形式存在，但其吸收通過離子與非離子形式進(jìn)行，以經(jīng)由上皮的非離子形式彌散為主。因此，SCFA的吸收需要腸腔內(nèi)的陽離子，可以通過盲腸、近端結(jié)腸上皮的Na+-K+泵交換，或?qū)O2轉(zhuǎn)化為碳酸而分解出陽離子（H+）與碳酸氫根（HCO3-）。

增加吸收面積或吸收時間、提高腔內(nèi)濃度都可增加SCFA在腸道的吸收。不同的SCFAs在結(jié)腸不同節(jié)段的吸收率也不同。91/68短鏈脂肪酸三、SCFAs的代謝乙酸：來源于盲腸，被腸道上皮組織攝取后，出現(xiàn)在門靜脈血液中，最終穿過肝臟進(jìn)入外周組織而被肌肉代謝。當(dāng)門靜脈中的乙酸降低到臨界水平以下時，肝臟會分泌游離乙酸。乙酸可以被許多組織攝取和利用，是機(jī)體從小腸不能消化吸收的糖類中得到能量的主要途徑。丁酸：體外培養(yǎng)的游離結(jié)腸上皮細(xì)胞，75%的氧消耗來自丁酸鹽的氧化。擋丁酸是唯一可利用能源時，可完全被結(jié)腸黏膜上皮細(xì)胞利用，生成酮體和CO2。當(dāng)葡萄糖、酮體、谷氨酰胺等作為能源時，結(jié)腸黏膜上皮細(xì)胞首選丁酸。丙酸：足量時不被結(jié)腸黏膜上皮細(xì)胞代謝，而是經(jīng)門靜脈轉(zhuǎn)運(yùn)至肝內(nèi)作為能源。乙酸鹽半衰期僅幾分鐘，可被腦、骨骼肌和心肌所代謝。92/68短鏈脂肪酸四、SCFAs的生理功能1.

促進(jìn)腸道水和Na＋吸收（1）抗生素抑制腸道菌群，減少SCFAs生成，引起腸道水鈉吸收降低，可導(dǎo)致抗生素相關(guān)性腹瀉。（2）腸道管伺營養(yǎng)時，由于大部分配方中糖類大都在小腸吸收，因而結(jié)腸細(xì)菌的發(fā)酵底物減少，SCFAs生成相應(yīng)減少，這便得結(jié)腸黏膜上皮細(xì)胞營養(yǎng)不良和結(jié)腸內(nèi)水鈉的吸收降低，容易引發(fā)腹瀉。（3）結(jié)腸黏膜上皮細(xì)胞對Na+的吸收增加，然后增加對水的吸收，飲食性纖維生成的SCFAs具有抗腹瀉作用。93/68短鏈脂肪酸四、SCFAs的生理功能2.促進(jìn)結(jié)腸細(xì)胞增殖（1）飲食中添加纖維素可提高結(jié)腸隱窩上皮細(xì)胞的更新和遷移。（2）將瓜爾豆膠和果膠添加到大鼠的飲食中，發(fā)現(xiàn)其結(jié)腸上皮細(xì)胞增殖加快，而低纖維飲食導(dǎo)致以黏膜發(fā)育不全、結(jié)腸上皮細(xì)胞增殖減少為特征的結(jié)腸萎縮。（3）丁酸對結(jié)腸上皮細(xì)胞增殖與黏膜生長起主要作用，對隱窩上皮細(xì)胞增殖的劑量依賴性、刺激作用強(qiáng)弱的順序是丁酸>丙酸>乙酸。94/68短鏈脂肪酸四、SCFAs的生理功能3.提供能源物質(zhì)（1）結(jié)腸中經(jīng)由酵解產(chǎn)生的能量主要依賴于飲食性糖類的質(zhì)和量。（2）如果人們攝入平衡飲食，理論上3%～9%的機(jī)體總需求能量來自于腸酵解（20～60g物質(zhì)被酵解），以淀粉為主食的人群中所占比例更高。（3）SCFAs提供結(jié)腸黏膜所需總能量的70%，其中結(jié)腸上皮細(xì)胞首選的能源物質(zhì)是丁酸。95/68短鏈脂肪酸四、SCFAs的生理功能4.增加腸血流（1）SCFAs有擴(kuò)張結(jié)腸血管的作用，其中丁酸最強(qiáng)。（2）SCFAs對末端回腸微循環(huán)也有影響，能使離體的人回腸阻力動脈舒張，且在質(zhì)、量上與對結(jié)腸血流的作用相似。（3）也有研究發(fā)現(xiàn)，SCFAs在體內(nèi)可刺激Hartmann術(shù)后直腸黏膜的血流增加。96/68短鏈脂肪酸四、SCFAs的生理功能5.刺激胃腸激素生成（1）胃泌素、腸高糖素、醏酪肽（PeptideYY，PYY)是介導(dǎo)腸上皮細(xì)胞增殖和腸黏膜生長的三種主要的激素。（2）可酵解纖維能夠刺激結(jié)腸皮細(xì)胞增殖，與整個腸道腸高糖素及結(jié)腸PYY水平升高密切相關(guān)。（3）靜脈注射SCFAs，其可直接刺激胰腺腺泡分泌胰高血糖素和胰島素，且作用強(qiáng)弱依賴于SCFAs劑量。97/68短鏈脂肪酸四、SCFAs的生理功能6.抗病原微生物和抗菌作用（1）應(yīng)用:考慮到腸道微生物在生產(chǎn)SCFAs過程中的重要作用，“益生菌療法”可以作為臨床上治療慢性炎性腸炎(IBD)的備選方案之一。SCFAs可促進(jìn)傷寒沙門菌誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞凋亡；SCFAs來增加腸道沙門菌亞硝酸鹽和降低超氧化物歧化酶的量，可能是其誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞凋亡的機(jī)制之一。（2）通過下調(diào)由核因子NF-kB誘導(dǎo)的前炎性細(xì)胞活素的表達(dá)和促進(jìn)腸道水鈉的吸收，膳食纖維和SCFAs可以降低炎性腸炎的發(fā)病率。98/68短鏈脂肪酸四、SCFAs的生理功能7.預(yù)防和緩解腫瘤作用

