后生元和類生元的研究進(jìn)展

王婷，彭敏，童雅琴，張迎慶

（湖北工業(yè)大學(xué)生物工程與食品學(xué)院，湖北 武漢 430068）

近年來，益生菌領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注[1]。從1907年，人們發(fā)現(xiàn)微生物對健康的影響，當(dāng)時Elie Metchnikoff將保加利亞農(nóng)民的長壽與食用發(fā)酵乳制品聯(lián)系起來。1953年，“益生菌”一詞首次用于指“生命健康發(fā)展所必需的活性物質(zhì)”[2]。2001年，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO）和世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）的專家小組正式對益生菌進(jìn)行定義，益生菌是攝取適當(dāng)?shù)牧俊κ秤谜叩纳眢w健康發(fā)揮有效作用的活菌[3]。

根據(jù)目前的定義，益生菌必須是活的微生物，它不適用于死亡的細(xì)菌細(xì)胞或細(xì)胞成分。但是有研究發(fā)現(xiàn)，滅活的細(xì)菌仍然保留了其對宿主的生物活性[4-5]，所以產(chǎn)生了后生元（postbiotics）和類生元（paraprobiotics）的概念，用來表示益生菌失去活性仍然對宿主有益的成分[6]。現(xiàn)階段對于后生元和類生元還沒有明確的定義，起初，將在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的、有助于健康的生物活性物質(zhì)（包括微生物細(xì)胞、細(xì)胞成分和代謝產(chǎn)物）定義為后生元。最近，將微生物的細(xì)胞和其代謝產(chǎn)物分開來定義，后生元是由益生菌分泌的存在于無細(xì)胞的上清液中的各種代謝產(chǎn)物的復(fù)雜混合物，例如酶、分泌的蛋白質(zhì)、短鏈脂肪酸、維生素、生物表面活性劑、氨基酸、肽及有機酸等。類生元是指益生菌的滅活微生物細(xì)胞（內(nèi)含肽聚糖、磷壁酸、表面蛋白等細(xì)胞成分）或粗細(xì)胞提取物（其化學(xué)成分較為復(fù)雜）[7]。

1 后生元及類生元研究的意義

益生菌一般指活的非致病性微生物，但是有臨床研究表明，不僅益生菌的活細(xì)胞發(fā)揮著健康效應(yīng)，益生菌細(xì)胞的不同非存活部分也有可能存在一定的有益效應(yīng)[8-9]。根據(jù)生產(chǎn)和儲存益生菌產(chǎn)品的工藝條件，最終的產(chǎn)品均是包含活的和非活的益生菌細(xì)胞的混合物。通過體外試驗測定益生菌食品中活細(xì)胞（益生菌）和死細(xì)胞（后生元和類生元）的比率，并測定兩部分物質(zhì)的性能，結(jié)果顯示非活細(xì)胞的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于活細(xì)胞，且與活細(xì)胞具有同樣的作用。這一發(fā)現(xiàn)表明，益生菌產(chǎn)品對健康的影響很大一部分原因是由于在特殊條件下自然產(chǎn)生的后生元及類生元這類化合物的存在[10]。益生菌產(chǎn)品存在另一個技術(shù)問題，就是如何保持益生菌細(xì)胞的生物活性，這可能受到各種因素的影響，包括1）與食品基質(zhì)組成有關(guān)的一些因素（pH值、蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物濃度、水活性、天然抗生素的存在）；2）獲取生長發(fā)育所需營養(yǎng)物質(zhì)的途徑；3）發(fā)酵條件；4）生產(chǎn)工藝技術(shù)：如噴霧干燥、冷凍干燥或冷凍濃縮[11]。因此，不管是從技術(shù)，還是從成本的角度來看，維持益生菌的生存能力是昂貴和費時的，所以有必要獲得一些安全廉價的活益生菌細(xì)胞替代品。因此，后生元和類生元就具有作為這種替代品研究的價值。

2 后生元及類生元的制備和分析方法

2.1 后生元及類生元的制備方法

大多數(shù)用于獲取后生元和類生元的方法建立在破壞細(xì)胞的基礎(chǔ)上，包括溶劑提取、熱處理、紫外線、高壓、酶處理以及超聲波處理等[12]。然后，進(jìn)一步采用離心、柱純化、冷凍干燥等提取純化工藝生產(chǎn)后生元和類生元[13]。

