益生菌的作用机制
十、益生菌降血脂的作用机制
高脂血症主要表现为胆固醇、甘油三酯浓度异常升高，因此调控机体内胆固醇、甘油三酯的代谢平衡可有效预防高脂血症。目前为止，就益生菌降血脂的作用机制尚无十分明确的定论，其中大多数都是研究关于降胆固醇的机制，降甘油三酯的机制研究相对较少，一般局限于与胆固醇、甘油三酯代谢的某几个相关基因的表达和胆盐水解酶的作用，不能充分说明其机理，还需要更深入地探讨益生菌对脂质的调控作用。
1.降甘油三酯机制
机体内源甘油三酯的合成受到固醇调节元件结合转录因子1重组蛋白(SREBP-1c)的正向调控，肝脏中固醇调节元件结合蛋白基因调控脂肪的重新合成，由胰岛素以及内质网应激反应激活，通过抑制固醇调节元件结合蛋白的表达来降低肝脏组织的甘油三酯水平。此外，过氧化物酶体增殖物激活受体8(PPAR8)激活后能促进脂肪酸的β-氧化，降低血浆中甘油三酯水平。
2.益生菌对胆固醇的吸附作用
益生菌通过菌体细胞将血液中胆固醇吸收进入细胞内进行利用或吸附于细胞膜上排出体外，从而降低胆固醇含量。研究显示，益生菌生长期细胞、非生长期细胞甚至死亡细胞都具有吸收胆固醇的能力，减少肠道对胆固醇的吸收利用，从而降低血清中胆固醇水平。此外，益生菌对胆固醇的吸附作用还能抑制肠道胆固醇微粒的形成，进而减少肠道黏膜对脂肪酸的吸收。
3.抑制肠道对胆固醇和脂肪的吸收转运
胆固醇的吸收和转运主要发生在小肠，可通过抑制该部位对胆固醇的吸收和加速胆汁胆固醇的外流从而达到降低机体胆固醇的目的。益生菌通过调控胆固醇相关基因的表达水平，抑制肠道对胆固醇和脂肪的吸收，降低血脂水平。嗜酸乳杆菌ATCC可通过调控过氧化物酶体增殖物激活受体a(PPARa)和脂细胞分化关键基因LXRa的表达来抑制肠道对胆固醇的吸收从而有效缓解模型小鼠的动脉粥样硬化。嗜酸乳杆菌NS1则能增加肝脏SREBP2和LDLR基因的表达，抑制脂肪吸收，降低高脂饮食诱导的肥胖小鼠血清中总胆固醇水平和低密度脂蛋白胆固醇水平，改善高脂血症和肝脏脂代谢。
4.通过对胆酸水平的调节调控胆固醇水平
益生菌通过胞内分泌产生的胆盐水解酶(BSH)等物质降低胆固醇水平。胆固醇微粒的形成需要结合胆盐的参与，益生菌生成的胆盐水解酶可将结合胆盐水解为游离胆酸，胆酸不被机体吸收，从而排出体外，血清胆固醇水平得以降低。同时，胆盐水解酶是脂代谢、胆固醇代谢和免疫稳态相关通路的关键调控因子，通过对胆酸水平的调节进一步调控胆固醇水平。
5.抑制胆固醇生物合成途径
益生菌通过分泌产生的胆固醇脂酰辅酶A抑制剂等生物抑制剂抑航胆固醇生物合成途径中的关键酶(如脂酰辅酶A)或前体物质的形成，从而影响血清中胆固醇含量。采用含有嗜酸乳杆菌和干酪乳杆菌的乳制品饲喂高果糖膳食诱导的糖尿病大鼠，两个月后大鼠肝脏中的果糖积累明显减少，总胆固醇水平、低密度脂蛋白胆固醇水平和极低密度脂蛋白胆固醇水平显著降低，高血脂和高血糖现象都得到了有效缓解。分析其作用机制可能是益生菌抑制了脂代谢和胆固醇代谢过程中相关生物物质含量的升高，降低了还原性谷胱甘肽的含量，从而对血清胆固醇水平进行了调控。机体除了吸收来自饮食中的少部分外源胆固醇外，每天约有70%以上的胆固醇是由乙酰辅酶A(acetyl-CoA)在多种酶催化调节下自身合成。其中3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶是这一反应进程中的限速酶，因此可通过抑制肝脏中HMG-CoA还原酶活性来降低体内胆固醇水平。研究人员发现，当细胞内胆固醇水平升高时，胰岛素诱导基因调控作用的可能机制是乳酸菌通过抑制胆固醇调节元件结合蛋白的表达来降低HMG-CoA还原酶活性。临床上应用已久的他汀类药物亦是利用抑制HMG-CoA还原酶活性来降低机体胆固醇水平。
