乳酸杆菌的研究进展

乳酸杆菌的研究进展

刘美静

摘 要:乳酸杆菌作为一种重要的益生菌在食品工业中应用日益广泛，同时在医药学中也是前景很好的重要微生物。了解乳酸杆菌的特征和生理功能，对于其运用有着重要意义。

关键词：乳酸杆菌；生理功能；临床应用

前 言：乳酸杆菌(Lactobacillus) 作为人、动物体内正常的益生菌(probiotics)，是人体消化道与生殖道黏膜的主要益生菌。它们在机体内发挥生物拮抗，维持微生态平衡，调节免疫，抗肿瘤等作用【1】，且能够抑制病菌的定植、移位和感染、维护肠道粘膜的完整性，从而维持健康高效的生理功能【2、3】。随着科技的发展，乳酸杆菌的研究范围不断拓展，其在抑制致病菌生长与增强机体免疫功能方面的研究正日趋受到关注。河南大学药物研究所对其进行分离培育研究，使对乳酸杆菌药用价值及相关产品的开发有了充足的材料来源

【4】。国外已有大量试验证实体内的多种乳酸杆菌可对免疫系统产生调节作用，但这些变化

的具体机制尚不清楚【5】。它的应用范同广泛,安全,无毒副作用，目前乳酸杆菌作为重要的益生菌已广泛地应用于食品及饮料加工业，以乳酸杆菌作为发酵菌的食品工业所创造出的经济价值占全球总的发酵类食品的20%【6】。由于其具有抗生素所没有的优势而被广泛应用于生物制剂的研究与开发。本文就乳酸杆菌生理功能、临床应用及前景进行综述。

1 乳酸杆菌

乳杆菌属(Lactobacillus)菌体通常呈细长的杆状，一般大小为0.5～1.0μm宽，2.0～10.0μm长，无芽胞和荚膜，周身鞭毛或无鞭毛，通常不运动。革兰氏染色阳性，为微好

1

氧或厌氧。发酵产生乳酸，最适生长pH值为4～6【7】。乳酸杆菌的过氧化氢酶试验和联苯胺试验均为阴性，F-O试验为F型，吲哚试验、硫化氢试验、淀粉水解试验均呈阴性。在45℃培养时，专性同型发酵的乳酸杆菌均可生长，而兼性与专性异型发酵的乳酸杆菌均不生长。在15℃培养中，专性同型发酵的乳酸杆菌均不生长，而兼性与专性异型发酵的乳酸杆菌均可生长【8】。目前已报道乳酸杆菌属细菌有56种，已在哺乳动物消化道，泌尿生殖道分离到的乳酸杆菌种有：嗜酸乳酸杆菌、短乳酸杆菌、唾液乳酸杆菌、乳酪乳酸杆菌、植物乳酸杆菌、乳酸乳杆菌、詹氏乳酸杆菌等种类。这些乳酸杆菌在机体局部发挥拮抗致病菌，维持微生态平衡，保持机体健康状态起重要作用【9】。乳酸杆菌具有共认的安全性(generally regarded as safe，GRAS)特性即普遍认为安全性，对机体不仅安全且有防卫作用，很少发现其有致病作用。

2 乳酸杆菌生理功能

2.1生物拮抗作用

拮抗作用表现在对营养素的竞争、对吸附部位的竞争、PH值的改变、细菌素及抗生性物质的产生等方面，从而阻抗致病菌群的生存、繁殖以及在消化道内的定居和附着。其主要通过两种方式拮抗微生物，一是生长过程中分泌抗生素物质，来达到抑制致病类型的有害和外源病原菌的目的。二是与病原菌竞争生存空间【10】。乳酸杆菌一般是肠道菌群中的优势菌群，数量占绝对优势，其消耗掉流至肠道后段的有限营养物质如氨基酸、维生素、矿物质等，从而抑制病原菌的生长繁殖【11】。