2.1.1 溶劑提取

溶劑提取法是應(yīng)用最為廣泛的方法，針對不同的后生元和類生元，需要采取不同的萃取條件。有研究采用氯仿和甲醇萃取細(xì)菌中與細(xì)胞壁結(jié)合的生物表面活性劑[7]，先在最佳的生長條件下培養(yǎng)細(xì)菌，然后離心分離細(xì)胞碎片，收集上清液，調(diào)pH值至酸性，4℃下過夜，進(jìn)行酸沉淀，進(jìn)一步用溶劑（氯仿∶甲醇=2∶1，體積比）萃取，然后在低溫下蒸發(fā)濃縮就可以得到細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞壁結(jié)合的生物表面活性劑。溶劑提取法也是提取各種形式細(xì)菌細(xì)胞脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）應(yīng)用最為廣泛的方法[14]；有研究首先在最佳培養(yǎng)條件下，培養(yǎng)一定的產(chǎn)LPS的細(xì)菌；4℃下離心15 min得到細(xì)胞，將細(xì)胞懸浮于15 mL去離子水中，攪拌至均一的懸浮液；加入10mL的90%苯酚，攪拌，在干燥的加熱室中于60℃下培養(yǎng)30min，然后冷卻至室溫（20℃～25℃）；接著在3 515×g下離心20 min，將水相轉(zhuǎn)移到燒杯中；用醋酸鈉調(diào)節(jié)pH值為5；加入2倍體積的乙醇，在-20℃下培養(yǎng)過夜，沉淀LPS；通過離心（3 515×g，20 min）收集沉淀，棄去上清液，并在空氣流下干燥沉淀，得到LPS。另有研究采用溶劑提取法提取R.erythropolis Au-1菌株代謝產(chǎn)物海藻糖脂[15]，用錐形瓶（750 mL）裝150 mL該菌株的營養(yǎng)培養(yǎng)基，放置旋轉(zhuǎn)搖床上（220 r/min），溫度為 28℃～30℃，連續(xù)培養(yǎng) 5 d；然后在發(fā)酵后培養(yǎng)液中分離R.erythropolis Au-1菌株海藻糖脂，用10% HCl溶液調(diào)發(fā)酵液pH3.0；用乙酸乙酯萃取，隨后將提取液在真空下（3 mmHg）蒸發(fā)至恒重，即得到海藻糖脂。

2.1.2 熱處理

熱處理包含多種時間-溫度組合，以確保完全滅活懸浮液中的細(xì)菌。在合適的條件下培養(yǎng)出細(xì)菌，通過離心法得到細(xì)胞和無細(xì)胞上清液。將細(xì)胞顆粒收集起來，懸浮在磷酸鹽緩沖液（phosphate buffered saline，PBS）中，然后121℃加熱處理20 min，即得到熱滅活的益生菌細(xì)胞懸液（類生元）。無細(xì)胞上清液采用膜過濾技術(shù)進(jìn)行過濾滅菌，即得到該益生菌的后生元，進(jìn)一步采用分析技術(shù)進(jìn)行純化分析[16]。

2.1.3 紫外線處理

在適宜的條件下培養(yǎng)益生菌，將培養(yǎng)物均勻涂布在營養(yǎng)瓊脂平板表面。讓其在空氣中干燥一段時間，這時益生菌“均勻”沉積在瓊脂表面，其中的水分被瓊脂吸收，最后用紫外系統(tǒng)進(jìn)行照射達(dá)到殺死益生菌的目的[17]。后續(xù)通過萃取、離心、層析、凍干等方法得到后生元或類生元。

2.1.4 高壓處理

壓力不僅可以改變細(xì)胞膜的流動性和通透性，也可以改變膜結(jié)合酶的功能，高壓之下會使膜的完整性喪失，這意味著可以通過增加壓力來破壞細(xì)菌細(xì)胞[18]。首先在適宜的條件下培養(yǎng)目的益生菌，然后進(jìn)行高壓處理，高壓處理在一個高壓設(shè)備中進(jìn)行，該設(shè)備帶有一個2 L的蓄水池，用水作為間接加壓器產(chǎn)生高達(dá)690 MPa的壓力，溫度變化高達(dá)90℃。在每次處理之前，用冷水填充蓄水池，并控制溫度在（25±2）℃達(dá)到平衡。設(shè)定好壓力和加壓時間，將培養(yǎng)好的益生菌放進(jìn)去，開啟設(shè)備進(jìn)行處理[19]。處理好后經(jīng)過離心得到后生元及類生元。

