植物乳桿菌生理特性及益生功能研究進展

武萬強，王琳琳，趙建新，張灝,2，陳衛(wèi),2*

1(江南大學 食品學院，江蘇 無錫，214122)2(國家功能食品工程技術研究中心，江蘇 無錫，214122)

植物乳桿菌是一類革蘭氏陽性的乳桿菌，在自然界中廣泛存在，尤其是分布在各類發(fā)酵食品中，如蔬菜、肉、乳制品及葡萄酒等。同時植物乳桿菌也存在于人體胃腸道中，是人體胃腸道內(nèi)的益生菌群，對人體健康具有很大的促進作用[1]。目前大量研究表明，植物乳桿菌具有調(diào)節(jié)免疫功能、調(diào)節(jié)慢性代謝性疾病、拮抗致病菌感染、調(diào)節(jié)腸道功能、調(diào)節(jié)精神和神經(jīng)功能等多種健康功效，同時植物乳桿菌益生功能的臨床研究也在逐漸展開?；谥参锶闂U菌良好的生理特性及益生功能，植物乳桿菌在食品、動物飼料、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療保健等領域被廣泛應用，國內(nèi)外學者對其研究也越來越深入。因此本文將主要綜述國內(nèi)外植物乳桿菌基因組學、營養(yǎng)代謝規(guī)律、耐脅迫機制、益生功能及臨床應用等方面的研究進展，旨在為植物乳桿菌的研究和應用提供參考。

1 植物乳桿菌基因組學研究進展

近年來，隨著高通量測序技術的快速發(fā)展以及2003年第1株植物乳桿菌的全基因組測序的完成，掀起了全世界范圍內(nèi)植物乳桿菌全基因組測序的熱潮。至 2018年10月，完成全基因組測序并提交至美國國立生物技術信息中心(National Center for Biotechnology Information，NCBI)的植物乳桿菌菌株有67株，基因組草圖304株。已完成全基因組測序的部分植物乳桿菌概況見表1。對于植物乳桿菌全基因組序列的測定，以及結合功能基因組學研究，有助于我們?nèi)妗⑾到y(tǒng)地了解植物乳桿菌基因組的結構和組成，進而從分子水平上為分析植物乳桿菌的生物學功能及應用提供依據(jù)?？v觀植物乳桿菌全基因組的基本信息，發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌具有以下特點：(1)全基因組的長度在2.9～3.7 Mb之間，是乳酸菌中基因組最大的種類；(2)G+C百分含量通常為 45%左右，而雙歧桿菌GC%含量高達60%左右，唾液乳桿菌GC%含量則低至33%左右。而植物乳桿菌與其他種類乳桿菌的重要差異在于已報道的植物乳桿菌基因組中，均有不編碼細胞壁的蛋白酶存在[2]。

2 植物乳桿菌營養(yǎng)代謝規(guī)律研究進展

植物乳桿菌屬于化能異養(yǎng)型微生物，缺少對多種化合物的合成能力，需從外界獲取生長代謝所需的營養(yǎng)物質(zhì)。如糖類、氨基酸、生長因子和礦物質(zhì)等。

表1 已完成全基因組測序的部分植物乳桿菌

續(xù)表1

Organism NameBioSampleSize/MbGC/%ScaffoldsCDSL. plantarumLZ227SAMN051625233.425 2944.343 763 082L. plantarumC410L1SAMN059669743.392 7844.424 373 076L. plantarum subsp.TS12SAMN060467893.433 6344.282 573 027L. plantarumRI-113SAMN057177153.462 9944.343 573 183L. plantarumBLS41SAMN060160493.476 0144.146 763 208L. plantarumTMW 1.25SAMN058050443.351 944.298 993 054L. plantarumTMW 1.277SAMN058050453.400 1344.222113 096L. plantarumTMW 1.708SAMN058050463.246 4844.548 852 928L. plantarumTMW 1.1623SAMN058050473.332 8844.366 553 055L. plantarumBDGP2SAMN075938673.581 5944.248 953 297L. plantarum ATCC 8014SAMN078373283.309 4744.426 353 030L. plantarumX7021SAMN081667403.407 0544.399 573 056L. plantarumK25SAMN065600503.412 1544.416 873 072L. plantarumLQ80SAMN089396833.447 6244.377 783 186L. plantarum subsp. DSM 16365SAMN101748783.350 3444.938 363 042

