凝結芽孢杆菌的益生特性及機制研究進(jìn)展

發(fā)表時(shí)間：2023-04-14 媽廠17:42

凝結芽孢杆菌( Bacillus coagulans)是山場一種(zhǒng)産芽孢的乳酸菌，因顯著的益生特都刀性而備受關注，成(chéng)為研究熱點并被(bèi)逐漸應用。研究發(話船fā)現，凝結芽孢杆菌主要通過(guò)提高免疫力、調雨空節消化道(dào)微生态平衡和促進匠身(jìn)營養物質的消化吸收等三種(zhǒng)途徑改善機體的健康，錢書在大健康背景下具有重要的研發(fā)意義。由腦秒于具有以上益生特性，從而廣泛應用于保健食品和益生菌食品中，凝結芽孢杆文雪菌有助于治療由不同炎症因子引起(qǐ)的多種(zhǒng)免疫疾病，并且緩女些解各種(zhǒng)消化道(dào)疾病，發(fā)揮和河益生作用。今天這(zhè)篇文章在詳細剖析凝結芽孢杆菌益生特性的基礎上，借計但助于本領域的相關研究，深入探究和讨論其在食品領域的應用機制，并探讨了凝結芽他商孢杆菌未來發(fā)展趨勢，旨在為健康中體吧國(guó)和食品安全國(guó)家戰略的實施助力。

一、凝結芽孢杆菌調節消化道(dào)微生态平衡的作用及機制

1.1凝結芽孢杆菌調節消化道(dào)

微生态平衡作用調節消化道(dào)微生态平衡是凝結芽好窗孢杆菌的益生特性。凝結芽孢杆菌芽孢以食用口服方式進(jìn)入人體，在在月口腔中進(jìn)行物理消化和酶降解之後(美這hòu)，經(jīng)過(guò)蠕動內歌通過(guò)食道(dào)運輸到(dào)胃，胃液的存在使凝結芽孢一歌杆菌芽孢難以萌發(fā)。對(duì)于成(chéng商畫)年人來說(shuō)，這(zhè)一階段大約兵笑需要3h，然後(hòu)芽孢通過(guò)胃部消化環境後(h熱畫òu)，開(kāi)始在十二指腸内萌發(視爸fā)，并在小腸上部增殖。通常，凝結杆菌在小腸的停留時(一事shí)間為2~5h。最後(hòu)，存活的凝結芽們校孢杆菌將(jiāng)向(xiàng)下運動明務到(dào)大腸，并在結腸下部形成(chén做用g)芽孢。凝結芽孢杆菌的産芽孢特性使其擁有極高的抗腦鄉逆性，保障該菌能(néng)通過(guò)消化道(dào)的複雜環境，最朋請終在腸道(dào)定植，進(jìn慢問)而增加益生菌的數量，抑制緻病菌，從而改善腸道(d風藍ào)菌群結構，調節消化道(dào)微快視生态平衡。

1.2 凝結芽孢杆菌調節消化道(dà民錯o)微生态平衡機制

凝結芽孢杆菌可以分泌細菌素等抑菌物質來抑制緻病微生物的生長(chá雨化ng)，從而改善消化道(dào)微生态。Abada等從一株凝結芽孢杆菌中表征獲得一種(zhǒng)細菌素費廠，具有耐熱性和廣譜抗菌譜，可以抑制緻病菌。凝結芽孢杆菌L1南就208可以分泌一種(zhǒng)抑制腐敗菌的生長(chá鄉上ng)的新型細菌素-凝固素L1208。細菌素的殺菌機制主要分為破壞細胞膜和抑制基因表達兩(liǎng)方面(mià腦吧n)。帶正電的多肽通過(guò)靜電吸引結合到(dào)帶負電的細筆通菌細胞膜上，其C-端具有α-螺旋結構放河，通過(guò)疏水作用與磷脂結合樹國，磷脂插入細胞膜，破壞細胞膜結構，導緻孔的錯都形成(chéng)。細菌素和肽市紅聚糖結合，抑制肽聚糖合成(chéng)，形成(c購商héng)孔洞。Zhang等研究發(fā)現，凝結芽孢杆菌CGMCC 9951産生的飛厭細菌素可以誘導單增李斯特菌細胞膜損傷，導緻酶、核酸、蛋白質、內木三磷酸腺苷和鉀離子等細胞内容物發看地(fā)生洩漏。細菌素還(hái)可以通過(guò)抑制離家基因表達來抑制緻病微生物的生長(cháng)。有些凝結芽孢杆菌産生的細菌素還(hái)可以如媽通過(guò)跨膜作用進(jìn)入細胞，幹擾細胞的正常生命有大活動。凝結芽孢杆菌CGMCC 9951産生的細菌素還(hái)可以這車插入DNA螺旋槽和DNA相結合，從而影響DNA的結構和功能志喝(néng)，導緻基因組DNA的失活，進(jìn)而抑外房制緻病微生物。凝結芽孢杆菌CGMCC 9951可以産生一種(zhǒng)科鄉環狀結構的細菌素，環狀結構可維持細菌素結構完整性并增強生物花學活性，有利于其加工、儲存和應用。