2.1.5 酶處理

溶菌酶是一種能催化細(xì)菌細(xì)胞壁中乙酰氨基葡萄糖和N-乙酰壁氨酸之間的β-1，4糖苷鍵的水解的蛋白酶。該酶可以裂解革蘭氏陽性菌細(xì)胞和少數(shù)革蘭氏陰性菌細(xì)胞，首先讓菌株在YP培養(yǎng)基（1%蛋白胨，1%酵母提取物，0.5%NaCl，pH 7.0）中過夜生長，然后將益生菌培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移到新鮮YP培養(yǎng)基中，在37℃下水浴培養(yǎng)1 h。培養(yǎng)后，將細(xì)菌細(xì)胞離心（2 500×g，4℃，20 min），并將其懸浮在生理鹽水中，稀釋6倍。然后，將益生菌和溶菌酶混合（用0.1 mol/L NaCl稀釋）。最后將帶溶菌酶的益生菌在37℃水浴中培養(yǎng)3 h，得到后生元及類生元的菌懸液[20]。

2.1.6 超聲波處理

超聲滅菌是一種非熱滅菌方法，與傳統(tǒng)的滅菌方法相比具有獨特的優(yōu)越性，所以超聲也可以用來制備后生元、類生元粗產(chǎn)物；超聲的滅活益生菌效果與超聲功率、處理時間和益生菌類型有關(guān)。將菌株在37℃下振蕩（100 r/min）24 h，再懸浮接種到培養(yǎng)基上培養(yǎng)一段時間之后，進(jìn)行超聲波處理，即得到后生元、類生元粗產(chǎn)物[21]。

2.2 后生元及類生元的分析方法

2.2.1 色譜質(zhì)譜分析

方法的選擇很大程度上取決于是定量還是定性測定。有研究將Octyl-Sepharose CL-4B色譜柱用于從Lactobacillus johnsonii La1和Lactobacillus acidophilus La10中分離脂磷壁酸（lipoteichoicacid，LTA）[22]；還有一種Macro-prepHighQ和Octyl-Sepharose的組合CL-4B色譜柱，用于從Lactobacillus casei YIT 9029和Lactobacillus fermentum YIT 0159中分離脂磷壁酸（LTA）[23]。基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜（matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry，MALDI-TOF-MS）也是用作識別衍生自Lactobacillus plantarum K8的脂磷壁酸（LTA）的有效工具[24]。色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry-mass spectrometry/high performance liquid chromatography-mass spectrometry-mass spectrometry，GC-MS-MS/HPLC-MS-MS）和傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜（Fourier transform ion cyclotron resonancemass spectrometry，F(xiàn)T-MS）可以識別和表征各種后生元，如甘油脂、嘌呤、脂肪酸、低聚糖和鞘脂等[25]。超高效液相色譜（ultra performance liquid chromatography，UPLC）法也是分離和鑒定細(xì)胞內(nèi)后生元的一種合適的方法，如谷胱甘肽還原酶、氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白、硫氧還原蛋白、磷酸甘油酸激酶和半胱氨酸合成酶[26-27]，因其效率高、分辨率高、溶劑利用率低、靈敏度高、準(zhǔn)確性高，所以更受青睞。同樣13C-NMR、1H-NMR、紅外和電噴霧質(zhì)譜技術(shù)可以表征Lactobacillus brevis P68產(chǎn)生的抗真菌代謝產(chǎn)物（例如苯酚）[28]。此外，有研究通過無凝膠納米LC-MS/MS蛋白質(zhì)組學(xué)方法測定Lactobacillus plantarum 423暴露于酸性條件（pH值為2.5）時細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)含量的變化[29]。使用二維電泳（two—dimensional electrophoresis，2-DE）和液相色譜-質(zhì)譜法（LC-MS）可以分析鑒定膽汁鹽脅迫處理后植物乳桿菌的蛋白質(zhì)譜[30]。

2.2.2 拉曼光譜分析

使用標(biāo)準(zhǔn)分析技術(shù)對生物后生元進(jìn)行表征或鑒定相當(dāng)困難。在這種情況下，研究表明，拉曼光譜是適合于確定微生物細(xì)胞壁組分分子組成的一種很好的方法，因為它是一種相對快速、經(jīng)濟、方便和無損的技術(shù)，有研究利用拉曼光譜技術(shù)對Lactobacillus casei CR L 431和Bacillus coagulans GBI-30的胞內(nèi)含量（intracellular content，IC）和細(xì)胞壁（cell wall，CW）組分進(jìn)行了拉曼光譜分析，可以預(yù)測其胞內(nèi)含量（IC）和胞壁（CW）組分的生物活性[31]。拉曼光譜還可以對不同益生菌產(chǎn)生的胞外多糖進(jìn)行表征，光譜信息避免了與水分子相關(guān)的干擾，從而可以研究在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外腔的分子，還可以利用拉曼光譜研究細(xì)菌暴露于普通抗生素后細(xì)胞壁成分的變化[32]。