注：表1是 NCBI 數(shù)據(jù)庫中已完成測序的植物乳桿菌基因組的基本信息。

3 植物乳桿菌耐脅迫機制研究進展

植物乳桿菌耐脅迫主要包括耐受酸、膽鹽、滲透壓、溫度、氧化和饑餓的脅迫。具體耐脅迫機制表述如下：

3.1 植物乳桿菌耐受酸脅迫研究進展

植物乳桿菌在生長過程中發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)乳酸，進而導致菌株生長環(huán)境的變化，構成所謂的“酸脅迫”環(huán)境，為了應對各種酸脅迫，植物乳桿菌會產(chǎn)生一定的應激反應。當酸性環(huán)境引起菌體內(nèi)部失衡時，菌體為了保持細胞在酸脅迫時的穩(wěn)定性，會調(diào)動各種調(diào)節(jié)機制來應對酸脅迫。其酸應激反應機制主要包括：1) 氨的產(chǎn)生。生成NH3提高環(huán)境pH，是乳酸菌抵御酸脅迫比較普遍的一種調(diào)控機制。其中，精氨酸脫亞胺酶(ADI)系統(tǒng)是生成NH3最常見的來源，它在乳酸菌的酸耐受過程中起著重要的作用。其次還有胍丁胺脫亞胺酶(AgDI)系統(tǒng)，脲酶系統(tǒng)(urease system)及酸脅迫下的其他氨基酸代謝。其中植物乳桿菌主要是通過ADI系統(tǒng)抵御酸脅迫。2)脫羧反應。主要包括谷氨酸脫羧酶系統(tǒng)(glutamic acid decarboxylase，GAD)，蘋果酸-乳酸發(fā)酵途徑(malolactic acid fermentation，MLF)及酸脅迫下的其他脫羧反應。有研究表明植物乳桿菌通過MLF抵御酸脅迫[7]；3)受損大分子的保護或修復。主要包括：受損蛋白質(zhì)的保護或修復和受損DNA 的保護或修復。當處于酸性環(huán)境時，乳酸菌的分子伴侶、熱激蛋白等會顯著性地上調(diào)表達，從而保護目標蛋白質(zhì)的活性[8]。COHEN 等研究表明，植物乳桿菌WCFS1 的糖酵解酶類在生長到穩(wěn)定期時下調(diào)表達，而LELOIR 途徑的代謝酶，如半乳糖激酶、UDP-葡萄糖-4-差向異構酶和丙酮酸氧化酶上調(diào)表達[9]。受損DNA 的保護或修復主要指當乳酸菌遇到酸脅迫時，胞內(nèi)pH 的降低會導致DNA 的脫嘧啶和脫嘌呤。當乳酸菌有堿基缺陷或DNA 損傷時，可以利用堿基切除和核苷酸切除的方式來進行修復。有研究表明，核酸外切酶參與90%的堿基修復，被酸脅迫誘導作為保護機制[10]；4)其他保護機制，如細胞密度、生物膜的形成、雙組分調(diào)控機制及代謝途徑改變的機制(當乳酸菌面對自身酸化帶來的脅迫時，通常會在生長過程中改變某些代謝途徑，通過增加ATP 的產(chǎn)生減小酸脅迫對菌體造成的損傷)。

3.2 植物乳桿菌耐受膽鹽脅迫研究進展

植物乳桿菌發(fā)揮益生作用的前提是順利通過胃的酸性環(huán)境以及十二指腸高膽鹽環(huán)境，以活菌的狀態(tài)到達小腸和大腸，進而發(fā)揮微生態(tài)調(diào)整的功能。因此在益生菌篩選工作中，對膽鹽的耐受是益生菌必備的生理特征。植物乳桿菌耐受膽鹽的機理主要包括：1)胞外多糖的產(chǎn)生。胞外多糖作為一種多糖性質(zhì)的外層結構，有助于菌體更好地減少胃酸和膽鹽的損害。2)表層蛋白對膽鹽耐受性的影響。表層蛋白(surface layer protein，SLP)是一種在革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌，以及古細菌中都有發(fā)現(xiàn)的細胞封裝結構。由它形成了細胞最外層的蛋白層，甚至形成一個膠囊結構將細胞完全包裹起來。3)乳酸菌對膽鹽的轉(zhuǎn)化。乳酸菌中的膽鹽水解酶可以將對菌體毒性較高的初級膽鹽轉(zhuǎn)化為毒性較低的次級膽鹽，從而提高菌株在腸胃道的生存率。4)膽鹽耐受的應激反應。已有學者研究發(fā)現(xiàn)通過膽鹽脅迫，植物乳桿菌中抗氧化酶類基因、離子泵蛋白基因、膜蛋白基因、轉(zhuǎn)錄調(diào)控基因、膽鹽水解酶基因、多藥轉(zhuǎn)運蛋白基因、糖轉(zhuǎn)運蛋白基因等表達量都發(fā)生了變化[11]。5)膜結構的維持。膽鹽作為一種表面活性劑，可以乳化食品中的脂肪成分，而乳酸菌中95%的脂質(zhì)集中于細胞膜上的磷脂，因此細胞膜是膽鹽破壞細胞結構的位點[12]。胡斌的研究發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌菌體脂肪酸構成通過影響菌體細胞完整性而改變其膽鹽耐受能力[13-14]。