三種SCFAs均能通過抑制癌細(xì)胞的增殖、分化和轉(zhuǎn)移而起到緩解腫瘤損傷的作用。不同食物纖維素在腸道中發(fā)酵產(chǎn)生的SCFAs的組成存在差異，產(chǎn)生的效果不同。（1）丁酸在毫摩爾濃度水平下就能發(fā)揮抑制腫瘤細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)分化和凋亡的作用，能抑制腫瘤新生血管的形成，并對正常細(xì)胞無損傷。（2）丁酸鹽作為組蛋白脫乙酰酶(HDAC)的抑制劑，它還可以抑制大多數(shù)組蛋白脫乙酰酶類的活性，但對I類HDAC、Ⅱ類中的HDAC6和HDAC10沒有抑制作用。結(jié)腸中SLC5A8能通過調(diào)節(jié)細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)物丁酸來抑制腫瘤生長。SCFAs還可通過調(diào)節(jié)結(jié)腸細(xì)胞表型、DNA的合成與甲基化、細(xì)胞周期蛋白D1和c-myc的水平來保護(hù)結(jié)腸黏膜，避免其轉(zhuǎn)化為腫瘤。99/68短鏈脂肪酸四、SCFAs的生理功能8.調(diào)控基因表達(dá)（1）G-蛋白偶聯(lián)受體41(GPR41)和GPRB是SCFA在人或動物上皮黏膜細(xì)胞和內(nèi)分泌細(xì)胞的受體蛋白，SCFA可刺激回腸和結(jié)腸酪酪肽（PYY)多肽和5-羥色胺（5-HT)的釋放。（2）有研究表明，不同的SCFA及組合對GPR41和GPR43的活性有不同程度的影響。100/68短鏈脂肪酸四、SCFAs的生理功能8.調(diào)控基因表達(dá)（1）各SCFA對GPR41活性影響的強(qiáng)弱順序?yàn)椋罕?戊酸=丁酸>乙酸>甲酸；而對GPR43活性影響的強(qiáng)弱順序則有所不同：乙酸==丙酸=丁酸>戊酸>己酸=甲酸。（2）在SCFA混合物調(diào)控組蛋白乙酰化的作用中，丁酸和丙酸存在累加效應(yīng)，而乙酸則不具備。101/68短鏈脂肪酸四、SCFAs的生理功能9.改善血脂和血糖異常（1）SCFAs混合物可以刺激盲腸膳食纖維的發(fā)酵，從而影響血液中膽固醇的水平。（2）膳食中的丙酸還能降低血糖和胰島素水平，肝中的丙酸可以調(diào)節(jié)糖類和脂肪的代謝。（3）有研究表明，長期給予丙酸鹽可降低空腹血糖的濃度，這可能與其抑制肝臟釋放葡萄糖有關(guān)。102/68細(xì)菌素細(xì)菌素：由某些細(xì)菌在代謝過程中通過核糖體合成機(jī)制產(chǎn)生的一類具有生物活性的蛋白質(zhì)、多肽或前體多肽，這些物質(zhì)可以抑制或殺滅與之相同或相似的其他微生物。乳酸鏈球菌素（nisin）：乳酸鏈球菌和乳酸乳球菌乳亞種(Lactococcuslactissubsp，lactis)的多個菌株產(chǎn)生的具有廣譜抑菌作用的細(xì)菌素，是典型的乳酸菌細(xì)菌素。活性：可以消除體內(nèi)的競爭性病原微生物，從而為有益微生物提供生存和增殖的機(jī)會。例如給病人喂食約氏乳桿菌(Lactobacillusjohnsonii)發(fā)酵的牛乳制品可顯著降低胃中幽門螺旋桿菌(Helicobacterpylori)的密度。103/68細(xì)菌素一、細(xì)菌素的分類