2.2.3 流式細(xì)胞術(shù)分析

根據(jù)類生元的定義，類生元需要維持細(xì)胞的結(jié)構(gòu)；由于這一重要特征，流式細(xì)胞術(shù)是一種更先進(jìn)的方法，它可以使用熒光染料測定細(xì)菌的生存能力，以及表征和區(qū)別微生物細(xì)胞的不同生理狀態(tài)[33]。TALIN等[34]研究利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（field emission scanning electron microscope，F(xiàn)E-SEM）觀察了幾種熱處理菌株的形態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)所有經(jīng)過熱處理的細(xì)菌的細(xì)胞表面都比那些存活的、未經(jīng)處理的細(xì)胞更粗糙、更不平整；同時使用掃描電子、免疫熒光和免疫電子顯微鏡等不同的可視化技術(shù)測定益生菌Nissle大腸桿菌類生元中是否保留了鞭毛和菌毛。這些可視化技術(shù)證實了它們在類生元中保留了鞭毛和菌毛。該技術(shù)可以直觀觀察類生元的變化，促進(jìn)類生元的實際應(yīng)用。

3 后生元和類生元的生物活性

大多數(shù)后生元和類生元的生物作用機制尚不完全清楚，科學(xué)證據(jù)表明，后生元和類生元通過直接或間接途徑具有多種生物作用，如抗菌、抗氧化和免疫調(diào)節(jié)活性[35]。研究認(rèn)為，其直接機制是后生元和類生元與不同分子或受體相互作用產(chǎn)生抑制作用（如抗氧化、免疫調(diào)節(jié)和抗菌作用），其間接機制涉及微生物群內(nèi)穩(wěn)態(tài)、宿主代謝和信號通路，從而影響特定的生理反應(yīng)[36]。

3.1 在動物體內(nèi)的生物活性

近年來，關(guān)于后生元和類生元在動物體內(nèi)的研究表明，它們具有一定的保健作用。有研究證明[37]，通過控制瓊脂培養(yǎng)基（DSM100H）pH值的牛奶發(fā)酵獲得的無細(xì)胞上清液（后生元），具有保護(hù)小鼠免受沙門氏菌感染的能力。

3.1.1 水產(chǎn)養(yǎng)殖

雖然水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了巨大的發(fā)展，但傳染病成為其進(jìn)一步發(fā)展的限制因素?？股氐氖褂脤?dǎo)致抗生素耐藥性的廣泛出現(xiàn)，因此迫切需要尋找環(huán)境友好型方法去替代抗生素。研究表明，腸道微生物群不僅提供了營養(yǎng)益處，而且有助于免疫反應(yīng)的發(fā)展和分化?；谒鼈兊淖饔脵C制，益生菌可以通過產(chǎn)生抗菌化合物，競爭生存空間和營養(yǎng)物質(zhì)，抑制毒力基因，為病原體創(chuàng)造一個不利環(huán)境。但是在水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中長期添加大量活菌經(jīng)常受到質(zhì)疑，因為這些細(xì)菌也可能攜帶高水平的抗生素耐藥基因；所以滅活益生菌似乎是一種有價值的活益生菌替代品[38]。后生元在水產(chǎn)養(yǎng)殖傳染病防治中有著一定的應(yīng)用，它的一些可溶性因子（如短鏈脂肪酸、有機酸、肽、磷壁酸、肽聚糖、胞外多糖、細(xì)胞表面蛋白和維生素等）在某些水產(chǎn)動物體內(nèi)具有提高免疫應(yīng)答、抗病性、抗菌性的作用[39]，所以后生元可降低水產(chǎn)養(yǎng)殖動物的致病性感染風(fēng)險。在虹鱒魚飼料中添加4種滅活的益生菌可預(yù)防癤病[40]。而且有研究表明，從乳酸菌中提取的一種新的后生元可以修飾虹鱒魚腸道微生物群并賦予其抗病的能力[41]。雜交鱘魚的有益細(xì)菌細(xì)胞成分及其代謝物（后生元和類生元）對鱘魚的生長有積極作用，但對鱘魚的存活率沒有影響[42]，它可以促進(jìn)雜交鱘魚有益腸道菌群的生長，改變雜交鱘魚腸道菌群的組成和多樣性。