6.促进胆固醇分解
益生菌促进胆固醇的分解代谢主要通过两种机制实现:一是通过益生菌产生胆盐水解酶将肠腔内的结合型胆酸水解成游离型胆酸，游离型胆酸不易被小肠吸收而大部分随粪便排出体外，抑制了胆汁酸肠道的重吸收;二是通过提高胆固醇7a-羟化酶(CYP7A1)活性使胆固醇分解为胆汁酸的速率加快。
十一、益生菌降血压的作用机制
益生菌制品的降血压作用主要基于两个方面:通过其胞外酶水解底物蛋白(如牛奶蛋白)产生具有抑制血管紧张素转化酶活性的抑制肽，而表现降血压作用;益生菌的菌体成分，如乳杆菌细胞壁成分或内容物在原发性高血压大鼠和高血压患者体内表现出降血压作用。
益生菌发酵过程中通过其胞外蛋白酶、肽酶(羧肽酶、氨肽酶)的水解作用，可降解蛋白质产生的血管紧张素转化酶，从而起到降血压的作用。血管紧张素转化酶的降解被认为是降血压的关键环节，能够降解血管紧张素转化酶并具有显著降血压作用的益生菌分布相当广泛。此外，乳酸菌细胞自溶物的多糖--肽聚糖复合物在自发性高血压动物的体内也能表现出降血压作用，这种降血压的作用呈现出一定的剂量效应。
十二、益生菌调节食物过敏的作用机制
肠道微生物调节食物过敏的可能机理如下:
(1)肠道微生物加强肠道上皮细胞屏障功能:肠道微生物可与组
成肠道屏障的多种细胞相互作用，调控抗原摄取，维持黏膜免疫平衡。肠道微生物通过其紧密连接调控肠腔的食物抗原进入固有层，促进防御素的产生，从而加强肠道上皮细胞屏障功能。肠道微生物可以与位于上皮细胞下方或者M细胞基底表面创造的“口袋”中的树突状细胞(DCs)、巨噬细胞、先天淋巴细胞相互作用，促进IL-22的产生，加强肠道上皮细胞屏障功能。
(2)肠道微生物调节机体免疫应答:代谢产物可诱导、控制与调节性T细胞(Tregs)发育和功能相关的关键转录因子Foxp3的产生，从而促进口服耐受，防止食物过敏时肠道中食物的代谢产物向机体传送一些信号，从而调节机体免疫应答。由于不同的膳食结构给微生物提供的营养物质不同，会产生不同的肠道菌群组成，从而引起不同的免疫应答。
十三、益生菌发挥肾保护作用的可能机制
(1)修复肠道上皮细胞改善肠道屏障功能:益生菌可以改变肠道微生态环境，抑制炎症反应，减少肠道黏膜损伤，修复受损的肠道上皮细胞间的连接并改善肠道物理屏障功能;
(2)减少尿毒症毒素和铵盐类产物的堆积:益生菌可竞争性增强营养物质的吸收，减少尿毒症毒素和铵盐类产物的堆积，改善水电解质紊乱和酸碱紊乱;
(3)增加短链脂肪酸的产生改变肠道pH:益生菌通过调节肠道菌群，重构肠道菌群平衡，增加短链脂肪酸的产生，改变肠道pH;
(4)改善慢性肾脏病的炎症状态:益生菌通过占位效应，减少病原体或病理性抗原与肠道黏膜受体的结合，减轻外源性致病体的入侵和内源性致病体的激活，增强机体免疫防御能力，从而改善肾脏的炎症状态，减轻氧化应激，延缓肾功能进一步恶化。
十四、益生菌抗癌的作用机制
肠道微生态失衡将导致机体屏障体系受到破坏，从而促进慢性炎症与癌症等疾病的发生。炎症体与肠道微生态失衡以及细菌异位可以相互促进并加重机体的炎症反应，促进肿瘤的发生。肠道菌群调节着多种模式识别受体从而引起一系列信号通路改变，最终促进肿瘤发生。有害细菌可以产生多种基因毒性物质，导致细胞DNA损伤，从而使细胞基因组发生失衡，促进肿瘤的发生。益生菌的抗癌功能可以分为直接作用和间接作用。直接作用就是菌体本身或其活性代谢产物对致癌物的结合或转化灭活;间接作用就是通过调节肠道菌群及其代谢酶活性、调节宿主解毒相关的酶活力、调节免疫功能等来发挥抗癌功能。
