肠道菌群中双歧杆菌的生物作用及其机制研究

Research on Biological Action and Mechanism of Bifidobacterium in Intestinal Flora

摘要: 肠道菌群中双歧杆菌具有多种调节作用，对人体的健康状态有重要的提示意义。本文阐述了肠道菌群中双歧杆菌对人体生理功能调节的作用，如抗肿瘤、抗感染、降血糖、降血脂、降血压、营养和免疫调节等作用，以供后续研究参考。

Abstract: Bifidobacterium in intestinal flora has various regulatory effects, which has important implications for human health. In this paper, the effects of bifidobacteria in intestinal flora on the regulation of human physiological functions, such as anti-tumor, anti-infection, hypoglycemia, hypolipidemia, blood pressure, nutrition and immune regulation, etc. were described for reference in subsequent studies.

1. 引言

经过科技的不断革新与疾病机理的深入研究，近年来，益生菌在公众视野中的地位逐渐上升。益生菌，作为一类对人体具有积极影响的微生物，其在维护人体健康方面发挥着至关重要的作用，包括抗肿瘤、调节免疫和预防感染等多元化功能。其中，双歧杆菌作为肠道微生物群落的主要构成部分，其数量在人体肠道内占据显著比例。

双歧杆菌，为革兰氏阳性菌，具有独特的生物学特性，如多形态、分枝结构、无运动能力、严格厌氧环境生长和耐酸性等。

经过系统的科学研究，双歧杆菌及其表面抗原蛋白分子以及其代谢产物在机体抗肿瘤、抗感染和免疫调节等方面所发挥的关键作用得到了证实。更为重要的是，至今尚未发现双歧杆菌在应用中产生的不良反应，这为其在健康领域的应用提供了坚实的基础。

本文旨在通过严谨的科学态度和方法，深入探讨双歧杆菌在人体内的重要作用，及其在调节人体生理功能方面的机制。期望通过本研究，能够为双歧杆菌在未来的健康促进和疾病防治方面的应用提供有力的科学依据。

2. 抗肿瘤作用

双歧杆菌具有显著的抗肿瘤作用。它可以通过多种方式抑制多种肿瘤细胞的生长和繁殖。

双歧杆菌能够增强免疫功能[1]，激活巨噬细胞、NK细胞和B淋巴细胞，促进这些效应细胞释放免疫性物质。这些免疫性物质在间接抗肿瘤作用中起到关键作用。

双歧杆菌也可以直接诱导肿瘤细胞凋亡[2]，从而直接抑制肿瘤的生长[3]。

双歧杆菌能够消除致癌物质，减少致癌物的产生[4]。双歧杆菌还具有抑制肿瘤血管生成的能力[5]，从而阻止肿瘤的生长和扩散。

双歧杆菌调节恶性肿瘤细胞信号传递通路从而抑制肿瘤细胞发育。肿瘤细胞与正常细胞的显著区别主要有三个：无限制增殖、浸润周围健康组织和自身细胞畸形。研究表明形成恶性肿瘤的原因之一是生长因子受体介导的信号传导通路发生异常。双歧杆菌可以通过调节信号传递通路中一些关键节点达到抗肿瘤的效果[6]。酪氨酸激酶系统下激活的信号通路至少包括3条，分别为PI3K依赖性、Ras/MAPK依赖性和PLC依赖性。通过将双歧杆菌作用于大鼠大肠癌细胞的对照性试验得出双歧杆菌可对其中两条信号通路产生影响(PI3K和PLC)，其死菌和活菌应用于大肠癌细胞可以延缓DAG的合成速率，进而影响PI3K依赖性通路中DAG、IP3等信号分子介导的信息传导，他们与恶性肿瘤侵袭性和不良预后有关[7]；在PLC通路中，双歧杆菌可以降低PTK (蛋白酪酸激酶)和PKC (依赖钙离子、磷脂和甘油二脂激活的丝氨酸/苏氨酸激酶)活性，PTK与肿瘤的恶性转化有关，而PKC的激活是恶性肿瘤生长和散播的重要环节[8]。

双歧杆菌作为肿瘤治疗载体的优点还包括不产生耐药性、无明显毒副作用、可连续给药等[9]。

双歧杆菌还可以与几种抗肿瘤药物共用[10]，也可与其他常规肿瘤疗法联合使用[7]，提高治疗效果。

目前抗肿瘤的新型研究方向集中于免疫疗法、细胞疗法、肿瘤干细胞、多模态治疗以及微生物组即双歧杆菌。例如omega-3多不饱和脂肪酸补充剂对人体肠道微生物群影响的随机试验[11]。