3.1.2 家禽

環(huán)境污染、飼料中存在轉(zhuǎn)基因生物、農(nóng)藥和除草劑以及抗生素、生長促進(jìn)劑和酶的使用都會導(dǎo)致肉雞質(zhì)量較差。用添加后生元、類生元的飼料喂養(yǎng)肉雞，雞肉的脂肪含量比市售的雞肉少3%～5%，飽和脂肪酸的含量顯著增加了11.13%，Ω-6脂肪酸的含量顯著減少了7.57%，Ω-3脂肪酸的含量比市售的雞肉增加了0.85%。飼喂添加后生元、類生元飼料的肉雞不僅沒有抗生素物質(zhì)、農(nóng)藥和除草劑的殘留，而且其風(fēng)味也會更好[43]。后生元、類生元對肉雞空腸組織具有免疫調(diào)節(jié)作用；后生元、類生元調(diào)節(jié)天然免疫反應(yīng)的激活，當(dāng)與產(chǎn)氣莢膜蛋白的致病性因子相結(jié)合時，它抑制標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)氣莢膜蛋白免疫反應(yīng)的激活。由于在飼料中添加具有抗炎作用的抗生素具有一定的限制，所以對于維持肉雞腸道健康，后生元、類生元作為抗生素的替代品具有重要意義[44]。研究表明，飼料中添加某些后生元、類生元會提高肉雞的生長性能、總細(xì)菌和有益細(xì)菌的數(shù)量，減少腸細(xì)菌和大腸桿菌的數(shù)量，增加乙酸濃度，并伴隨著回腸細(xì)胞因子表達(dá)的相關(guān)改變。按比例添加后生元、類生元可作為肉雞飼料中抗生素的替代品，以改善肉雞的生長和腸道健康[45]。另有研究結(jié)果[46]表明，在熱應(yīng)激條件下，飼喂后生元，可以提高肉雞的抗氧化活性、改善肉質(zhì)（pH值、WHC、色澤和嫩度），降低急性期蛋白腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（adenosine diphosphate-glucose pyrophosphorylase，AGP）和羧肽酶（carboxypeptidase N，CPN）、血漿膽固醇和脂質(zhì)過氧化。

3.1.3 畜牧

后生元、類生元在哺乳動物中也有著一定的生物活性。IZUDDIN等[47-48]研究表明，斷奶后的羔羊補充后生元L.plantarum RG14可以促進(jìn)瘤胃乳頭生長、免疫狀態(tài)和胃腸道健康。L.plantarum RG14還表現(xiàn)出較高的抗氧化能力，斷奶后補充L.plantarum RG14可以提高血清和瘤胃液中的抗氧化酶，降低血清中的脂質(zhì)過氧化。在新斷奶羔羊體內(nèi)補充L.plantarum RG14后，瘤胃發(fā)酵良好、微生物參數(shù)、血液代謝產(chǎn)物以及斷奶后生長和營養(yǎng)物質(zhì)攝入基因均上調(diào)，這說明它可以提高斷奶羔羊的生長性能、營養(yǎng)物質(zhì)攝入量和營養(yǎng)物質(zhì)消化率[49]。豬飼料里的脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（3 050 g/kg）和黃曲霉毒素（44.6 g/kg）對新斷奶仔豬有害，影響其生長發(fā)育和營養(yǎng)物質(zhì)消化率。補充類生元酵母細(xì)胞壁混合物可以部分克服膳食中多種霉菌毒素對斷奶仔豬生長和健康的有害影響[50]。

在各種動物的研究基礎(chǔ)上，后生元可能是使用益生菌的一種合適的替代方法，避免了使用活微生物的潛在風(fēng)險。后生元及類生元在動物飼料領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。

3.2 在人體內(nèi)的生物活性

近年來，由于益生菌的生物利用度難以明確，一些新的研究方向逐漸涌現(xiàn)，如同樣具有益生功效的益生菌代謝產(chǎn)物（后生元）和細(xì)胞組分（類生元），就有著巨大的研究價值。在含有益生菌成分的補充劑中，活的和非活的益生菌細(xì)胞的相對比例可能會有顯著差異，而且非活細(xì)胞的數(shù)量可能比活細(xì)胞還要多。因此，益生菌補充劑的主要生物活性可能與非活細(xì)胞成分（后生元及類生元）的存在有關(guān)[51]。