細(xì)菌素是由核糖體合成的多肽，由20~60個氨基酸組成。幾乎所有的細(xì)菌素在中性或偏酸性的環(huán)境中帶負(fù)電荷，它們的分子鏈中通常含有伸出的疏水性或兩親性鏈段。

分類：革蘭氏陰性菌細(xì)菌素和革蘭氏陽性菌細(xì)菌素104/68細(xì)菌素一、細(xì)菌素的分類類別特征細(xì)菌素Ⅰ

經(jīng)大范圍翻譯后修飾而成的核糖體小肽（相對分子量<5000）Ⅰa羊毛硫細(xì)菌素，含有羊毛硫氨酸、β-甲基羊毛硫氨酸等，能延伸并能在細(xì)胞膜形成孔洞的兩性分子乳酸鏈球菌素（Nisin）Ⅰb剛硬的球狀抗菌肽，帶負(fù)電或不帶電荷，能抑制細(xì)菌細(xì)胞壁的形成美殺菌素Ⅱa小分子熱穩(wěn)定肽，由2個半胱氨酸所構(gòu)成的S-S鍵，有強(qiáng)烈抗李斯特菌的活性，N-末端氨基酸序列：YGNGVXC片球菌素PA-1米酒乳桿菌素P和A木柯霉素Ⅱ

具有膜活性，未被修飾的多肽（相對分子量<10000）Ⅱb由2個具有不同氨基酸序列的肽類寡聚體形成，一般需要2個肽段一起才能發(fā)揮活性腸球菌素P40Ⅱc以來Sec分泌途徑，N-末端和C-末端以共價鍵相連，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)格氏菌素4羅伊特菌素6Ⅲ大分子熱不穩(wěn)定肽（相對分子量>30000）瑞士乳菌素J瑞士乳菌素VⅣ細(xì)菌素和其他大分子組成的復(fù)合物乳酸菌細(xì)菌素的分類105/68細(xì)菌素一、細(xì)菌素的分類乳酸菌細(xì)菌素1.羊毛硫細(xì)菌素定義：一類小分子的修飾肽，含19~50個氨基酸分子，分子活性部位有羊毛硫氨酸、6-甲基羊毛硫氨酸、脫氫酪氨酸和脫氫丙氨酸等非編碼氨基酸，這些非編碼氨基酸形成了這類細(xì)菌素獨(dú)特的環(huán)狀剛性結(jié)構(gòu)。分類：Ia類為延伸的螺旋狀結(jié)構(gòu)，含21~38個氨基酸殘基，相對分子質(zhì)量為2100~3500,帶2~7個正電荷，具有兩親性，能在細(xì)菌質(zhì)膜上形成電位依賴性的孔洞，如著名的Nisin；

Ib類為球形分子，分子中不超過19個氨基酸殘基，相對分子質(zhì)量一般為1900~2100,帶負(fù)電荷或不帶電荷，如美殺菌素。106/68細(xì)菌素一、細(xì)菌素的分類乳酸菌細(xì)菌素2.不含羊毛硫氨酸的小分子熱穩(wěn)定肽定義：相對分子質(zhì)量小于10000,含37~48個氨基酸殘基，具有熱穩(wěn)定性。分類：na類為類片球菌素，氨基端都含有一段保守的序列(YGNGVXaaC),其中X代表任意氨基酸。

Hb類細(xì)菌素為含有2個不同肽鏈的寡聚體，需要2個肽鏈共同作用發(fā)揮抑菌活性，如LacticinF

nc類細(xì)菌素是依賴于Sec分泌途徑的細(xì)菌素（如AcidocinB）,它們的N-末端和C-末端以共價鍵相連，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。107/68細(xì)菌素一、細(xì)菌素的合成與分泌1.細(xì)菌素的合成