3.3 植物乳桿菌耐受滲透壓脅迫研究進展

一些研究者認為，細菌中主要運用兩類調(diào)節(jié)機制來調(diào)節(jié)細胞內(nèi)外的滲透壓：氯化鉀型及相容性溶質(zhì)型。大多數(shù)中度嗜鹽菌的耐鹽機制是相容性溶質(zhì)型[15]。乳酸菌對抗?jié)B透壓脅迫的機制主要包括：(1)恢復胞內(nèi)離子平衡。包括：1)Na+轉(zhuǎn)運體，一些膜蛋白能直接或間接調(diào)節(jié)細胞膜對鹽離子的通透性，從而參與滲透壓的調(diào)節(jié)。其中，細胞膜上的Na+/H+反向轉(zhuǎn)運蛋白是微生物外排Na+的主要途徑[16]。有研究表明，在植物乳桿菌中發(fā)現(xiàn)了編碼Na+/H+反向轉(zhuǎn)運蛋白的基因，高滲條件下Na+/H+反向轉(zhuǎn)運蛋白將胞內(nèi)Na+排出，降低Na+在代謝活躍部位的積累，從而減輕Na+對細胞的毒害作用[17]；2)K+轉(zhuǎn)運體，當細胞受到鹽脅迫時，除了外排Na+外，細胞通常還會增加K+的吸收，恢復Na+/K+，從而恢復細胞內(nèi)水和離子平衡。而有研究發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌胞外鹽濃度的變化對胞內(nèi)K+的濃度沒有顯著的影響[18]；3)H+轉(zhuǎn)運體。(2)吸收或合成相容性溶質(zhì)。對于大多數(shù)微生物來說，都可以積累多種相容性溶質(zhì)，但起主要作用的往往是其中的一種或幾種。不同的乳酸菌積累相容性溶質(zhì)的種類也存在差別(表2)。(3)改變細胞壁/膜的組成。(4)調(diào)節(jié)應激蛋白表達。(5)調(diào)節(jié)胞內(nèi)代謝平衡。

表2 部分乳酸菌利用相容性溶質(zhì)情況

注：+，可利用；-，不可利用；nd，沒有檢測到。

3.4 植物乳桿菌耐受溫度脅迫研究進展

植物乳桿菌最適生長條件一般在中溫，但在工業(yè)生產(chǎn)中，植物乳桿菌往往則會面臨不同溫度的脅迫，如低溫刺激下，植物乳桿菌擴散和細胞膜的轉(zhuǎn)運速度降低。核糖體轉(zhuǎn)錄和翻譯過程受到抑制，導致蛋白質(zhì)的合成量減少，細胞骨架遭到破壞，造成細胞膜的流動性發(fā)生改變，細胞膜的通透性增加，從而造成細胞的代謝損傷[21]。植物乳桿菌為了應對低溫變化，則會：1)提高膜脂質(zhì)中不飽和脂肪酸的比例[22-23]；2)產(chǎn)生一系列冷休克蛋白，修復損壞的DNA 結構[24]。在高溫條件下，蛋白質(zhì)也會發(fā)生變性和降解，并最終改變細胞膜的流動性[25]。植物乳桿菌為了應對高溫變化，則會：1)誘導產(chǎn)生一系列伴侶蛋白和蛋白酶，這些蛋白被稱為熱休克蛋白[21]；2)增加膜脂質(zhì)中飽和脂肪酸的比例[6, 23]。