3.2.1 預(yù)防和治療過敏

由于過敏患者的腸道菌群組成（種類的數(shù)量和多樣性）不同，調(diào)節(jié)腸道菌群是控制過敏反應(yīng)的一種有效方法，該研究策略具有一定的應(yīng)用前景[52]。有研究發(fā)現(xiàn)[53]，益生菌在預(yù)防和治療食物過敏中有一定的作用。例如，一些活微生物，當(dāng)被給予足夠的量時，似乎能給宿主帶來健康益處，如平衡微生物群、恢復(fù)腸道通透性、改善屏障功能和調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。但醫(yī)學(xué)研究的結(jié)果表明，一些益生菌菌株的應(yīng)用，可能會產(chǎn)生部分副作用[54]。但是后生元、類生元就沒有這種風(fēng)險，后生元、類生元強化了每個宿主的內(nèi)源性益生菌，而不是添加陌生的益生菌菌株到腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)中，可以恢復(fù)缺失的過敏保護(hù)性微生物，提高免疫耐受性，治療過敏，而且沒有副作用。參與過敏治療的后生元及類生元主要功能性作用有：1）通過組蛋白脫乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）抑制調(diào)節(jié)性T細(xì)胞活性；2）通過短鏈脂肪酸受體GPRs（主要是GPR43和GPR109A）發(fā)出信號的能力；3）作為腸上皮細(xì)胞的主要能量來源；4）刺激IL-10和IFN-c細(xì)胞因子的合成并降低DNA甲基化速率等。后生元及類生元的積極作用在很大程度上取決于母系微生物菌株、不同制備方法的選擇、多種生物活性分子的存在、劑量以及適當(dāng)?shù)慕o藥系統(tǒng)（藥物/功能食品）的選擇。因此，根據(jù)目前文獻(xiàn)研究，后生元及類生元可以作為一種新的策略，提高免疫耐受和治療食物過敏，特別是在嬰兒和兒童中[55]。盡管后生元、類生元在過敏治療中具有一定的研究進(jìn)展，但仍需要進(jìn)一步的研究，以充分了解后生元、類生元如何作為一種輔助療法來預(yù)防或治療慢性疾病。

3.2.2 呼吸道和胃腸道感染疾病的預(yù)防

呼吸道和胃腸道感染是公共衛(wèi)生問題，特別是對學(xué)齡前兒童來說[56]。5歲以下的兒童特別容易受到細(xì)菌感染，自1980年初，開始使用益生菌以減輕兒童和嬰兒常見傳染病的感染[57]。然而，由于出現(xiàn)了一些益生菌相關(guān)感染（如菌血癥、壞死性小腸結(jié)腸炎、肺炎和腦膜炎）的罕見病例，因此科學(xué)界并不支持對幼童進(jìn)行益生菌干預(yù)[58]。因此補充后生元和類生元就被提出作為減少兒童傳染病發(fā)病率的替代策略。有研究將熱滅活的嗜酸乳桿菌LB用于處理急性腹瀉，熱滅活副乳桿菌CBA L74用于預(yù)防胃腸道和呼吸道感染[6]。后生元和類生元具有與類似益生菌相同的有益的治療效果，同時避免了活微生物帶來的風(fēng)險。

3.2.3 抗腫瘤輔助治療

有研究指出植物乳桿菌產(chǎn)生的后生元在不同劑量配比下對各種癌細(xì)胞表現(xiàn)出選擇性的細(xì)胞毒性作用[59]，而不對正常細(xì)胞造成毒性作用或溶血。熒光顯微鏡和流式細(xì)胞術(shù)觀察表明，其后生元抑制人乳腺癌細(xì)胞（michigan cancer foundation-7，MCF-7）增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，降低MCF-7細(xì)胞的存活率。植物乳桿菌產(chǎn)生的后生元對多種致瘤細(xì)胞具有選擇性，推測它們具有一定的抗癌特性，因此具有作為功能性補充劑和抗癌輔助治療的巨大潛力，可以進(jìn)一步探索。