1.促进肠道蠕动减少致癌物在肠道内的停留时间
益生菌在肠道内的繁殖可改善肠道随群的组成，促进肠道蠕动，从而减少致癌物在肠道内的停留时间。
2.益生菌吸附或降解潜在的致癌物
益生菌通过两种方式直接作用于毒性物质，起到抗癌作用:一种是益生菌与毒性物质吸附结合，再通过排泄途径带出体外;另一种是将毒性物质分解为无毒物质。发酵乳中乳酸菌的细胞壁可吸附一些致癌物质，如对挥发性N-亚硝基胺化合物具有极高的吸着率(98%)。细胞壁对这些变异原和致癌性物质的吸附现象主要是与细胞壁的肽聚糖有关，如双歧杆菌细胞壁的肽聚糖、磷壁酸和多糖都有一定的抗肿瘤作用。乳酸菌的抗变异原性功能主要表现为，细菌的细胞壁均具有与变异原性物质和致癌物结合的性质，死亡的乳酸菌菌体也具有这种能力。细胞壁与变异原的结合发生在极短的时间内，这种结合非常稳定，使变异原不能活化，从而减弱或消除其毒害作用。乳杆菌和双歧杆菌还能通过发酵分解N-亚硝基胺等致癌物，起到抗癌作用。
3.益生菌可以产生强抗瘙物质
分子水平上，它能通过对组蛋白的磷酸化和乙酰化作用影响基因表达。益生菌也可以产生其他降低致癌物毒性的活性代谢物质，起到直接抗癌作用。乳酸菌的抗癌作用可能与它们的活性代谢产物有关。乳做菌发酵的主要代谢产物是短链脂肪酸，如乳酸、醋酸和乙酰乙酸或者丁酸。丁酸对很多突变物质具有抑制活性，是肠道中强的抗癌物质。丁酸是结肠细胞首选的能源物质，并与细胞凋亡和细胞分化的调控有关。
4.益生菌调节机体免疫功能
益生菌通过增强人体的免疫能力，提高对癌症的抵抗力。免疫系统是机体防御的第一道屏障。致癌物致病菌或者疾病导致炎症发生，过量的炎症因子或错误的生物成分导致慢性炎症的发生，慢性炎症的发生导致癌症的发生概率增大。益生菌能够调节免疫应答对抗发炎过程，从而减少癌症的发生。此外。益生菌通过免疫激活发挥抗癌作用，其中巨噬细胞的杀瘤作用具有重要意义。大量研究表明，双歧杆菌能激活机体的免疫系统，特别是巨噬细胞、NK细胞和B淋巴细胞等免疫效应细胞，使杀伤多种肿瘤细胞，在防止肿瘤发生中有重要作用。1L-6可促进B细腿分化成熟，也可直接诱导T细胞增殖，并参与T细胞、NK细胞的活化，对细菌入侵和肿瘤发生的一道非特异性屏障，可以通过产生超氧化物等可乳腺癌、结肠癌和宫颈癌等多种肿瘤具有抑制作用。巨噬细胞还是抵御溶性因子杀灭细菌和肿瘤细胞。
5.调节“免疫检查点”促进抗肿瘤免疫治疗
“免疫检查点”是一类免疫抑制性分子，其生理学作用为抑制T细胞的功能，在肿瘤组织则被肿瘤利用并帮助其免疫逃逸。目前美国FDA批准临床上可通过抑制“免疫检验点”治疗黑色素瘤和肺癌，促进T细胞重新活化、识别并杀死肿瘤细胞。肠道菌群在免疫系统的形成和天然免疫反应中发挥重要作用，在肠道菌群缺失时则无法产生有效的抗肿瘤疗效。
6.参与化疗药物对肿痛的杀伤
研究发现，化疗药物环磷酰胺可以改变小鼠的肠道菌群组成，同时使一些革兰氏阳性菌发生异位，从而促进辅助性T细胞17(Th17)和记忆T细胞(TM)产生免疫反应，增加环磷酰胺对肿瘤的杀伤效力以及防止肿瘤细胞产生耐药性。在利用免疫疗法或化疗来杀伤肿瘤的过程中都需要肠道菌群的参与，而进一步调整肠道菌群后能产生更好的治疗效果。
7.益生菌抑制肠道有害细菌生长及相关酶的活性，增加与致癌物的解毒有关的酶
