双歧杆菌在功能食品中作用机理及安全性 [复制链接]

双歧杆菌是健康人肠道正常菌丛中的优势菌之一，又因其独特的生理功能而倍受关注。近年来关于双歧杆菌的应用、安全性、定植能力、作用机理等方面的研究较多，本文就近几年来国内外的相关研究做一概述。
1  作用机理探讨
1.1  对机体的粘附机制
近年来，人们对双歧杆菌的研究越来越深入，其应用相应地越来越广泛，但对其粘附的研究尚未完全定论。双歧杆菌在肠道粘膜上皮细胞的定植能力或者说粘附能力的大小是评价该菌株或含有该菌株的产品效果优劣的重要指标之一，也是该产品发挥保健作用的首要条件之一，对其粘附机制的研究具有特别重要的意义。
1.1.1  粘附素
关于其粘附机制，目前较为一致的观点认为其粘附素是一种蛋白质（配体），该蛋白质与宿主肠道粘膜上皮细胞的相应受体特异性结合，从而激发宿主产生一系列的生物学反应。但不同的菌株之间有明显差异。
至于粘附素的受体，不同的研究者之间也存在分歧。Cohen等认为多数病原菌粘附素的受体可能是糖类或糖蛋白［1］。郑跃杰等经过各种糖类的抑制试验推测，双歧杆菌粘附素的受体可能与D-甘露糖有关，基本与Cohen等的观点一致［2］。但Camp等用双歧杆菌的脂磷壁酸和肠道上皮细胞进行粘附试验则发现多种糖类并不能抑制其粘附，暗示其粘附素不是糖类或糖蛋白，而还有研究认为双歧杆菌粘附素可能是一种不耐热的蛋白质。所以，真正的粘附素受体情况还需进一步研究。
1.1.2  影响双歧杆菌粘附的因素
双歧杆菌的粘附受多种因素的影响。Ouwehand-AC等发现，保加利亚乳杆菌可以促进乳酸双歧杆菌的粘附，而不同的抗生素均可能抑制双歧杆菌对肠道粘膜上皮细胞的粘附，这也可能是抗生素引起肠道微生态失衡的一条重要途径。
双歧杆菌的粘附还具有时间和菌量依赖性，蒋虹等的试验发现，双歧杆菌在静止期时粘附作用最强，pH值较低时可以促进其粘附，而且WPG、LTA与细胞壁蛋白都参与了双歧杆菌对Lovo细胞的粘附［3］，说明此粘附过程是多种因素共同作用的结果。通过对动物肠道不同肠段的研究表明，不同双歧杆菌菌株对肠道不同肠段的粘附能力差异较大，在人体中同样存在这种情况。因此，双歧杆菌对机体肠道粘膜的粘附是一个比较复杂的作用体系，在开发含有此类菌株的产品时要综合考虑，以提高菌株的定植能力。
1.1.3  粘附后的生物学效应
双歧杆菌发挥作用的基础就是其与肠道粘膜上皮细胞结合后引起机体的生物学反应，从而促进机体一系列生理反应的发生。叶桂安等指出，双歧杆菌粘附肠道粘膜上皮细胞的Lovo细胞后，可引起宿主细胞释放少量乳酸脱氢酶，但比致病性大肠杆菌引起的程度低，而且双歧杆菌能完全抑制肠致病性大肠杆菌及产毒性大肠杆菌对肠道粘膜上皮细胞的粘附［4］。据郑跃杰等的推测，这可能源于双歧杆菌的占位性保护机制，在空间上阻止了病原菌与Lovo细胞的进一步接近［5］。其它有些试验也显示出这种抑制功能。
关于双歧杆菌的粘附机制及其生理作用的试验基本采用活菌，但灭活的双歧杆菌同样可以粘附于肠道粘膜上皮细胞，同样具有显著的抗瘤活性，即灭活的双歧杆菌及其代谢产物也具有生理效应。
这是一个值得注意的现象。因为关于双歧杆菌制品，大家一直在强调活菌数量的重要性，而没有在其代谢产物方面加大研究力度。随着双歧杆菌制品的增多，如果再一味强调活菌而忽视其代谢产物的研究，则有可能将双歧杆菌的产品开发引入歧途，所以，这方面的研究亟需深化。
1.2  对机体的作用
双歧杆菌作为一种生物反应调节剂，在现代保健品中的应用越来越普遍，关于其作用机理的研究也一直方兴未艾，而其作用形式也多种多样，有的产生抗菌物质如多肽、H2O2、有机酸等；有的通过类似抗原的物质引起机体产生免疫反应，从而诱导机体产生抗体类物质作用于靶细胞或靶器官，达到改善机体功能的目的；有的则是通过增加肠道有益菌群的数量，阻止有害菌的定植等。
1.2.1  抗肿瘤机制