此外，凝結芽孢杆菌還(hái)可以通過(guò分開)調節消化道(dào)環境來促進(jìn)益生菌生長(cháng)并影習抑制緻病菌，進(jìn)而改善機體消化道(dào)微生态。凝結芽孢杆菌有利于形成(chéng)一個厭氧和酸性的消化家舞道(dào)環境，這(zhè)種(zhǒng)環境不适合緻病菌生長(cháng畫廠)，從而促進(jìn)了益生菌的生長(很件cháng)。凝結芽孢杆菌可以産生L型乳酸，降低消化道北雪(dào)環境pH，抑制緻病菌，并為乳酸菌等益生菌提供更有利的生鄉站長(cháng)環境。凝結芽孢杆菌作為兼性厭氧菌，國麗可以消耗消化道(dào)中的遊離氧，減少氧化還照還(hái)原反應。凝結芽孢杆菌RK-02産生的細胞外多糖(師遠 Extracellular Pol議飛ysaccharides， EPS )是多腦由四種(zhǒng)不同的單糖(葡萄我身糖、岩藻糖、半乳糖和甘露糖)組成(chéng)商地的單一雜聚體，這(zhè)類生物分子具有清除消化道(dào)中的通過(光購guò)各種(zhǒng)代謝反應形成(ch靜友éng)的活性氧(ReactiveOxygenSpecies， ROS)的能紅科(néng)力，因此它們具有抗氧化和自由基清除活性，從而熱身消耗消化道(dào)中氧氣，形成(chén什店g)厭氧環境。Ara等研究表明，食用凝結關雪芽孢杆菌能(néng)夠增加消化道(dào)中特定益生菌的數量，包括乳酸杆菌和不他雙歧杆菌。凝結芽孢杆菌可以提高腸道(兒冷dào)菌群中的物種(zhǒng)豐報刀度，如通過(guò)暫時(shí)性地是很增殖乳酸菌、總需氧菌和總厭氧菌以及降低腸道(dào)中的腸杆菌科的細器放菌數量，以此來改善消化道(dào)微生劇愛态和調節腸道(dào)菌群結構。此外，凝結芽孢杆菌還(hái)通過(鐘去guò)增加拟杆菌門細菌和減少厚壁菌門微生物，緩解了過(guò舊近)敏原誘導的腸道(dào)菌群失調。Wang等研究使來化用了包含凝結芽孢杆菌的益生菌合劑，通過(guò)恢車女複腸道(dào)粘膜微生物生态，促進(jìn)短鍊脂肪酸産生吃呢，增加IL-10的表達和腸屏障功能(né書請ng)，從而減少了細菌對(duì)腸道(dào)深部組織的姐吃侵襲，維持了宿主微生物的平衡進(jìn新匠)而減輕結腸炎症狀。

另一方面(miàn)，凝結芽孢杆菌可以競争性地抑制部分消化道(dào什得)中的緻病菌，例如耐萬古黴素腸球菌，從而維持消化道(dào)微生态的白亮穩定。凝結芽孢杆菌通過(guò)種(zhǒng)群競争來抑制緻病菌在消化電日道(dào)中定植和侵襲來降低緻病菌感染風險。一項研究表明，凝結芽喝樹孢杆菌可以被(bèi)用于預防沙門門氏菌感染，件技它們會(huì)在腸道(dào)内與沙門電話氏菌競争，并增強宿主黏膜免疫系票麗統，延遲沙門氏菌向(xiàng)淋巴結、脾髒和肝髒問離的滲透，減少炎症介質，減少氧化應激商可，并減少血液和生化變化，提升宿主對(duì)沙門氏菌的免疫能(néng)力。通照來過(guò)調節消化道(dào)微生物區系豐度，凝結芽孢杆菌還(hái)國器可以減輕鉛對(duì)腸道(dào)絨毛的損傷。凝結芽孢杆菌通過(guò外了)改善消化道(dào)微生态對(duì)消化道(dào)疾病具有防控作黑低用，例如急性腹瀉、腸易激綜合征、便秘和結腸炎，因此食用凝結芽孢杆菌逐步應化海用于大健康産業。