3.5 植物乳桿菌耐受氧化脅迫研究進展

在制約植物乳桿菌生存生長的諸多脅迫因素中，氧化脅迫有著較為特殊的地位。植物乳桿菌抗氧脅迫的機制主要包括：1)碳水化合物代謝和能量的產(chǎn)生。植物乳桿菌主要是通過糖酵解途徑生成能量。在氧化脅迫條件下, 植物乳桿菌通過提高糖酵解途徑的整體代謝水平以產(chǎn)生更多能量滿足細胞抵抗脅迫的需要[26]。2)碳水化合物轉(zhuǎn)運及利用。在氧化脅迫下、植物乳桿菌細胞增加了對不同單糖、寡糖和低聚糖的利用度,其碳源利用譜的擴增，有助于細胞產(chǎn)生更多能量和還原力,以應對環(huán)境的氧化壓力。3)胞內(nèi)氧化還原平衡和ROS解毒。在植物乳桿菌中,Trx系統(tǒng)是氧化脅迫條件下細胞存活的關鍵因素[27]。有研究者指出，植物乳桿菌在轉(zhuǎn)錄翻譯過程中可迅速地提高Trx系統(tǒng)的表達量,對于菌體在氧化脅迫發(fā)生后短時間內(nèi)穩(wěn)定細胞內(nèi)氧化還原電勢具有重要意義。4)普遍脅迫響應機制。主要是指細胞面對不同環(huán)境壓力的共同響應機制,包括對分子伴侶、蛋白酶以及一些特殊功能蛋白的誘導。有研究發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌氧化脅迫轉(zhuǎn)錄組中檢測到分子伴侶蛋白基因groES 和groEL上調(diào),分子伴侶GroES-GroEL普遍存在于細菌中,是蛋白質(zhì)正確折疊所需的分子伴侶[28]。

3.6 植物乳桿菌耐受饑餓脅迫研究進展

植物乳桿菌無論是在自然環(huán)境中還是在生產(chǎn)、應用中都不可避免地面臨著不同環(huán)境因素的脅迫。在這些脅迫中，營養(yǎng)物質(zhì)的缺失是最常見的影響因素。植物乳桿菌通常會通過進入饑餓狀態(tài)或活的非可培養(yǎng)(viable but nonculturable，VBNC)狀態(tài)達到較低的代謝水平，以適應不良環(huán)境的壓力[29-30]。植物乳桿菌在饑餓脅迫狀態(tài)下產(chǎn)生應激反應的機制主要包括：1)應激蛋白的大量表達；2)細菌進入休眠狀態(tài)[31]。在碳源缺乏或者能量缺乏時，植物乳桿菌通過控制基因轉(zhuǎn)錄、DNA 復制和細胞分裂，節(jié)約能量，進入休眠狀態(tài)。

4 植物乳桿菌益生功能研究進展

近年來，隨著腸道菌群與人體健康研究的深入開展，人類逐漸意識到調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)穩(wěn)態(tài)對人體健康至關重要。大量研究證實，益生菌具有調(diào)節(jié)腸道菌群結構，改善腸道微生態(tài)穩(wěn)態(tài)，從而促進健康的良好功效。因此，益生菌作為一種具有改善人體健康功能的飲食，被大眾廣為接受和關注，同時也吸引了越來越多科研工作者進行研究。其中，植物乳桿菌基于其良好的生理特性和益生功能，已經(jīng)成為了益生菌功能研究領域的一個熱點方向。因此，作者將概述目前國內(nèi)外植物乳桿菌益生功能的研究進展，并介紹作者所在課題組的相關研究成果，以供研究者參考。

4.1 調(diào)節(jié)免疫功能

研究表明，植物乳桿菌能通過細菌本身或細胞壁成分提高黏膜表面和血清中IgA、IgG和IgM水平，增強體液免疫；促進T淋巴細胞和B淋巴細胞的增殖，加強細胞免疫；增強單核吞噬細胞(單核細胞和巨噬細胞)的活力，刺激活性氧、溶酶體酶和單核因子的分泌，加強非特異性免疫反應[32]。下面列舉一些代表性研究成果以供參考。

PERDIGON 等對小鼠飼喂植物乳桿菌L.plantarumCRL936 后，可誘導小鼠腸上皮的IgM和派爾集合淋巴結中的免疫細胞，并增強腸道和支氣管中IgA和CD4+T細胞的免疫功能[33]。DEL等利用患萊姆病小鼠模型研究植物乳桿菌對其機體自身免疫力的調(diào)節(jié)作用，研究表明口服植物乳桿菌活菌劑可以有效地防止小鼠被細菌感染[34]。MARAGKOUDAKIS研究表明，在給山羊的飼料中添加不同劑量的植物乳桿菌 PCA 236會不同程度地提高其體內(nèi)IgA、IgG和IgM水平，對山羊免疫系統(tǒng)起到一定的調(diào)節(jié)作用[35]。DONG等發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌 NCIMB 8826 能夠增強淋巴細胞、T細胞、T細胞亞群以及NK細胞的活性，同時使IL-1β、IL-6、IL-10、TNF-α等細胞因子的活性也有不同程度地提升[36]。