3. 肠道保护作用

3.1. 调整肠道微生态平衡

双歧杆菌是在肠道细菌中占有50%~80%的比例[12]，它的重要作用之一是恢复肠道菌群的微生态平衡。双歧杆菌在肠道内定植后，不仅能与肠道黏膜上皮细胞紧密结合抑制肠道内致病菌对肠上皮细胞的粘附，减少肠黏膜受损的机会[13]，还能通过营养竞争，分泌抑菌或杀菌物质，产生有机酸，阻止致病菌及毒素的粘附，恢复肠道的微生态平衡，还能调节和协调其它肠道菌群，维持正常的肠蠕动，使致病菌粘附到肠黏膜上皮细胞机会减少[14]。

3.2. 增强肠道黏膜屏障功能

双歧杆菌主要依靠三种方式增强肠上皮屏障功能[15]。第一，双歧杆菌通过细胞壁上的脂磷壁酸与肠黏膜上皮细胞特异结合，形成紧密连接，与其它厌氧菌一起有序定植在肠黏膜表面，形成生物屏障，而其代谢产物——有机酸和抗菌物质形成化学屏障，在肠道微生态空间上构成定植抗力，阻止致病菌定植和入侵，如伤寒杆菌，痢疾杆菌，致病性大肠杆菌，空肠弯曲菌，金黄色葡萄球菌，白色念珠菌等。双歧杆菌的代谢产物对致病菌具有很强的拮抗作用，动物实验和临床观察证实，双歧杆菌具有抑制肠道腐败菌的作用[16]。第二，双歧杆菌能通过对Zonulin (连蛋白)的调控来反馈增强肠上皮屏障功能，Zonulin是2000年Wang等发现的一种封闭带毒素(ZOT)类似物[17]，以通过调整肠道上皮细胞结构，来调节肠道通透性[18]。第三，双歧杆菌菌属的代谢产物(如乙酸盐)对跨上皮电阻(TER)有增强作用，TER可促进肿瘤坏死因子(TNF-α)对结肠腺癌细胞(Caco-2)单层的伤口修复，进一步增强肠上皮屏障功能[19]。吴茂军等利用Caco-2细胞的体外培养，成功建立了肠屏障体外实验模型[20]。

3.3. 控制内毒素血症，减轻内毒素所致肠黏膜炎症反应

人体肠道中90%以上内毒素来源于肠腔内革兰阴性菌的裂解与释放，双歧杆菌可以控制内毒素血症主要通过以下几点：(1) 双歧杆菌通过脂磷壁酸黏附在肠上皮细胞表面，构成一层菌膜屏障，还产生细胞外糖苷酶，降解上皮细胞作为潜在致病菌及其内毒素结合受体的复杂多糖，从而起到定植拮抗作用。(2) 双歧杆菌产生的一些酸性代谢产物和Bifidin菌素能起到抑菌或杀菌的作用。(3) 双歧杆菌的代谢物和整个细胞等抗原物质能通过免疫反应产生大量的IL-5。IL-5作为免疫球蛋白A (IgA)的生成因子，使SIgA水平上升。SIgA能预防肠道蛋白酶分解，形成黏膜上的抗体；阻止细菌附着，中和细菌毒素[21]。正是通过上述作用机制，双歧杆菌才能有效抑制有害细菌，使血液中内毒素水平下降，减少对脏器的损害[22]。

3.4. 促进肠黏膜损伤修复

研究认为，肠黏膜损伤可能与肠道菌群失调，肠黏膜屏障功能损伤，肠道通透性增高以及肠道内成分诱发异常免疫反应有关[23]。肠道双歧杆菌能促进肠上皮细胞对营养的利用，缩短细胞倍增时间[24]，与致病菌竞争附着及加强肠黏膜细胞间的紧密连接，保护和稳定黏膜屏障。张智翔在研究三联活菌片对溃疡型结肠炎患者肠黏膜屏障修复作用的实验中，说明了及时补充益生菌有可能帮助溃疡性结肠炎患者恢复肠道微生态环境，纠正菌群失调[25]。