2.2维持肠道菌群的微生态平衡

在健康动物的肠道中，存在大量的微生物菌群，各种菌群的种类、数量和定居部位是

2

相对稳定的，它们相互协调，互相制约，保持着相对平衡，共同形成一个微生态系统，维持着动物的生长和生产。动物摄入乳酸杆菌后，通过乳酸杆菌在消化道的粘附和定植，使消化道内的有益菌群得到了有效补充，使优势菌群在数量上和作用强度上占绝对优势，可以达到恢复宿主抵抗力，修复肠道菌群屏障，治愈肠道疾病的作用。乳酸杆菌在体内发酵乳糖，产生大量的有机酸，使肠道内处于酸性环境，能够抑制病原菌和有害人体健康的细菌的繁殖，从而起到预防感染，维持肠道内菌群平衡【12】。

2.3提高机体免疫功能

2.3.1提高非特异性免疫功能

非特异性免疫不仅具有早期抗感染的作用，而且启动了随后的特异性免疫。乳酸杆菌对非特异性免疫的调节主要包括增强粘膜的屏障作用、加强吞噬细胞的吞噬能力、刺激细胞产生各种细胞因子(如促炎因子IL-12、IFN-7、TNF-a、抑炎因子TGF-p、IL-10)来控制炎症反应的强度等。例如，对自然杀伤细胞(NK)的影响：NK是非特异免疫的重要组成成分，尤其在IFN-)'等抗感染细胞因子的产生中更为重要，在机体抗肿瘤中NK细胞也发挥重要作用。乳酸杆菌可使脾脏NK细胞数目及针对癌细胞的细胞毒性增强，NK细胞比例增多的机制还不明了【13】。D Halle【14】等用L.johnsonii刺激CD3—、CD16+、CD15+的NK细胞可使其活化，产生活化抗原CD69和分泌IFN-γ、IL-12，但这种活化作用需自体单核细胞的存在。

2.3.2提高特异性免疫功能

特异性免疫需特异性抗原的刺激，有免疫记忆性，分为体液免疫和细胞免疫。

3

乳酸杆菌对细胞免疫影响。乳酸杆菌促进T、B淋巴细胞的增值和成熟，加强细胞免疫。Shida等报道乳酸杆菌使脾脏T细胞产生的IL-12增多【15】，还可使提高T细胞针对有丝分裂原的增殖能力、使T细胞的数量增多【16】。近年来关于乳酸杆菌对迟发型超敏反应（DTH）的影响已有一些报道，活的乳酸杆菌可强化记忆性Th1型T细胞的活性和(或)增殖能力，增强鼠体内的抗原特异性的DTH效应【17、18】。

乳酸杆菌对体液免疫的影响。乳酸杆菌可以使机体针对外来抗原的抗体产生增多；如增加黏膜表面和血清中IgA、IgM和IgG水平以强化体液免疫。而在过敏者体内，一些乳酸杆菌可以抑制机体内针对过敏原的抗体的产生，乳酸杆菌还可以提高B细胞针对有丝分裂原的增殖能力【19】。用L．rhamnosus、L. acidophilus能使正常人血清抗体的产生明显增多【20】。slgA是粘膜免疫的重要抗体，在局部抗感染过程中起着关键的作用。L.casei、L.acidophilus可使分泌IgA的浆细胞增多【21】。

2.4具有营养作用

乳酸杆菌能分解食物中的蛋白质、糖类、合成维生素，对脂肪也有微弱的分解能力，能显著提高食物的消化率和生物价，促进消化吸收。食物中的大分子蛋白质在乳酸杆菌酶的作用下，部分降解为小分子肽和游离氨基酸，有利于胃肠道消化吸收【22】。乳酸杆菌具有促进中药维生素的生成，如人体内主要的B族维生素叶酸，能减少同型半胱氨酸的产生，对抵抗慢性疾病有重要作用【23】。有研究表明, 小麦、大麦、稻米、小米及玉米等谷物进行乳酸菌发酵后, 营养价值大大提高。毕德成用保加利亚乳酸杆菌和嗜热链球菌发酵玉米粉和小麦粉后，总体营养价值有明显提高。这也表明乳酸杆菌在体内如能正常发挥代谢活性，就能直接为宿主提供部分可利用的必需氨基酸和部分维生素，提高矿物质元素的生物活性，进而达到为宿主提供必需营养物质，增强动物的营养代谢，直接起到促生长作用【24】。