二、凝結芽孢杆菌的促進(jìn)營養物質消化吸收作用及機制

2.1凝結芽孢杆菌促進(jìn)營養物質消化吸收作用坐有

凝結芽孢杆菌的益生特性還(hái)包括促進(jìn)機體對(duì)營養物北話質的消化吸收。Stecker等研究發(fā)現內開，在濃縮牛奶等蛋白質中添加凝結芽孢杆菌GBI-30，6086可以促進小草(jìn)氨基酸吸收并顯著促進(jìn)精氨酸和異亮氨酸吸收些得，進(jìn)而提升蛋白質消化吸收速率農關。這(zhè)對(duì)于那些由于衰老或消化道(dào)損害等因素而風道無法吸收較大劑量蛋白質的人具有一定意義。凝結芽孢杆菌還(hái)可以促進(jì刀女n)機體消化吸收乳糖，緩解乳糖不耐受症。凝結芽孢員商杆菌還(hái)有利于澱粉和脂肪在機多雪體内的分解。

2.2凝結芽孢杆菌促進(jìn)營養物質消化吸收機制

凝結芽孢杆菌可以通過(guò)酶的産生影響消化道(dào)中參與消化吸收的民友物質産生以及改善腸道(dào)細胞鐵黃健康，來促進(jìn)機體對(事通duì)營養物質的消化吸收，參見圖3。Aulitto等研究顯示，見間凝結芽孢杆菌MA-13可以産生β-半乳糖苷酶場姐和α-半乳糖苷酶用于分解乳糖。凝結芽孢杆菌産生的半乳糖苷酶可以分解乳糖進話人(jìn)而有效緩解乳糖不耐受症。凝結芽孢杆菌不僅可以産生a-澱粉酶和脂肪酶唱湖，還(hái)可以通過(guò)分解葡萄糖等糖類産生乳酸，其中混合糖可以腦有提高産乳酸效率，該菌還(hái)可以分解木質纖維素水解物。凝結門的芽孢杆菌IPE22能(néng)夠分泌足夠活些近性的澱粉酶，充分水解澱粉後(hòu)并進(jìn)一中少步産生乳酸。凝結芽孢杆菌GBI-音在30， 6086菌株已被(bèi)證明能(néng)産生多種(zhǒn地國g)酶，將(jiāng)蛋白質和碳水化合物降解成(chéng)小分朋妹子肽和遊離氨基酸，從而促進(jìn)小腸上部的新陳代謝都物，提高了蛋白質利用率，改善結腸的腸道(dào)環境，減少有毒代謝物。雜也此外，凝結芽孢杆菌還(hái)可以改善腸道(dào)細胞健康，從而跳議促進(jìn)機體對(duì)營養物質的消化吸收。凝結芽孢杆菌可以歌弟通過(guò)減少炎症，顯著改善腸道(匠開dào)細胞健康，從而通過(guò)改善絨毛吸收區域的腸道(dào)細胞發(f舊信ā)育來增強機體對(duì)營養物質志員的消化吸收。凝結芽孢杆菌還(hái)可以刺激腸道(dào)蠕動，減家就少胺等有害物質的産生，改善消化道(dào)代我房謝環境，從而促進(jìn)對(duì)營養物質的消化吸收。志放

三、凝結芽孢杆菌的免疫調節作用及機制

3.1 凝結芽孢杆菌免疫調節作用

改善機體免疫能(néng)力同樣(yàng)也是凝結芽校樹孢杆菌的益生特性。凝結芽孢杆菌食用後(hòu)可以顯著調節人體免疫系統平衡，調節人體免疫功電票能(néng)。Shinde 等研究發(fā)現，在正常或炎症條件下，凝結刀秒芽孢杆菌MTCC5856芽孢都(dōu)可以通過(guò)減少促我秒炎細胞因子IL-8的分泌和增加抗炎細胞因子IL-10的分泌，對(duì)H你拍T-29細胞産生顯著的免疫調節作用。滅活的凝結芽孢杆菌GBI-30，6我冷086還(hái)可以提高運動後(hòu)人體的中性粒細胞和如器單核細胞水平，影響促炎和抗炎細胞因子，從而提高人體免疫能(néng)行來力。