双歧杆菌具有的抗肿瘤或抗癌活性，可以说是其生理功能的一个重要特点。分叉双歧杆菌的完整肽聚糖可以促进巨噬细胞对IL-1，TNF-α及NO的分泌，从而提高对肿瘤细胞的杀伤力，降低肿瘤细胞的增殖活性，或通过巨噬细胞产生的免疫活性因子而间接发挥抑瘤作用，有的则是通过增强机体的自然杀伤细胞（NK）发挥抗肿瘤作用。但有试验发现，只用双歧杆菌的DNA即可快速激活NK活性。张金浩等指出，分叉双歧杆菌的完整肽聚糖（WPG）能协同LPS激活巨噬细胞，增强大肠癌移植瘤细胞一氧化氮合酶（iNOS）基因的蛋白表达，从而提高iNOS的含量，这可能也是其抑瘤机制之一。
王立生等的试验也证明了这一点［6］。他们还从基因水平解释了这种抗肿瘤机制。他们认为，双歧杆菌的完整肽聚糖使大肠癌裸鼠移植瘤的bcl-2基因表达下调，bax基因表达增强，从而诱导肿瘤细胞凋亡，其抑瘤效率可达51.41%。其中脂磷壁酸的免疫应答作用最为显著，其次为肽聚糖，而且双歧杆菌的细胞壁除了增强巨噬细胞的活性外，还能提高干扰素的水平［7］。
唐立等用Northen杂交技术研究双歧杆菌对大肠癌HT29细胞谷胱甘肽巯基转移酶基因的诱导表达后指出，双歧杆菌及其发酵滤液在作用HT29细胞2h后，该基因的mRNA分别提高1.4倍和1.3倍，所以，阻断外来致癌物的亲核攻击可能是双歧杆菌抗肿瘤的一个分子机制［8］。
有研究人员在研究双歧杆菌表面分子脂磷壁酸对白血病细胞端粒酶活性的影响时发现，其抗肿瘤机制可能与抑制其细胞端粒酶活性有关。也有试验认为双歧杆菌诱导大肠癌细胞程序化死亡可能是其抑瘤机制之一。此外还有试验指出，双歧杆菌可以影响β-葡萄糖苷酶和β-葡萄糖醛酸酶的活性，而这些酶可以将致癌前体物质转化为致癌物质。
需要指出，双歧杆菌的经口免疫应答能力比较弱，可能需要大剂量经口摄入才会起到一定的生理功能，这一点在开发双歧杆菌功能食品时需要引起重视。
关于双歧杆菌的抗肿瘤生物学效应，最初是由美国在20世纪80年代提出的，关于其机制，目前仍处于探索阶段，已出现了许多作用机制的推测，其中菌体或菌体成分对宿主产生的抗肿瘤作用得到了大家的公认。
1.2.2  抑菌机制
通过研究婴儿双歧杆菌发酵液对金黄色葡萄球菌、副伤寒杆菌等的抑制作用后发现，双歧杆菌的抑菌机制缘于双歧杆菌产生的有机酸和抗菌类物质。Rokiah-Mohd-Yusof等将双歧杆菌接入断乳期食品中，9h后的pH值从6.0降至3.6，而滴定酸度从0.026%升至0.08%，并且接种24h后约98%的大肠杆菌被双歧杆菌抑制，说明双歧杆菌产生的低pH值可能是抑制腐败菌的根源。Gibson-GR等则认为，婴儿双歧杆菌对大肠杆菌和产气夹膜梭状芽孢杆菌的抑制作用与产酸量没有直接联系，而从8株双歧杆菌分离出的具有广谱抗菌活性的物质，分别属于沙门氏菌属、里斯特氏菌属以及弧菌属等，说明双歧杆菌的抑菌机制不止一种，但其中的某种可能与抑制肠道腐败菌有关［9］。关于其确切的机制，尚需要进一步研究。
1.2.3  抗突变机制
关于双歧杆菌的抗突变机制，目前没有明确结论，许多说法只能处于推测阶段。Sreekumar-0等通过研究双歧杆菌发酵牛奶抗氨基酸热解引起的基因突变后推测，双歧杆菌发酵制品的抗突变能力很可能源于其产生的低聚糖。不同的菌株对引起突变的物质的结合能力有差异，如双歧杆菌对黄曲霉毒素的吸附就与金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有差异。此外，双歧杆菌对肠毒素也有很强的降解能力，而肠毒素也是诱发机体多种细胞突变的因素之一，但其降解机制尚不明确。
1.2.4  抗衰老机制
影响人体衰老的因素有多种，如自身免疫力的低下、胶原蛋白的硬化、自由基引起的损伤等。而双歧杆菌对人体的抗衰老作用主要体现在能提高人体的抗氧化能力。当用活菌液喂养老龄大白鼠两个月后，可见其血中抗衰老生化指标SOD与GSH-Px活性显著升高，衰老指标LPO含量明显降低，并且能降低自由基的分解产物丙二醛的浓度。Meei-Yn-Lin等的试验发现嗜酸乳杆菌和长双歧杆菌的胞内提取物具有较高的抗氧化活性，其抗氧化活性等同于104～172p.p.m.BHT［10］。
2  对机体的安全性评价