人类肠道中的某些有害细菌产生的酶如硝基还原酶、偶氮基还原酶及葡萄糖醛酸酶，会使大肠内的致癌原转变成致癌物。益生菌可以抑制肠道有害细菌的生长，从而减少与癌症相关酶的产生。益生菌通过定植于肠道，并能增殖，和其他厌氧菌一起形成膜菌群，以阻止肠道有害细菌的定植与入侵;益生菌通过产生抗菌物质如细菌素，抑制其他有害菌的生长;益生菌通过产生有机酸影响其他微生物的生长;益生菌还可通过调整肠道微环境，影响有害细菌酶的活性，降低肝中与致癌物代谢有关的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基转移酶的活性。乳酸菌能够增加结肠中与致癌物的解毒有关的酶，如NADPH-细胞色素P还原酶活力和谷胱甘肽S转移酶的活力。
十五、益生菌抗真菌的作用机制
益生菌被世界卫生组织认为是安全的、有效的，可用于微生物的干扰疗法。越来越多的研究表明，益生菌对酵母菌、犬小抱子菌和毛癣菌等真菌有抑制作用。
1.有机酸产生低pH延缓真菌菌丝的生长
益生菌在培养的过程中产生乳酸、乙酸、丙酸等有机酸使其培养基的pH降低，从而抑制真菌的生长。在益生菌抑制假丝酵母菌和断发毛离菌等的实验中证明，益生菌对真菌的生长抑制作用部分归因于生成的有机酸产生的低pH。实验显示，当培养基的pH为3.5~3.0时，真菌菌落的直径明显小于pH为9.0~4.0的菌落直径，且当pH低于3.0时，没有真菌的生长。这表明pH和真菌生长之间呈反比关系，益生菌产生的有机酸可以有效地延缓真菌菌丝的生长。益生菌可以产生酸性和中性的鞘磷脂酶，其浓度足以促进皮肤细胞中神经酰胺的产生，并有可能改善皮肤屏障的特性。
2.防止黏附和定植，抑制真菌的菌丝生长
病原真菌入侵并定植于宿主细胞的第一步是黏附，这是真菌毒力的关键属性。益生菌可以与病原微生物竞争营养物质和受体，从而防止它们的黏附和定植，抑制真菌的菌丝生长，从而降低真菌的侵袭。此外，乳杆菌的聚集能力与乳杆菌细胞表面疏水性水平有关。乳杆菌的聚集能力对高疏水性的菌株相对增强，而对低疏水性的菌株表现出相对较低的聚集能力。因此，在乳杆菌中观察到的高效的自聚集和协同聚集，可防止真菌在黏膜表面的黏附和定植。
3.减少真菌的毒力因素，抑制黑色素厌氧菌的生长
真菌胞壁的黑色素可以抵御外界环境对其产生的氧化损伤，拮抗巨噬细胞吞嗷以及胞外蛋白酶的杀灭作用，是真菌毒力因素中的重要因子，尤其是深部真菌。益生菌可以减少真菌的毒力因素，从而发挥其抗真菌的作用。有研究表明，双歧杆菌通过竞争主要的生长因子维生素K，来抑制黑色素厌氧菌。
4.抑制真菌生物膜的发育和菌丝分化
体外研究表明，益生菌的抗真菌作用可能是由于它们可干扰真菌生物膜的发育和菌丝分化。益生菌培养液的细胞上清液对生物膜的发育有较强的抑制作用，其抑制作用明显大于益生菌本身，说明该抑制剂是益生菌分泌到培养基中的一种代谢物。在所有的植物乳杆菌培养物的上清液中均发现了苯乳酸和4-羟基苯乳酸，其具有抗真菌活性。每毫升上清液中7.5mg的苯乳酸可以抑制90%的霉菌生长。上清液中所分离出来的过氧化氢、细菌素和其他低摩尔化合物的组合都会延缓霉菌的生长。在研究乳酸菌对断发毛癣菌的抑制实验中显示，乳酸菌的无细胞上清液能够影响断发毛癣菌的分生孢子萌发。当其无细胞上清液的浓度达到10%时能够有效地抑制出芽达48小时以上，且无细胞上清液不受热处理及蛋白酶E和蛋白酶K处理的影响，由此可推断抗真菌药物在性质上是非蛋白性质的。此外，益生菌表现出的显著抑制真菌的活性在48小时的培养后，出现了显著的剂量依赖性生长抑制，对假丝酵母菌有80%的抑制作用。这说明，益生菌对真菌的抑制有最佳的抑制时间。此外，在对真菌的体外抑制实验中，一些益生菌能刺激巨噬细胞和树突状细胞分泌更多的IL-12从而引起天然免疫反应，降低传染病的发病率，也可以通过抑制麦角甾醇的生物合成相关基因(ERG6，ERG11)破坏真菌的免疫机制。
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