4.2 調(diào)節(jié)慢性代謝性疾病功能

4.2.1 調(diào)節(jié)代謝紊亂

大量研究表明，植物乳桿菌可有效調(diào)節(jié)血糖、血脂、血壓平衡，具有改善代謝紊亂的作用[37-38]。HUANG等研究發(fā)現(xiàn)，補充植物乳桿菌L.plantarumK68發(fā)酵的果蔬產(chǎn)品，能夠降低大鼠血清中葡萄糖和胰島素的含量，有效調(diào)控胰島素抵抗指數(shù)，從而緩解代謝綜合征引發(fā)的胰島素抵抗[39]。LI等通過建立高血脂大鼠模型，發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌L.plantarumNCU116能夠顯著增加血清中高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平，降低血清中總膽固醇(TC)、總甘油三酯(TG)和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)的含量，改善血脂異常[37]。LI等發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌L.plantarumX1可通過提高2型糖尿病小鼠體內(nèi)短鏈脂肪酸的水平，緩解糖尿病相關癥狀[40]。LIU等發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌TWK10能夠顯著抑制血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)活性[41]，NEJATI等發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌PU11通過高產(chǎn)γ-氨基丁酸來抑制血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)活性[42]，表明這些植物乳桿菌具有緩解高血壓的潛在功效。

作者所在課題組近期研究發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌CCFM591和ZS2058能夠顯著緩解小鼠血糖水平異常升高，維持小鼠機體血糖-胰島素之間的穩(wěn)態(tài)；補充ZS2058顯著降低了血清中TC和LDL-C的水平，而CCFM591對血脂紊亂無顯著的改善作用；另外補充CCFM591能顯著提高小鼠糞便中短鏈脂肪酸的含量[43]。

4.2.2 調(diào)節(jié)酒精性和非酒精性脂肪肝

近年研究表明,植物乳桿菌對酒精性肝損傷具有改善作用。ZHAO等研究發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌C88對慢性酒精所致的小鼠肝損傷具有改善作用[44]。SHUKLA等研究發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌可以通過EGF受體依賴的機制，預防和減輕酒精引起的結腸上皮緊密連接的破壞、內(nèi)毒素血癥和肝損傷[45]。KIM等研究發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌LC27和長雙歧桿菌LC67可以通過抑制LPS介導的NF-κB激活，從而抑制小鼠酒精性脂肪變性[46]。作者所在課題組也篩選得到1株植物乳桿菌LP1001，研究證明其能夠顯著緩解小鼠酒精性肝損傷[47]。另外也有研究顯示，植物乳桿菌能夠調(diào)節(jié)膽汁酸代謝、調(diào)節(jié)腸道短鏈脂肪酸水平、降低血清中膽固醇水平，具有緩解非酒精性脂肪肝的潛在功效[37, 48-49]。

4.3 拮抗胃腸道致病菌感染

胃腸道致病菌感染是引起胃腸道疾病的一個重要因素。服用抗生素是治療胃腸道致病菌感染的最有效方法，然而抗生素治療也存在許多問題，如抗生素會引起胃腸道微生態(tài)環(huán)境紊亂，出現(xiàn)腹脹、腹瀉及便秘等一系列消化道病癥，甚至發(fā)生更為嚴重的不良反應，如抗生素相關性腸炎，耐藥性菌株的出現(xiàn)，導致治療反復性。因此，近年來許多研究人員探索其他拮抗胃腸道致病菌感染的新方法，如益生菌、抗氧化劑、植物化學物質(zhì)等非抗生素制劑來改進或完善現(xiàn)有的治療方案，其中益生菌在拮抗胃腸道致病菌感染方面具有顯著性優(yōu)勢。下面以植物乳桿菌為例，列舉一些代表性研究成果以供參考。