如何评价双歧杆菌的安全性，要视试验的效果和菌株而异，如Zhou-JS等研究乳酸双歧杆菌对含有0.3%猪胃粘膜蛋白的培养基中的在碳水化合物和蛋白质的利用程度，采用SDS-PAGE分析粘液糖蛋白的分子量，以观察其原位降解该蛋白的能力，用于评价其毒性与对肠道粘膜的攻击性问题，并用动物（小鼠）模型评价了乳酸双歧杆菌的安全性，发现不会引起小鼠肠道感染，也不会从肠道中移植。他们在研究其通过肠道上皮细胞的能力和对肠道粘膜的影响又证明该菌株不能通过肠道粘膜上皮屏障，其半数致死剂量大于50g/kg·d，此剂量对人体是安全的；也有试验通过急性毒性试验、小鼠骨髓微核试验、Ames试验等证明了双歧杆菌口服液的安全性［11］。
安全性问题是开发双歧杆菌制品时应特别注意的一个问题。因为双歧杆菌有可能会引起消化道粘膜不健全或者说免疫力低下人群的肠粘膜组织感染或引起抗药性在不同菌群之间的转移，导致肠道菌群抗药性的增强。因此，选用双歧杆菌时一定要选择公认安全的菌株，最好建立完善、准确的菌株安全评估体系，以确保人体安全。
3  开发前景及注意的问题
双歧杆菌的保健功能已深入人心，所以其产品的开发也越来越广泛，但有些相关问题希望引起相关方面以及开发人员的重视。
一是，随着抗生素的广泛应用，双歧杆菌的耐药性可能随机增大，所以原始菌株的安全性要严格检测。
二是，研究双歧杆菌分泌的酶类在其发挥生理功能中的作用。
三是，研究双歧杆菌素的物化特性及其生理作用。◇

参考文献
［1］Cohen PS,Arruda JC,Williams TJ,et al.Adhesion of a human fecal Escherichiacoli strain to mouse colonic mucus.Infect.Immun.,1985,48（1）:139-145.
［2］郑跃杰，潘令嘉，叶桂安，周殿元.双歧杆菌粘附素受体的初步观察.中国微生态学杂志，1997，9（3）：16-17.
［3］蒋虹，胡宏.双歧杆菌及其表面分子粘附肠上皮细胞的研究.重庆医科大学学报，1999，24（2）：126-129.
［4］叶桂安，杨希山.双歧杆菌及肠致性大肠杆菌粘附的细胞膜通透性研究.中国微生态学杂志，2000，12（3）：132-133.
［5］郑跃杰，潘令嘉.双歧杆菌对EPEC和ETEC粘附的竞争抑制作用.中国微生态学杂志，1999，11（6）：329-331.
［6］王立生，潘令嘉.双歧杆菌的完整肽聚糖LPS激活裸鼠腹腔巨噬细胞的影响.中华微生物学和免疫学杂志，2000，20（1）：4-6.
［7］王立生，潘令嘉.双歧杆菌的完整肽聚糖对实验性大肠癌凋亡控制基因表达的影响.中国微生态学杂志，1999，11（4）：195-198.
［8］唐立，崔秀云.双歧杆菌对人大肠癌HT29细胞谷胱甘肽巯基转移酶基因的诱导表达.中国微生态学杂志，2000，12（1）：17-18.
［9］Anand S K,et al. Antibacterial activity associated with Bifidobacterium bifidum-I.Cultured Dairy Procucts J.,1984：6-8.
［10］Meei-Yn-Lin,Chyuan-Liang-Yen.Inhibition of lipid peroxidation by Lactobacillus acidophilus and Bifidobacterium longum.Journal-of-Agricultural-and Food-Chemistry,1999,47（9）:3661-3664.
［11］Zhou-JS,Gopal-PK,Gill-HS.Potential probiotic lactic acid bacteria Lactobacillus rhamnosus（HN001）,Lactobacillus acidophilus（HN017）and Bifidobacterium lactis（HN019）do not deegrade gastric mucin in vitro.International-Journal-of-Food-Microbiology,2001,63（1/2）1-90.
作者简介：杜庆栋（1970～），在职硕士，讲师，主要研究食品工程与营养、动物生态。
          赛道建，教授，硕士生导师，从事动物学研究。