4. 免疫调节作用

双歧杆菌在免疫调节方面的作用在许多研究中得到了证实。其菌体、基因组DNA、可溶性分泌物均具有免疫调节作用[26]，其菌体本身可以增加CD38的表达并诱导了IL-10 (白介素-10)的产生，同时双歧杆菌、长双歧杆菌和伪阿滕氏双歧杆菌会诱导Th2驱动的免疫反应，还可以诱导肠道相关表面分子的表达，增强免疫功能，达到对肠道炎症的减轻作用[27] [28]。纪芳等实验也说明耗尽培养上清(SCS)具有一定的免疫促进作用可提高免疫低下小鼠血清中IL-1β，IL-6和IFN的含量，说明其在免疫调节方面发挥作用[29]。

双歧杆菌能调节先天免疫系统，同时对适应性免疫具有积极影响，并使机体处于免疫平衡状态而不产生过度反应，提高免疫细胞活性、调节细胞因子表达和促进免疫分子抗菌肽相关基因的上调[30]。Mahooti等研究表明接受双歧杆菌治疗的小鼠的体液和细胞免疫都得到了强烈诱导，肺中白细胞介素的产生水平降低，存活率提高[31]。长双歧杆菌可刺激PEC (小鼠腹腔渗出细胞)释放IL-1。分叉双歧杆菌的脂磷壁酸(Lipoteichoic Acid, LTA)、细胞壁肽聚糖(Whole cell Peptidoglycan, WPG)、培养乏液(Spent Culture, SC)对脾NK、LAK细胞活性和IFN-γ活性以及PECIL-1、IL-6、TNF活性均有增强作用，其中LTA活性最强，WPG次之，SC也有一定的作用[32]。

经口摄入双歧杆菌可介导肠道免疫分泌产生slgA [33]。Jason等研究数据表明双歧杆菌单独口服给药改善肿瘤控制程度与细胞程序性死亡配体(PD-L1)特异性抗体治疗相同，若联合治疗几乎阻止了肿瘤生长[34]。从上述可知双歧杆菌在机体发挥的免疫调节作用不可忽视，其与药物联合作用可继续探索，其中通过微生物群调节癌症免疫疗法可以作为一大研究方向，另外对双歧杆菌的免疫调节作用分子层面机制也还需要更多的研究来完善补充。

5. 降血糖、血压、血脂作用

5.1. 双歧杆菌降血糖作用

多项研究显示双歧杆菌能够调节机体血糖水平，起到降低血糖的作用。研究表明双歧杆菌三联活菌可用于II型糖尿病的辅助治疗[35]。在糖尿病患者中补充多品种益生菌8周可以防止FPG (空腹血糖值)的升高，并导致血清hs-CRP (超敏C反应蛋白)的降低和血浆总GSH (谷胱甘肽)的增加[36]。妊娠糖尿病患者每天摄入含双歧杆菌和乳杆菌的酸奶9周可缓解胰岛素抵抗情况[37]。

5.2. 双歧杆菌降血压作用

双歧杆菌对ACE酶有较高的抑制活性，从而起到降低血压作用[38] [39]。Robles-Vera等说明了动物双歧杆菌Bifidobacterium breve CECT7263 (BFM)在自发性高血压的预防中发挥了重要作用[40]。运用双歧杆菌抑制ACE活性、调节肠道菌群可以实现对机体血压的调控。高血压患者的双歧杆菌含量明显低于健康人群，高血压患者的肠道菌群易发生紊乱，可以作为高血压干预的新靶点[41]。

5.3. 双歧杆菌降血脂作用

双歧杆菌能够通过对胆汁酸盐共沉淀与菌体同化胆固醇途径等调控脂质代谢，同时肠道菌群与脂质代谢之间具有双向调节作用[42]。在CHIEN等的实验表明双歧杆菌同牛奶共同喂食仓鼠可以改善血清中胆固醇、肝脏脂肪、动脉粥样硬化情况[43]，可以继续研究双歧杆菌在健康保健方面的拓展。

补充双歧杆菌可以增强肠道屏障功能，防止机体吸收脂多糖，改善机体内的炎症状态，促进胰岛素分泌，改善胰岛素抵抗，减轻胃肠道症状[37]。从上述可知双歧杆菌在机体血糖、血压、血脂的调节方面发挥着不可忽视的作用，双歧杆菌与其他药物的联合使用的临床效用还需要更多研究去验证。