3.2凝結芽孢杆菌免疫調節機制

首先，凝結芽孢杆菌可以直接調節免疫細胞。Jensen等研究發(fā)現凝結芽孢我他杆菌GBI-30， 6086能(n來師éng)夠激活人體免疫細胞，以此改變了免疫激活和抗炎細胞因子及趨化因子的産生。水暗凝結芽孢杆菌可以通過(guò)産生購河乳酸來影響免疫系統，乳酸通過(guò)與潘氏細胞你笑和腸道(dào)基質細胞産生的乳酸受體G兵少pr81結合，以Wnt/B-連環蛋白信号通路刺激腸道(dào)幹細胞書市增殖。

凝結芽孢杆菌直接作用于癌細胞，誘導癌細胞裡章死亡，從而可以應用于癌症的治療。凝結芽孢杆菌的熱滅活培養上清液能(國路néng)更有效地誘導結腸癌細胞凋亡，可考慮用于結腸外生癌的輔助治療。與非癌性HEK293T細胞相比，凝結芽孢杆菌U熱日nique IS2使人體結腸癌、宮頸癌和慢性髓性白血病細胞系的相空細胞增殖分别降低了22%、31.7%和19.5%，促凋亡蛋白也從BAX增加，抗凋亡蛋白Bcl2減少，農湖線粒體膜電位降低，細胞色素C釋放增加。

其次，凝結芽孢杆菌還(hái)可以通過(guò)調節免疫蛋白來提高機體免舞城疫能(néng)力。腸道(dào)堿性磷酸酶(IntestinalAlkali相現ne Phosphatase，IAP)是一種(zhǒng)由腸道(那不dào)上皮細胞表達的内源性蛋白鐘河，IAP的表達功能(néng)知外喪失與腸道(dào)炎症增加、生物失調、公慢腸屏障結構受損、細菌移位以及随後(hòu)的系統性炎症有關。凝結芽孢杆如醫菌可以通過(guò)刺激腸道(dào)IAP活性來緩解腸道(dào)炎症。凝結這綠芽孢杆菌可以提高血清免疫球蛋白市和水平、上調IFN-y和IL-4來保護粘膜屏障和維持Th1/T區下h2的平衡以及促進(jìn)益生菌生長(cháng)，以此減少拿又烷化劑環磷酰胺對(duì)人體的損傷，進司訊(jìn)而提高人體免疫力。Anaya-Loyola 等白文研究發(fā)現，凝結芽孢杆菌G金友BI-30， 6068可以調節免疫蛋白TNF-a、C時科D163、G-CSF、ICAM-1、IL-6、IL-離老8、MCP-2、RAGE、uPAR和PF4等，從而提高免疫能(néng)畫時力，緩解上呼吸道(dào)和消化道(dào)症狀。凝結芽孢杆菌還(hái)可地章以通過(guò)促進(jìn)半胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶基因等凋亡為的基因的表達來誘導癌細胞凋亡。凝結芽孢杆菌通過(guò)調節免疫蛋輛讀白來緩解炎症，因此運用于臨床。包含凝結芽孢杆菌的益生員章菌混合物作為類風濕性關節炎治療的輔助補充劑，有利于緩解疾病症狀，使少慢紅細胞沉降率( Erythrocyte Sedimentat分河ion Rate， ESR) 和C火哥-反應蛋白水平顯著降低。凝結芽孢杆菌通過(工海guò)刺激抗炎細胞因子、誘導美會調節性T細胞、調節Th1/Th2平衡和抗菌物質的分泌而進(jìn)行炎症的免嗎個疫調節。凝結芽孢杆菌的免疫調節作用機還花制見。