4.3.1 拮抗沙門氏菌

研究表明，植物乳桿菌能夠抑制沙門氏菌生長[50-51]、影響其毒力因子表達[52]、降低沙門氏菌對腸上皮細胞的黏附和侵襲[50, 53]、減少實驗動物腸組織及內(nèi)容物和臟器中菌載量[50-51]、調(diào)節(jié)免疫功能[53-54]、降低沙門氏菌感染引起的動物死亡率[55]等。作者所在課題組近期研究發(fā)現(xiàn)，以死亡率為判斷指標，植物乳桿菌對預防沙門氏菌感染具有菌株特異性，植物乳桿菌ZS2058能有效預防沙門氏菌感染[56]。

4.3.2 拮抗空腸彎曲桿菌

研究表明，植物乳桿菌可以有效拮抗空腸彎曲桿菌感染。如在體外抑制空腸彎曲桿菌生長[57]，下調(diào)小鼠感染空腸彎曲桿菌后的炎性因子水平[58]，降低肉雞飼養(yǎng)環(huán)境中的空腸彎曲桿菌污染程度[59]。作者所在課題組近期篩選出植物乳桿菌N8、N9，該菌株可以有效抑制空腸彎曲桿菌粘附、侵襲HT-29細胞系[60]，并且可以降低小鼠感染空腸彎曲桿菌后的病原定植量[61]。

4.3.3 拮抗幽門螺桿菌

研究表明，植物乳桿菌通過代謝抗菌物質(zhì)(乳酸、過氧化氫、細菌素等)、分泌幽門螺桿菌競爭性粘附受體、刺激黏蛋白的表達和穩(wěn)定胃黏膜等作用來抑制幽門螺桿菌定植[62-63]。作者所在課題組研究發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌L.plantarum18在體外和小鼠實驗中均能夠抑制幽門螺桿菌的生長和感染[64-65]。

4.4 調(diào)節(jié)腸道功能

研究表明，植物乳桿菌具有調(diào)節(jié)腸道功能、干預腸道疾病、維持腸道健康的作用。目前，植物乳桿菌已經(jīng)在改善便秘、腹瀉、炎癥性腸炎、結直腸癌等腸道疾病方面表現(xiàn)出良好的干預效果。植物乳桿菌調(diào)節(jié)腸道功能的作用機制主要包括：(1)調(diào)節(jié)腸道菌群，維持腸道微生態(tài)系統(tǒng)平衡；(2)調(diào)節(jié)腸道黏膜局部和系統(tǒng)免疫功能；(3)增強腸道上皮屏障功能等。下面列舉一些代表性研究成果以供參考。

4.4.1 調(diào)節(jié)便秘

李川發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌NCU116 能夠顯著緩解洛哌丁胺誘導的小鼠便秘[66]。彭芝榕等發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌F1208能夠顯著緩解洛哌丁胺誘導的大鼠便秘[67]。易若琨等發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌YS-1對活性炭誘導的小鼠便秘具有預防作用[68]。

4.4.2 調(diào)節(jié)腹瀉

姚國強等發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌 HM-10能夠顯著緩解犢牛的腹瀉，降低腹瀉率、腹瀉時間和死亡率[69]。NAGASHIMA等發(fā)現(xiàn)分離自日本北海道泡菜中的植物乳桿菌也能緩解小牛的腹瀉發(fā)病率[70]。

4.4.3 調(diào)節(jié)炎癥性腸病

NEMOTO等發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌 Sanriku-SU7能夠改善DSS誘導的小鼠結腸炎[71]。作者所在課題組研究發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌ZS2058通過產(chǎn)生共軛亞油酸改善DSS誘導的小鼠結腸炎[72]。

4.4.4 抑制結直腸癌

研究表明，植物乳桿菌具有抑制結腸癌細胞增殖的作用[73]。近期作者所在課題組也篩選出1株具有拮抗結直腸癌作用的植物乳桿菌 F17，在體外和動物實驗中均驗證了其有效性[74]。

4.5 調(diào)節(jié)精神和神經(jīng)功能

研究表明，腸道菌群通過作用于“腸-腦軸”來調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)，進而影響精神和神經(jīng)功能，如情緒、認知、運動功能等。目前已有報道證明，植物乳桿菌可通過調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)和“腸-腦軸”來改善精神和神經(jīng)功能。以下列舉一些代表性研究成果以供參考。