3.2.4 肝硬化的治療

肝硬化是慢性肝炎發(fā)展的終末階段，腸道菌群失調(diào)、腸道屏障功能的缺失及菌群移位是引發(fā)肝硬化并發(fā)癥的重要原因。盡管益生菌在肝硬化病人中都能良好耐受，并具有在多個層面保護(hù)腸道屏障的功能，但仍有研究表明，在重癥患者或者免疫力極度低下的患者中，應(yīng)用益生菌可能導(dǎo)致益生菌的機會感染，甚至增加病死率。所以其在肝硬化腸道菌群紊亂中的療效并不明確。近些年來，后生元及類生元逐漸受到關(guān)注，其在肝硬化患者中有巨大的潛在治療價值，它具有維持腸道菌群、保護(hù)腸屏障功能、免疫調(diào)節(jié)等多種作用，有望改善肝硬化腸道菌群失調(diào)現(xiàn)狀及延緩疾病進(jìn)程，減少后續(xù)并發(fā)癥出現(xiàn)[60]。后生元及類生元在肝硬化腸道屏障損傷中具有一定的防治作用，目前在后生元治療腸道菌群紊亂相關(guān)疾病上有一定的研究；有研究發(fā)現(xiàn)大腸桿菌Nissle 1917產(chǎn)生的后生元Microin能明顯抑制腸道炎癥條件下致病性腸桿菌的異常增生，緩解腸道菌群紊亂，最終起到治療腸炎的作用[61]。普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）的后生元也具有一定的益生功效，該益生菌的培養(yǎng)上清能有效治療克羅恩病引起的腸道菌群紊亂，并抑制腸道炎癥[62]。丁酸梭菌產(chǎn)生的后生元對高脂膳食誘導(dǎo)的非酒精性肝炎小鼠有很好的治療效果，可改善非酒精性肝炎小鼠腸道菌群紊亂的情況并增強腸道屏障的功能，起到很好的治療非酒精性肝炎效果[63]。由此可見，后生元在調(diào)節(jié)肝硬化腸道菌群紊亂，進(jìn)而改善腸道菌群失調(diào)相關(guān)的疾病進(jìn)程及并發(fā)癥方面有廣泛的應(yīng)用前景。

3.2.5 其他

有研究表明，后生元及類生元對于班形脫發(fā)具有一定的療效[64]，在減輕急性移植物抗宿主病中也具有一定重要性[65]，也可以作為預(yù)防和治療肥胖的候選藥劑[66]。后生元及類生元在人體內(nèi)的生物作用是一個新的研究方向，在人體各方面均有不同的作用，可能為將活性成分送到腸道所需位置、改善貨架壽命、簡化包裝和運輸要求鋪平道路。目前，大部分后生元及類生元的研究都是以動物為基礎(chǔ)，因此為進(jìn)一步評估后生元及類生元對人體的有益作用，未來應(yīng)在人體上進(jìn)行大規(guī)模的研究。

4 應(yīng)用

近年來，一些后生元及類生元被引入醫(yī)療、獸醫(yī)和食品領(lǐng)域，在預(yù)防和治療某些疾病、改善動物健康狀況和開發(fā)功能食品等方面具有獨特的作用[67]。

4.1 在疾病的預(yù)防和治療方面

目前，從不同有益菌的后生元中獲得的游離細(xì)胞制劑已被引入到預(yù)防或治療疾病方面，具有潛在的藥物應(yīng)用價值[68]。研究人員正試圖將其應(yīng)用于制藥和食品的基質(zhì)中，這可能是預(yù)防和輔助治療某些疾病的一種新策略。例如，有一種從大腸桿菌培養(yǎng)物中提取的無蛋白商業(yè)濾液，含有氨基酸、多肽、多糖和脂肪酸，在體外能有效抵抗抗生素耐藥和敏感沙門氏菌分離株，改善小鼠結(jié)腸炎，并顯著減少多形性日光疹患者的皮膚損傷[35]。有一種生物后生元商業(yè)產(chǎn)品，是干酪乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌DDS-1、羅伊氏乳桿菌、唾液乳桿菌、鼠李糖、孢子基因乳桿菌、保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌、兩歧雙歧桿菌、嬰兒乳桿菌、保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌細(xì)胞壁分離物的混合物，被用于調(diào)理腸道營養(yǎng)不良，促進(jìn)免疫反應(yīng)的平衡并改善自閉癥兒童的癥狀[69]。由丁酸鈉和菊粉混合而成的一種后生元產(chǎn)品，常被推薦用于治療腸道活動性炎癥疾病[70]。另外有一種后生元產(chǎn)品是一種無菌液體，含有來自大腸桿菌DSM 4087，糞鏈球菌DSM 4086，嗜酸乳桿菌DSM 414以及L.helveticus DS 4183的代謝產(chǎn)物（例如SCFA，乳酸和其他未鑒定的代謝物）[35]，它的主要健康功效包括[71-72]：1）促進(jìn)腸道有益微生物的生長；2）調(diào)節(jié)腸道環(huán)境pH值和促進(jìn)消化道的正常功能；3）腸道上皮細(xì)胞的能量供應(yīng)；4）監(jiān)管維生素K的平衡；5）治療沙門氏菌病、腸道疾病和慢性腸道疾病患者。最后還有一種后生元藥品，是美國食品和藥物管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）注冊批準(zhǔn)的制劑，其中含有鼠李糖乳桿菌V（DV菌株）的鼠王酰肽，氨基酸和DNA片段。通常建議將該制劑與益生菌一起用于治療，研究結(jié)果表明，它有效降低了自閉癥譜系障礙患者胃腸道紊亂的程度[73]。