近年來，食物過(guò)敏受到(dào)人們廣泛關注，部分研究揭示可中了凝結芽孢杆菌的抗過(guò)敏機制，為未來凝結芽孢杆這通菌在抗過(guò)敏方面(miàn)的應用提供了理論支撐。凝結芽孢杆菌能(néng)顯著改善上皮屏障功能(n人離éng)，促進(jìn)淋巴細胞增殖。凝結芽孢杆菌通過(制化guò)誘導CD4+ Foxp3+Tregs和IL-10的産生而改變Th1/T月短h2/Treg平衡，從而抑制對(duì)蝦原肌球蛋白緻敏。包含凝結芽東國孢杆菌09.712的益生菌混合理金劑還(hái)可減輕食物過(guò說機)敏引起(qǐ)的黏膜疾病。食物過(guò)敏原(如蝦原肌球蛋白)新光的攝入誘導了脾髒中過(guò)照水敏T細胞的分化，随後(hòu)小腸中的炎性細胞事地浸潤，最終導緻過(guò)敏細胞因子的産生，杯狀細胞過(guò村藍)度增殖和隐窩細胞凋亡。而益生菌混合劑的攝入技多可能(néng)通過(guò)mTOR信号通路調節消化道(dào)代謝，師電特别是氨基酸代謝途徑，誘導抗過(guò)校吧敏T細胞分化，抑制炎性細胞浸潤。凝結芽孢杆菌可以分解食物中的過(guò花讀)敏原，從而降低過(guò)敏風險。

四、凝結芽孢杆菌的其他益生特性及機制

凝結芽孢杆菌還(hái)可以直接影響人體消化道(dào)中其他物質的産生，如膽話鐵汁酸、膽固醇和短鍊脂肪酸等，從而對民化(duì)人體産生益生作用。膽汁酸是膽汁的重要組分，由肝髒分泌至消化道(d雨照ào)中，幫助消化吸收飲食中的脂質，但食用豆漿會(是我huì)顯著增加次級膽汁酸的産生，如脫氧計兒膽酸和鼠李酸，這(zhè)會(huì)影響消化學舞道(dào)環境，不利于機體的消化吸收，并提高肝髒和信窗結腸的癌症風險。但是，凝結芽孢杆菌和小個豆漿的一起(qǐ)服用可以抑制次生膽汁酸的産生，改善了消化道(dào)中膽音黃汁酸的代謝，改善了消化道(dào)環境，進(jìn)而促進(jìn)機體對你從(duì)營養物質的消化吸收。凝結芽孢杆菌還知制(hái)可以降低人體消化道(dào)中膽固醇姐老的含量。凝結芽孢杆菌MTCC5856通過(guò)多種(日得zhǒng)機制，包括膽鹽去結合、吸收膽固醇、促進(事黑jìn)膽固醇與靜息細胞和死亡細胞結合等，在消化道(dào)中幫助去除草們富含膽固醇的食物(蛋黃、肝髒和黃油)中的膽固醇，從而降低膽固醇。除此之外，凝北她結芽孢杆菌還(hái)可以産生短鍊脂肪酸，如丁酸和丙酸，丁酸能(néng)夠抑身間制肝髒中膽固醇的生物合成(chéng)，丙酸可以抑制嗎用脂肪酸的合成(chéng)，最終林遠降低膽固醇的生物合成(chéng)速率，從而空樂降低膽固醇水平，改善了消化道(dào人就)中的膽固醇代謝。

五、結論與展望

鑒于有效的益生作用和産芽孢賦予的極強抗逆的中性，凝結芽孢杆菌被(bèi)認為是一種(工國zhǒng)具有廣闊開(kāi)發(fā)前景做放的益生菌。研究表明，凝結芽孢杆菌的益生是我特性是多種(zhǒng)機制綜合協調過(g唱要uò)程的結果，涉及機體消化道(dào)微生态、窗月代謝和免疫系統。通過(guò)對(duì)東民機制的深入探究，逐漸形成(chéng)機制網絡，有利于為未來凝結芽孢杆菌的廣外雨泛應用提供全面(miàn)的理論支持。但是，凝結芽孢杆我服菌的益生特性機制探究的還(hái)不夠深入是車，未來可以在小分子代謝産物、影響免件電疫功能(néng)的代謝産物、細菌素等互喝雨作機制方面(miàn)進(jìn)一步探究海藍。評估菌株的安全性和益生特性是在食品行業應用的前提條件，因此作為益生菌，不有慢同來源的凝結芽孢杆菌安全性的評估仍需要受到(低鄉dào)關注，盡管有部分關于凝結芽孢杆菌安全性的研究，但相關研究還(há制匠i)不夠全面(miàn)。後(hòu)續研究中，可以紅南通過(guò)對(duì)基因組中活性抗生素耐藥基因、毒道物力因子基因和毒素編碼基因的檢測，進(jìn)一步探究凝結芽孢杆菌的安聽快全性，以滿足不同應用場景的需要。【王一帆，岑叢楠，劉福奇，包維臣，傅玲琳，王很慢彥波】

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