4.5.1 調(diào)節(jié)焦慮、抑郁等情緒功能障礙

LIU等證明植物乳桿菌PS128通過增加無菌小鼠紋狀體中單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，改善了無菌小鼠的焦慮行為和認知行為，提示其具有潛在的神經(jīng)和精神調(diào)節(jié)作用[75]。另外，LIU等證明,植物乳桿菌PS128通過增加小鼠腦中的神經(jīng)遞質(zhì)水平和減少腦中的炎癥水平，從而改善生命早期應激小鼠和成年小鼠的焦慮和抑郁行為，再次揭示植物乳桿菌PS128具有潛在的精神調(diào)節(jié)作用[76]。DHALIWAL等證明植物乳桿菌MTCC 9510能夠顯著改善慢性不可預知溫和應激和睡眠剝奪應激誘導的小鼠神經(jīng)和精神異常，包括改善焦慮、抑郁、認知和刻板行為等。進一步研究顯示植物乳桿菌MTCC 9510通過調(diào)節(jié)應激小鼠的腸道菌群、腸道炎癥水平、腸道屏障和血腦屏障完整性等作用來恢復腸-腦軸正常狀態(tài)，從而改善應激小鼠的神經(jīng)和精神狀態(tài)[77]。DAVIS等證明植物乳桿菌能夠顯著改善應激引起的斑馬魚焦慮行為和腸道菌群失衡[78]。

4.5.2 調(diào)節(jié)阿爾茨海默癥等認知功能障礙

LIU等證明植物乳桿菌TWK10發(fā)酵豆奶是良好的神經(jīng)保護劑，能顯著提高血管性癡呆大鼠的認知功能[79]。MALLIKARJUNA等研究表明植物乳桿菌MTCC1325能夠顯著改善D-半乳糖誘導的AD大鼠腦中總ATP酶水平，具有延緩神經(jīng)退變的潛在功效[80]。NIMGAMPALLE等進一步研究證實植物乳桿菌MTCC1325能夠顯著改善D-半乳糖誘導的AD大鼠的認知功能[81]。

4.6 減除有害因子

在人類日常生活和生產(chǎn)過程中，存在著許多會影響人類健康的有害因子，包括物理性污染物(如有害金屬)、化學性污染物(如塑化劑、全氟化合物)、生物性污染物(如展青霉素)等。因此亟待開發(fā)高效的清除方法來減除這些有害因子的危害。研究表明，植物乳桿菌具有良好的清除有害因子的功效，為開發(fā)新型清除有害因子的策略研究提供了新思路。以下列舉一些代表性研究成果以供參考。

4.6.1 清除有害金屬

有害金屬污染已成為嚴重的食品安全衛(wèi)生問題，最為典型的有害重金屬是鉛、鎘、鋁等。針對清除有害金屬方面的研究，作者所在課題組篩選得到1株對鉛離子具有較強吸附能力的植物乳桿菌 CCFM8661[82]；篩選得到1株對鎘具有極強吸附能力的植物乳桿菌 CCFM8610[83-86]，其吸附鎘能力顯著高于商業(yè)益生菌株如鼠李糖乳桿菌 LGG 及干酪乳桿菌代田株；篩選得到一株對鋁離子具有較強吸附能力的植物乳桿菌 CCFM639[87-90]，并且均在動物實驗中證實了其清除有害金屬的高效性及分子機制。

4.6.2 清除塑化劑

研究證明，人類日常生活中廣泛使用的塑化劑，鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)可經(jīng)過多種途徑進入人體并蓄積在臟器組織中，對人體產(chǎn)生多種毒性作用。目前研究主要通過VE、茶多酚、兒茶素等具有抗氧化活性的物質(zhì)來緩解DEHP進入機體后產(chǎn)生的毒性[91-93]，但這些方法的改善效果仍不理想。作者所在課題組首次采用植物乳桿菌進行體內(nèi)干預DEHP毒性的研究，通過動物實驗證明植物乳桿菌CCFM1019可通過吸附和抗氧化的協(xié)同作用，緩解DEHP引起的機體損傷，為緩解塑化劑毒性研究提供了新思路。

4.6.3 清除全氟化合物

目前研究主要是通過攝入抗氧化物質(zhì)來降低全氟化合物的毒性損傷，但往往需要攝入大量抗氧化物質(zhì)才能發(fā)揮作用，其副作用尚需評估[94]。近期作者所在課題組已經(jīng)篩選出分別對典型全氟化合物——全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)，具有較強吸附能力的植物乳桿菌CCFM738和CCFM737；并且通過動物實驗證實植物乳桿菌CCFM738和CCFM737分別緩解了PFOA和PFOS引起的肝損傷[95]。