4

3 乳酸杆菌临床应用

由于乳酸杆菌在改善胃肠道功能、维持机体内环境稳定、提高机体免疫力方面的功用突出。乳酸杆菌制剂已被应用于肠道的微生态治疗【25】。乳酸杆菌还在其他医学领域具有潜力，以乳酸杆菌为宿主菌的基因治疗、基因蛋白表达和有疫苗制备等方面受到国内外科研工作者的高度重视。

3.1治疗癌症

人们对食品及药物抗突变、抗癌作用的研究已开展多年。近年，关于肠道中菌群的抗癌作用也引起广泛关注。其作用的方式是抑制致突变酶的活性，以及对一些致癌物本身的抑制。乳酸菌在肠道中生长，会使产生致癌物的不良细菌大量减少，进而减少致癌概率【26】。乳酸杆菌还能结合致癌物质随粪便排出,减少其形成、活化及滞留机会。如体内、体外试验均证实乳酸杆菌LGG对胃肠黏膜有抗增值能力,对人体胃和结肠赘生物的癌细胞株的有显著的抗增值及调整多胺代谢水平作用【27】。流行病学调查发现，长期食用酸奶制品可降低乳腺癌、结直肠癌、胃癌及膀胱癌【28、29】的发生率。临床应用中, 乳酸杆菌主要与其他治疗手段相结合, 可增强疗效, 降低副作用。利用乳酸杆菌其主要的生理功能，且其属于兼性厌氧菌具有趋低氧代谢特性，对实体瘤有良好的靶向性，并且能够通过产生过氧化氢和激肽酶发挥抗实体瘤作用。因此，某些乳酸杆菌可用于肿瘤治疗，或作为肿瘤基因治疗的转移载体在肿瘤低氧区域选择性富集而达到基因治疗目的。

3.2治疗胃肠道感染

创伤、感染患者机体内大多存在胃肠道过度炎性反应，严重者可引起脓毒血症和多器官功能障碍。Chu等【30】研究显示，乳酸杆菌能减轻肠道炎性反应，降低肠道内毒素血症。

5

KA2TER INA等【31】研究报道给65例严重多发伤患者分别服用添加合生元(戊糖片球菌、肠膜样明串珠菌、类干酪乳酸杆菌、植物乳酸杆菌和菊糖)和麦芽糊精的肠内营养后，合生元组疾病感染率( P = 0. 02) 、ICU住院天数及机械通气时间均明显降低( P = 0. 01) ，对患者疾病反应有积极效果。

3.3基因治疗

美国和海外研究人员【32】利用人体阴道内生菌开发出一种活性、外用杀菌剂，可以诱导1 型人体免疫缺陷病毒蛋白抑制剂的生成并最终防止该病毒的传播。在这项研究中，研究人员利用从人体阴道分离出的詹氏乳酸杆菌，通过工程化改造，使其可以产生对抗1 型人体免疫缺陷病毒受体蛋白的抗1 型人体免疫缺陷病毒蛋白质RANTES 和CIC5RANTES。两种RANTES 蛋白质变体均可抑制1 型人体免疫缺陷病毒感染，并对多种1 型人体免疫缺陷病毒遗传亚型有显著的抑制作用。

3.4疫苗

理想的黏膜免疫疫苗可以促进抗原和免疫系统之间的有效接触、刺激体液和细胞免疫反应、在单剂量免疫以后产生长期的免疫保护作用，并且稳定、无毒性。乳酸杆菌因良好的安全性和免疫佐剂作用，可以作为一种良好的疫苗载体。与采用腺病毒、沙门菌和大肠埃希菌等致病菌为载体的疫苗相比，以乳酸杆菌为载体的疫苗用药更加安全，适宜多次重复免疫的要求，更适应未来疫苗的发展趋势。用乳酸杆菌作为疫苗载体可使口服的乳酸杆菌在体内刺激产生黏膜及全身免疫反应，促进IgA 的分泌，提高免疫活性因子的分泌。Aires 等【33】利用干酪乳酸杆菌的乳糖操纵子表达系统成功表达了人乳头状瘤病毒16 的主要衣壳蛋白L1，并通过电子显微镜证实表达的衣壳蛋白L1 能够自我组装进入VLPs( virus-like particles) 细胞内。