4.2 在食品領(lǐng)域方面

與益生菌相比，后生元及類生元在工業(yè)上更穩(wěn)定和安全[74]，且對于后生元及類生元而言，因為其滅活的性質(zhì)，用量在生產(chǎn)和儲存過程中是可以控制的，因此，它在功能性食品中的應(yīng)用可以為生產(chǎn)者提供一些技術(shù)和經(jīng)濟上的優(yōu)勢[66]。有研究表明[75]，從芽孢桿菌CS93菌株中提取的氯丁素和溶菌素等后生元，具有穩(wěn)定性和抗菌性的特性，這使得其在食品中能得到廣泛應(yīng)用。一方面，一些奶制品和其他產(chǎn)品（如康普茶和腌制蔬菜）就可能在發(fā)酵過程中產(chǎn)生后生元。另一方面，后生元及類生元也可以有目的地添加到食品中[76]。另一項研究[77]表明，來自L.plantarum YML 07上清的后生元及類生元可以作為一種潛在的生物防腐劑，對大豆有積極的影響，可以將大豆的貨架期提高到2個月。乳酸鏈球菌素[78]是一種由特定乳鏈球菌產(chǎn)生的抗生素，乳桿菌是唯一一種獲準(zhǔn)用作食品防腐劑的細(xì)菌素。含有乳酸鏈球菌素（Nisin）的食品包括：罐裝湯、存放鮮魚的冰、嬰兒食品、烘焙食品、蛋黃醬和乳制品，特別是奶酪。含稀有糖的胞外聚合物（extracellular polymeric substances，EPS），由于其在食品中的物理化學(xué)（增稠、穩(wěn)定或水結(jié)合能力）和感覺（適口性）特性而在食品工業(yè)中得到了新的應(yīng)用。但是，除右旋糖酐外，由于乳酸菌的EPS產(chǎn)量低，因此尚未被商業(yè)開發(fā)為食品添加劑[79]。后生元及類生元的另一個生物學(xué)作用是對有毒代謝物的排毒功能[80]，近年來，這種作用已引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注。在大多數(shù)研究中，各種后生元及類生元的主要作用方式為細(xì)胞壁成分的表面吸附和各種代謝物（如酶）對有毒物質(zhì)的降解。另外，在食物或飼料中添加酵母細(xì)胞壁提取物（0.2%）可以顯著降低0.4 mg/L玉米赤霉烯酮引起的生殖毒性[81]。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，后生元及類生元相對益生菌而言，它不僅擁有和益生菌相同的有益作用，同時還具有一些其他優(yōu)勢，如分子結(jié)構(gòu)已知、純化后使用、具有特定的作用機制、更易于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)、儲存等。所以，后生元及類生元在醫(yī)療和食品各方面均有很大的應(yīng)用前景。但目前還缺乏對后生元及類生元在體外和體內(nèi)作用機制的認(rèn)識，特別是對人體和動物有益作用機理還需要更深層次的研究。

流式細(xì)胞儀等技術(shù)將促進(jìn)未來后生元及類生元的實際應(yīng)用。此外，要廣泛應(yīng)用后生元及類生元，還需解決生產(chǎn)（易滅活方法，可控、快速、廉價）、在食品藥品中的溶解度，不發(fā)生或減少相互作用以及加工和貯藏穩(wěn)定性等幾個問題。另外，后生元及類生元的作用機制，包括確定發(fā)揮有益作用的特定活性化合物等仍需要不斷探索。