4.6.4 清除展青霉素

展青霉素是某些真菌產(chǎn)生的具多靶器官毒性的不飽和雜環(huán)內(nèi)酯型毒素，已成為影響食品和飼料安全的重要風險因素。ZOGHI證實了植物乳桿菌的表面層蛋白質(zhì)是其與展青霉素的結合位點，植物乳桿菌最高可從果汁中去除 91.23%的展青霉素[96]。作者所在課題組也發(fā)掘出能夠清除展青霉素的植物乳桿菌株，在6 h內(nèi)可降解展青霉素高達90%，將其降解為展青霉素前體物質(zhì)E-ascladiol，其毒性明顯降低；同時該菌株在動物體內(nèi)也可以顯著緩解展青霉素毒性。

5 植物乳桿菌臨床應用研究進展

目前，植物乳桿菌已經(jīng)在動物模型中展現(xiàn)出良好的益生功能，但其對人體益生功效的臨床研究仍然處在初步階段。已有臨床研究表明，通過攝入植物乳桿菌或其發(fā)酵食品，能夠?qū)θ梭w產(chǎn)生一些特定的益生功效。以下列舉一些代表性研究成果以供參考。

5.1 調(diào)節(jié)免疫功能

MANE等通過臨床研究發(fā)現(xiàn)服用L.plantarumCECT7315和L.plantarumCECT7316均能夠增強老年人的機體免疫力[97]。HARIMA-MIZUSAWA等通過臨床研究證實，服用L.plantarumYIT 0132發(fā)酵的柑橘汁能夠顯著緩解柳杉花粉引起的過敏癥狀[98]。

5.2 調(diào)節(jié)慢性代謝性疾病

在臨床研究中，HARIRI 等證實L.plantarumA7可調(diào)節(jié)血糖水平，增加胰島素敏感性，緩解機體代謝紊亂[99]。另外，臨床研究表明服用L.plantarumA7 能夠顯著改善2型糖尿病腎病患者的腎臟功能[100]。MALIK等通過臨床研究證明，服用L.plantarum299v能夠顯著改善男性冠狀動脈疾病患者的血管內(nèi)皮功能，并減輕炎癥[101]。KIRPICH等通過臨床研究證實，服用植物乳桿菌8PA3和兩歧雙歧桿菌，能夠顯著改善酒精性肝損傷，效果好于標準治療方法[102]。

5.3 調(diào)節(jié)腸道功能

HIGASHIKAWA等通過雙盲隨機人群試驗，證明植物乳桿菌L.plantarumSN13T 發(fā)酵酸奶能夠顯著緩解便秘[103]。另外，服用L.plantarum299v 4周能夠顯著緩解腸易激綜合癥患者的腹痛和腹脹現(xiàn)象[104-105]。

5.4 調(diào)節(jié)精神和神經(jīng)功能

通過雙盲隨機安慰劑對照人群試驗，RUDZKI等證明植物乳桿菌L.plantarum299v能夠顯著改善抑郁患者的認知功能，進一步研究表明是由于植物乳桿菌L.plantarum299v顯著降低了抑郁患者體內(nèi)的犬尿氨酸濃度[106]。通過雙盲隨機安慰劑對照人群試驗，LEW等證明植物乳桿菌P8能夠顯著改善人群的焦慮、抑郁、記憶、認知等行為[107]。

5.5 其他益生功能

6 結束語

近年來隨著科學技術的迅猛發(fā)展，國內(nèi)外學者對植物乳桿菌的生理特性及益生功能研究也越來越深入。目前植物乳桿菌已經(jīng)被廣泛地應用于食品、動物飼料、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療保健等領域，具有巨大的市場需求和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

目前植物乳桿菌已經(jīng)在動物模型中展現(xiàn)出良好的益生功能，但對于部分功能的研究仍處于基礎理論研究階段，在臨床實驗和生產(chǎn)應用上還未成規(guī)模，未來還需要更多精確、大規(guī)模、深入的臨床研究加以驗證。

隨著多組學技術的日益成熟，多組學技術在植物乳桿菌研究領域的應用日益受到青睞和重視。未來需綜合應用基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學和代謝組學研究模式，揭示植物乳桿菌的遺傳信息；解析其生理和代謝機制，研究植物乳桿菌應對生理和環(huán)境變化的適應機理；挖掘其重要的功能基因，探明其發(fā)揮有益功能的分子機制。綜合應用多組學技術將會為植物乳桿菌更深入的理論和應用研究提供充分保障。