6

4 乳酸杆菌的应用前景

乳酸杆菌对人体有特殊的生理作用，是机体内必不可少的正常生理菌群，目前它已成为各国学者研究的热门课题，在保健食品的研究应用中必将占据重要地位。并且现在研究表明应用机体正常微生物成员制成的微生态制剂几乎无毒副作用，可用来调整机体的微生态平衡，从而达到以菌制菌、促进健康的目的。已研制成功了用以调整肠道菌群生态平衡的微生态活苗制剂，如：丽珠肠乐、促菌生、整肠生等【5】。针对乳酸杆菌各种功能，今后对于其研究主要集中两个方面。一、拓展菌种来源，选育既有优良发酵特性，又有特殊保健功能的活菌数高、优良、安全的乳酸菌菌种。二、利用乳酸菌的多种生理功效，将乳酸菌做成纯制剂或活菌量高的预防保健制品，也会是乳酸菌研究的一个重要方向【12】。随着乳酸杆菌基因工程表达系统的完善及深入研究，其在未来的食品生产和临床应用中将展示出广阔的应用前景。

参考文献

[1] 章琼.乳酸杆菌在自身免疫疾病中的研究进展[J].世界中西医结合杂志，2007,

2（7）:425-428.

[2] Guarner F, Malagelada JR. Gut flora in health and disease [J].Lancet, 2003, 360 (9356): 512-519.

[3] Backhed F, Ley RE, Sonnenburg JL, et al. Host/bacterial mutualism in the human intestine [J]. Science, 2005, 307 (5717):1915-1920.

7

[4] 李明，林海红.乳酸杆菌的安全性研究[J].医药论坛杂志，2006,27（14）:88-89.

[5] 王丽莉，陈其御.乳酸杆菌免疫调节作用的研究进展[J].皖南医学院学2006,25

（1）:74-78.

[6] 庾庆华，杨倩.乳酸杆菌作为一种新型活疫苗抗原递送载体[J].世界华人消化杂志，2005,13（18）:2231-2234.

[7] 赵艳萍，李建喜，黄小红，等.乳酸杆菌的研究进展及其在畜牧业上的应用[J]广东畜牧兽医科技，2008,33（3）:18-23.

[8] 任月，袁杰利.乳酸杆菌及其免疫治疗作用研究进展[J].中国微生物学杂志，2005,17（5）:392-295.

[9] 武其文，陈其御.乳酸杆菌及其抗肿瘤的免疫学机制[J].肿瘤医学，2006,12（13）:779-784.

[10] MacFarlane S, Dilbn JE Microbial biotins in the human gastrointestinal tract

[J].JAPPL Microbiol, 2007, 102(5):1187-1196.

[11] 黄沧海.仔猪复合益生乳酸杆菌制剂及其作用机理的研究[D].北京:中国农业大学, 2003.

8

[12] 代永刚，田志刚，南喜平.乳酸杆菌及其生理功能研究进展[J].农产品加工·学刊，2009,7: :24-27.

[13] TAKAGIAT，MATSUZAKIM，SATOK，et al．Enhancement of natural killer cytotoxicity delayed marine carcinogenesis by a probiotic microorganism [J]Careinognesis,2001，22：599-605.

[14] HALLER D,SERRANT P.GRANATO D,et al Activation of Human NK Cells by staphylococci and Lactobacilli Requires Cell Contact-Dependent Co stimulation by Autologous Monocytes [J].Clinical and Diagnostic Laboratory Immunology，2002，9(3)：649-657.

[15] SHIDA KK，MAKlNO A，MORISHITA K，et al.Lactobacillus easei inhibits antigen-induced IgE secretion through regulation of cytokine production in murine splenocyte cultures[J] Int Arch Allergy Immunol,1998.

[16] LIM BK，MAHENDRAN R,LEE YK,et a1.Chemopreventive effect of Lactobacillus rhamnosus on growth of a subcutaneously implanted bladder cancer cell line in the mouse[J].Jon J Cancer Res,2002,93(1):36-41.