調(diào)控產(chǎn)生有活性的細(xì)菌素的基因都在操縱子簇上?；虼蟛糠治挥谫|(zhì)粒中，也有位于染色體上或轉(zhuǎn)座子（如Nisin）上。大多數(shù)典型的羊毛硫細(xì)菌素操縱子都屬于Ia類。所有類別的細(xì)菌素都是由核糖體合成的，但只有羊毛硫細(xì)菌素類須通過轉(zhuǎn)錄后修飾才能產(chǎn)生活性。2.翻譯后修飾形成有活性的細(xì)菌素

細(xì)菌素必須經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后修飾才能形成有效的轉(zhuǎn)錄本。編碼修飾酶的基因通常位于結(jié)構(gòu)基因附近。典型的細(xì)菌素合成方式是N-端的引導(dǎo)序列連著C-端的前體肽。通常前體肽在某一特定位點(diǎn)分裂去掉引導(dǎo)序列，形成有生物活性的分子，并將細(xì)菌素分泌到胞外。108/68細(xì)菌素一、細(xì)菌素的合成與分泌3.細(xì)菌素的跨膜運(yùn)輸（1）依賴轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體（ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體）系統(tǒng):主要可分成雙甘氨酸引導(dǎo)序列的細(xì)菌素和帶有不同的引導(dǎo)序列但非分泌引導(dǎo)序列的細(xì)菌素。雙甘氨酸引導(dǎo)序列的細(xì)菌素主要是II類細(xì)菌素，此外，還包括一些羊毛硫細(xì)菌素。細(xì)菌素分泌時，ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體的水解結(jié)構(gòu)域與其前體肽的引導(dǎo)序列相結(jié)合，從而引發(fā)ATP水解和轉(zhuǎn)運(yùn)體構(gòu)象變化，最終使得引導(dǎo)序列分離脫去

（2）但是少數(shù)的II類細(xì)菌素是通過分泌依賴系統(tǒng)（Sec-dependentsystem）運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外的。（3）成熟的細(xì)菌素分子跨過細(xì)胞質(zhì)膜分泌到細(xì)胞外。在細(xì)菌素分泌到胞外的過程中，還需要一個輔助蛋白。109/68細(xì)菌素三、細(xì)菌素的作用機(jī)制

乳酸菌細(xì)菌素可通過不同的機(jī)制產(chǎn)生抑菌效果，通常其目標(biāo)是細(xì)胞膜。細(xì)菌素作用的最初動力是靶細(xì)胞膜和細(xì)菌素之間的靜電引力。不同類型的細(xì)菌素的作用機(jī)制是不同的。1.羊毛硫細(xì)菌素的作用機(jī)制（1）Ia類細(xì)菌素的作用機(jī)制之一是形成孔洞和抑制細(xì)胞壁合成。110/68細(xì)菌素三、細(xì)菌素的作用機(jī)制1.羊毛硫細(xì)菌素的作用機(jī)制（1）Ia類細(xì)菌素的作用機(jī)制之一是形成孔洞和抑制細(xì)胞壁合成。

①

Nisin具有雙重作用機(jī)制:①

nisin形成孔洞，引起跨膜電勢消失，使質(zhì)子動力（PMF)喪失，由于細(xì)胞內(nèi)外pH不同而導(dǎo)致離子的泄漏和ATP的水解，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡；②

nisin也可以結(jié)合肽聚糖前體類脂II，從而干擾細(xì)胞壁的生物合成。

②nisin和Pep5還可誘導(dǎo)敏感的葡萄球菌細(xì)胞自溶，導(dǎo)致整個細(xì)胞壁的降解，這一反應(yīng)主要發(fā)生在分化子細(xì)胞的分隔區(qū)。

③

細(xì)菌素能釋放兩種細(xì)胞壁水解酶，N-乙酰胞壁酸-L-丙氨酸酰胺酶和N-乙酰葡萄糖苷酶，它們是很強(qiáng)的陽離子蛋白，經(jīng)靜電相互作用，與細(xì)胞壁中帶負(fù)電荷的物質(zhì)結(jié)合。陽離子肽與細(xì)胞壁內(nèi)抑制物通過一個類似陽離子交換的過程把后者取代，然后酶被激活并快速裂解細(xì)胞。111/68細(xì)菌素三、細(xì)菌素的作用機(jī)制1.羊毛硫細(xì)菌素的作用機(jī)制（2）lb類羊毛硫抗生素主要包括肉桂霉素（cinnamycin)和mersacidin兩類，通過結(jié)合特異性膜脂發(fā)揮活性，它們也是酶抑制劑。

①肉桂霉素類細(xì)菌素通過與腦磷脂結(jié)合形成復(fù)合物，抑制磷酸解作用。

②Mersacidin的抑制肽聚糖的合成外，至細(xì)菌的細(xì)胞壁變薄。

112/68細(xì)菌素三、