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                腸道微生物與健康:從益生菌到后生元

                腸道微生物與健康:從益生菌到后生元

                1. 益生菌(Prebiotics)


                在人類和動物腸道健康維護中,微生物調控尤其是有益菌群的構建一直是人們關注的熱點,其中較為成熟和有效的措施之一便是益生菌的使用。益生菌指的是“當給予足夠的量對宿主健康有益的活的微生物”,它可以通過競爭性排除致病菌、調節和穩定腸道共生菌群、增強腸上皮屏障功能和調節腸道粘膜免疫等機制來保護腸道,這些益生機制的發揮需要建立在一定數量的活菌基礎上。

                然而,由于益生菌(尤其是乳酸菌)自身不耐氧、不耐高溫和不耐儲存的特點使得益生菌在進入靶向位置前活菌數量會有不同程度的減少,甚至失活,此外益生菌應用過程中潛在的細菌感染風險及菌株耐藥基因轉移等問題也促使研究人員開始關注非活性微生物及其微生物代謝產物帶來的益生活性。

                2. 后生元(Postbiotics)

                近年來,越來越多的研究發現,除了活菌體外,益生菌的代謝產物、裂解提取物、細胞壁組分甚至培養上清,也都能表現出明顯的益生作用,但是這一類具有健康功效的組分一直未有正式命名和明確定義。2019年,國際益生菌和益生元科學協會(International Scientific Association of Probiotics and Prebiotics, ISAPP)召集了專門從事營養學、微生物生理學、胃腸病學、兒科、食品科學和微生物學的專家小組,并于2021年在《Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology》正式發布共識聲明(圖1),將這一微生物研究領域的新類別歸類為后生元(Postbiotic)。

                圖1 2021ISAPP后生元共識聲明文章

                后生元的定義為對宿主健康有益的無生命微生物和/或其成分的制劑,包括無生命的菌體、菌代謝產物和/或菌裂解后成分。其中,代謝產物主要有胞外多糖、短鏈脂肪酸、細菌素和有機酸等;菌體成分主要有脂磷壁酸、磷壁酸、肽聚糖、衍生多肽和細胞表面蛋白等(表1)。

                表1 后生元定義及其主要組成

                后生元

                內容

                定義

                對宿主健康有益的無生命微生物和/或其成分的制劑,包括滅活菌體、代謝產物和/或菌體裂解成分

                組成

                菌體成分:脂磷壁酸、磷壁酸、肽聚糖、衍生多肽、細胞表面蛋白等;

                代謝產物酶、胞外多糖、短鏈脂肪酸、細菌素和有機酸等



                3. 從益生菌到后生元

                3.1 安全性和穩定性

                從益生菌和后生元的定義來看,益生菌強調的是活菌,而后生元則是不含有活菌,即通過一定的方式有意對微生物細胞進行滅活,有或沒有代謝產物或者細胞成分。由于后生元不含有活菌,因此其天然具備安全性高和穩定性強的特點,很好地解決了益生菌在應用過程中遇到的難點,極大地擴展了后生元的商品型態和適用場景。

                3.2 有效性

                盡管后生元在機體內的作用機制目前尚不明確,與機體內相關信號通路的聯系也尚未建立,但越來越多的研究表明后生元具有抗炎、免疫調節、抑菌、抗氧化、抗高血壓等活性,產生增強免疫、平衡腸道菌群、調節生理機能等多項健康益處。后生元在目標宿主中介導健康效應的能力可能由許多不同的機制驅動。在某些情況下,這些機制可能與已知的益生菌類似。這些機制可以獨立作用,也可以聯合作用。根據現有研究成果,ISAPP回顧了可能驅動后生元功效的機制(圖2)。


                圖2 后生元的假設作用機制及其利用的效應分子實例

                4 總結與展望

                后生元是對宿主健康有益的無生命微生物和/或其成分的制劑,主要包括滅活菌體、細菌代謝產物以及菌體細胞裂解物等組分。在微生物研究領域,后生元是近些年興起的一個研究熱點,也是腸道健康新的解決方案。

                相比于益生菌,后生元具有耐氧耐高溫、耐加工和耐久存等突出優點,且不存在細菌細菌移位、耐藥性基因傳遞或者致病菌污染等嚴重安全隱患,不需要定植就能發揮平衡腸道菌群、增強免疫、調節生理機能和促進動物健康生長等作用。

                隨著后抗生素時代的來臨,后生元將成為一類具有廣闊應用前景和巨大商業價值的新型飼料添加劑。

                5 參考資料

                [1] Salminen S, Collado M C, Endo A, Hill C, Lebeer S, Quigley E M M, Sanders M E, Shamir R, Swann J R, Szajewska H, Vinderola G. The International Scientific Association of Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of postbiotics[J]. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 2021, 18(9): 649-667.

                [2] 童雨翠, 張靜, 陳霈瑤, 郭賀楠, 華正昌, 張日俊. 后生素:一類具有潛力的新型飼料添加劑[J]. 飼料工業, 2021, 42(18): 12-17.

                [3] Wegh C, Geerlings S Y, Knol J, Roeselers G, Belzer C. Postbiotics and their potential applications in early life nutrition and beyond[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2019, 20(19): 4673.

                [4] Aguilar-Toalá J E, Garcia-Varela R, Garcia H S, Mata-Haro V, González-Córdova A F, Vallejo-Cordoba B, Hernández-Mendoza A. Postbiotics: An evolving term within the functional foods field[J]. Trends in Food Science & Technology, 2018, 75105-114.

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