[17] De Waard R，CAASSEN E，BOKKEN GC,et al Enhanced Immunological Memory Responses to Listeria monocytogenes in Rodents, as Measured by Delayed-Type Hypersensitivity (DTH), Adoptive Transfer of DTH, and Protective Immunity, following Lactobacillus casei Shirota Ingestion Clinical and Diagnostic Laboratory Immunology, 2003, 10(1)59-65.

9

[18] De Waard R, GARSSEN J, SNEL J, et al.Enhanced antigen-specific delayed-type

hypersensitivity and immunoglobulin G2b responses after oral

hypersensitivity of viable Lactobacillus casei YIT9029 in Wistar and Brown Norway rats[J].Clin Diagn Lab immunol,2001,8:762-767.

[19] HORI T,KIYOSHIMEA J,SHIDA K,et al.augmentation of Cellular Immunity and Reduction of Influence Virus Titer in Aged Mice Fed Lactobacillus casei Strain Shirota[J].Clinical and Diagnostic Laboratory Immunology,2002,9(1): 105-108.

[20] GILL HS,RUTHERFURD KJ,et al.Enhancement of natural and acquired immunity

by

Lactobacillus

rhamnosus(HN001),Lactobacillus

acidophilus

(HN017)and Bifid bacterium lactis(hn019)[J].Br J Nutr,2000,83(2):167-176.

[21] PERDIGON G,ALVAREZ S,RACHID M,et al.Immune system stimulation by probiotics[J].J Dairy SCI,1995,78:1597-1606.

[22] 张力，郑中朝.饲料添加剂手册[M].北京: 化学工业出版社，2000.

[23] Bengmark S. Synbiotics in Human Medicine [M] Versalonic, Wlsonnm. Therapeutic Micro-biology: Probiotics and Related Strategies. Washington D C: ASM Press, 2008: 307-321.

[24] 黄庆生，王加启. 饲料乳酸菌类益生素的作用机制和应用[J].动物营养学报，

10

2002，14( 4) : 12-17.

[25] 金礼琴，孙玲. 微生态制剂的临床合理应用[J]. 微生物学杂志，2005，25( 6): 98-100.

[26] 刘墨，王长文，周海柱，等.乳酸杆菌的研究进展[J].吉林医药学院学报，2010,31（4）:236-238.

[27] ORLANDO A, MESSA C, L INSALATA M, Effects of Lactobacillus rhamnosus GG on proliferation and polyamine metabolism in HGC-27 human gastric and DLD-1 colonic cancer cell lines [J]. Immunopharmacol Immunotoxicol, 2009, 31 (1): 108-116.

[28] FRANCAV ILLA R, L IONETTI E, CASTELLANETA S P, Inhibition of Helicobacter pylori infection in humans by Lactobacillus reuteri ATCC55730 and effect on eradication therapy: a pilot study [J]. Helicobacter, 2008, 13 (2): 127-134.

[29] Ohashi Y, Nakai S, Tsukamo to T, et al Habitual intake of lactic acid bacteria and risk reduction of bladder cancer[ J]. U rol Int, 2002, 68(4): 273-280.

[30] Chu ZX，Chen HQ，Ma LY， et al． Lactobacillus plant arum prevents the up regulation of adhesion molecule expression in an experimental colitis model[J].Dig Dis Sci，2010,55( 9) : 2505-2513.

[31] KATER INA K, EVAGELLOS J, GIAMARELLOS B, et al Benefits of a synbiotic

11

formula (synbiotic 2000Forte?) in critically Ill trauma patients: early results of a randomized controlled trial [J]. World J Surg 2006, 30 (10): 1848-1855.

[32] Vangelista L，Secchi M，Liu XW， et al． Engineering of Lactobacillus jensenii to secrete RANTES and a CCR5 antagonist analogue aslive HIV-1 blockers[J].Antimicrob agents chemother，2010，54(7) : 2994-3001.

[33] Aires KA，Cianciarullo AM，Carneiro SM， et al． Production of human

Papillomavirus type 16 L1 virus-like particles by recombinant lactobacillus casei

cells[J].Appl Environ Microbiol，2006，72(1) : 745-752.

12