6. 营养作用

双歧杆菌可合成多种消化酶。其可以通过释放多种酶，例如糖苷酶、β糖苷酶、半乳糖苷酶等，分解大分子物中的糖类、糖苷、淀粉及纤维素，来提高营养物质的消化吸收率，改善全身和局部黏膜的营养代谢和免疫保护状况。双歧杆菌还可以向宿主提供一些蛋白质，双歧杆菌的菌体上蛋白可以进入宿主(婴幼儿)的血蛋白中，其中，双歧杆菌的氮的80%可被宿主吸收，75%可以成为宿主蛋白的组成部分。研究发现，这种菌属能通过磷蛋白磷酸酶将乳汁中α-酪蛋白降解，促进乳蛋白的吸收[44]。

双歧杆菌还可以改善机体代谢功能。双歧杆菌可以调控肠道内氨基酸和尿素的形成，降低人体血氨浓度[45]。

由此可见，双歧杆菌可以通过产生多种有机酸，合成氨基酸或维生素等营养物质，产生生物活性物质和短链脂肪酸，合成多种消化酶以及改善机体代谢功能来发挥营养作用。

7. 抗衰老作用

双歧杆菌能增加机体内超氧化物歧化酶(SOD)的含量和活性。有研究者通过16SrRNA测序和生物信息学分析，表明青春双歧杆菌可以延长几个物种寿命和健康状态，其还具有显著的抗衰老作用，可以明显增加血液中SOD的活性和含量，从而对减少自由基的氧化作用和人体细胞的损伤有很明显的作用，具有延年益寿的功效[46]。

双歧杆菌具有缓解皮肤衰老和抗肠道老化作用。早期报告表明，口服益生菌有助于缓解皮肤衰老的几种适应症，包括皮肤pH呈酸性、氧化应激、光损伤和皮肤屏障功能障碍[47]。细菌种类中尤其是乳酸杆菌和双歧杆菌，以光保护方式与皮肤成纤维细胞相互作用，从而表现出抗衰老作用[48]。

双歧杆菌为机体的益生菌，表面的脂磷壁酸(LTA)和胞外多糖(EPS)对延缓衰老也发挥一些作用。LTA是双歧杆菌菌群发挥其生理功能重要的分子之一，有实验证明双歧杆菌LTA能够逆转D-半乳糖引起的小鼠Klotho基因表达下降，提高机体的抗氧化能力[49]。有些研究显示，经过H₂O₂诱导细胞衰老，与年轻的对照组相比较，衰老的模型组细胞p21的表达有增高，细胞周期蛋白E (cyclin E)和周期蛋白依赖性蛋白激酶2 (CDK2)表达有所降低，而双歧杆菌的LTA能够逆转上述的变化，证明双歧杆菌的LTA能够延缓H₂O₂诱导细胞衰老，cyclin E和CDK2表达水平有关[50]。

目前，研究发现益生菌可以通过调节机体免疫系统延缓衰老。Ouwehand与Turchet等对双歧杆菌与乳杆菌进行了研究，发现菌株可以调节免疫系统，降低体内炎症水平，降低感染率[51] [52]。赵亮等也以秀丽隐杆线虫为模型研究了双歧杆菌的抗衰老功能，发现双歧杆菌可以通过调节线虫免疫信号通道中的DAF-16转录因子的活性，延长线虫的寿命[53]。

综上所述，双歧杆菌具有良好的抗氧化活性，通过增加机体内SOD的含量和活性，分泌γ-谷氨酰半胱氨酸，减缓肠道老化作用和缓解皮肤衰老，加上双歧杆菌的LTA和EPS的作用，抑制腐败菌生长以及调节机体免疫系统等方面来发挥抗衰老作用。

8. 结语

本文探讨了双歧杆菌在人体肠道微生物群落中的重要作用，包括抗肿瘤、抗感染、降血糖、降血脂、降血压、营养和免疫调节等。双歧杆菌作为益生菌，能够增强免疫功能、调节肠道微生态平衡、增强肠道黏膜屏障功能、控制内毒素血症、促进肠黏膜损伤修复。双歧杆菌在免疫调节方面具有重要作用，能调节先天免疫系统，对适应性免疫具有积极影响，使机体处于免疫平衡状态。此外，双歧杆菌具有降血糖、血压、血脂作用，可改善蛋白质代谢，提高肠道内营养物质的吸收，调控肠道内氨基酸和尿素的形成，降低血氨浓度，改善宿主机体代谢功能。双歧杆菌还能产生多种生物活性物质，如氨基酸、维生素、抗氧化剂等。因此，进一步研究双歧杆菌的生物作用及其机制，可为临床研究提供一定的参考价值。

基金项目

四川省科技计划联合创新专项(2022YFS0629-C1)，四川省大学生创新创业项目(S202310632282)。

NOTES

^*通讯作者。