乳酸菌发酵中药功能及其增效机制的研究进展

屈青松 周晴 石艳双 吕丽静 杨翠婷 李智勋 史新元

20世纪初，乳酸菌的概念由梅契尼科夫提出，因其独特的生物功能逐渐被挖掘，被广泛应用于食品、药品的生产[1]。发酵作为一种工艺手段，可利用微生物特殊的生物功能，创造出各种类型的发酵产品[2]。随着现代生物技术的发展，乳酸菌的发酵工艺被应用于中药相关研究，以乳酸菌为发酵菌株的发酵中药被广泛报道。本文以近年乳酸菌发酵中药的功能研究为基础，综述了乳酸菌发酵中药的研究潜力、药理功能和增效机理。

1 乳酸菌发酵中药有巨大的研究潜力

发酵是一种古老的生产方式，自人类文明有文字记载以来就被用于食品、药品生产。传统的中药发酵多利用自然环境中的微生物，通过其生长代谢改变中药材的药性，降低毒性，提高中药药效及中药资源的利用率。现代中药发酵技术是在传统发酵炮制方法的基础上，结合微生态学、生物工程、发酵工程等技术所形成的新兴交叉学科[3]，为发酵中药提供更加稳定、安全的生产工艺，也为发酵中药作用机理的阐述提供了可能，使得发酵中药成为具有巨大发展潜力的新兴研究领域。

现代中药发酵所用菌种主要有乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌等现代食品发酵工业常用菌种，以及灵芝菌、红曲霉、白僵菌等药用真菌。其中乳酸菌因其较高的安全性和市场认可度而被广泛应用于中药发酵。乳酸菌是一类能利用碳水化合物而产生大量乳酸的细菌的统称，在自然界分布极为广泛且物种丰富多样。乳酸菌发酵类产品(如酸奶、奶酪、泡菜、纳豆等)具有改善肠道菌群微环境、抑制肠道病原菌的过度生长、保护肠道屏障、调节肠道吸收不良、减少脂质过氧化、抑制炎性细胞因子释放等功能。一项纵向比较研究发现[4]，长期服用乳酸菌发酵类产品的消费者，其肠道微生物菌群中动物双歧杆菌、长双歧杆菌和短双歧杆菌等益生菌的丰度更高，对于亚油酸的转化利用更加高效，使得肠道的代谢环境更加健康。

随着中药功能和肠道菌群的相关性研究的深入，人们认识到中药药效的发挥与肠道微环境存在密切联系，在药物进入肠道后会与肠道微生物接触，被其代谢及转化，从而体现出不同的药效功能。乳酸菌作为公认的益生菌，将其和药物联合使用可在调节肠道微环境的同时促进药效成分的利用，提升药物的药效作用。

利用发酵的手段可将乳酸菌与中药的功能进行结合，可促进中药有效成分的溶出及转化，改变中药的功能。此外，利用乳酸菌的肠道菌群调节功能，可协助中药功能的发挥，并且乳酸菌在发酵过程中可提高中药的生物利用度，使其发挥出更好的药效功能。发酵菌种可通过多种作用机制影响中药药效，同时中药也可调节发酵菌种的活性。目前研究发现，与未发酵的中药相比，发酵类中药常具有更好的药理功能，发酵中药的作用机制也更为丰富，具有良好的应用前景和研究潜力。

文献总结发现，以乳酸菌为发酵菌种的中药有人参、红参、葛根、黄芪、麦冬等数百种，这些中药具有不同的药理功能，如免疫调节、抗氧化、调节肠道菌群等，经乳酸菌发酵后，其药效功能均有一定程度的提升(表1)[5-30]。

表1 不同中药发酵物的药理功能

2 乳酸菌发酵中药的药理功能

2.1 免疫调节

补益类中药常具有免疫调节功能。临床及实验研究发现，乳酸菌可调节机体免疫，某些乳酸菌发酵中药可通过多种途径对机体免疫进行调控。Lee等[26]以短乳杆菌发酵人参，所得发酵物可通过抑制巨噬细胞的活性从而发挥免疫调控的功能，该作用与抑制核因子κB (nuclear factor kappa-B，NF-κB) 的核易位有关。研究者[27，31]以乳酸菌对红参进行发酵，发酵红参可抑制巨噬细胞的活性，调节辅助性T淋巴1(T helper cells 1, Th1) 细胞和调节性T (regulatory T，Treg)细胞的分化，从而缓解免疫抑制和炎症反应，与未发酵红参相比，发酵后的红参具有更强的免疫调节能力。Lee等[9]以植物乳杆菌发酵黄芪，所得发酵黄芪可通过调节诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)介导的环氧化酶2(cyclooxygenase 2, COX2)抑制脂多糖激活的小鼠单核巨噬细胞白血病 (abelson leukemia virus-transformed cell, RAW 264.7)细胞中炎性细胞因子的表达。Oh等[32]以乳酸菌发酵中药复方柞蚕散，所得发酵物能通过抑制巨噬细胞中NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK) 的活性来增强其抗炎作用。Bose等[30]以乳酸菌发酵中药复方(白术、神曲、甘草)，所得发酵复方在对抗脂多糖诱导的炎症损伤方面有很好的作用。SHEN等[33]以干酪乳杆菌分别发酵了黄芪、鱼腥草、金银花、丹参、桔梗、白莲草，比较发现黄芪和丹参适合乳酸菌发酵，所得发酵黄芪和发酵丹参均有更好的抗炎作用。

综上所述，人参、甘草、黄芪等中药材常具备良好的免疫调控和抗炎能力，以乳酸菌对其进行发酵，可促进其抗炎能力的发挥，其功能的发挥通常是乳酸菌和中药的共同作用产生的。

2.2 抗氧化

过量的自由基会导致癌症、高血压、心血管等疾病。乳酸菌可产生超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等具有抗氧化活性的酶类，可清除自由基。乳酸菌中药具有较好的抗氧化能力，并能发挥多种药理功能。YANG等[34]以副干酪乳杆菌发酵五味子药渣，并检测发酵物对小鼠的抗氧化和肝保护作用，发现发酵过程可促进五味子药渣抗氧化成分的释放，缓解小鼠的氧化损伤。Park等[35]以植物乳杆菌发酵洋甘菊，发现其抗氧化能力随着发酵过程而逐渐增加，发酵洋甘菊的抗氧化能力高于未发酵洋甘菊，并且发酵物表现出了较好的杀伤肿瘤细胞能力。Watanabe等[23]比较姜黄发酵前后的抗氧化能力，其发酵过程中抗氧化能力逐渐增加，所得发酵产物在临床中表现出很好的免疫调控能力。Park等[10]以乳酸菌发酵刺五加，所得发酵刺五加具有抗氧化能力，并且可发挥出较好的抗皱功能。Yang等[36]以嗜酸乳杆菌发酵黄允海德汤(黄连、黄柏、黄芩和五味子)，发酵产物的抗氧化能力增强，同时表现出神经细胞保护功能。Filannino等[37]以植物乳杆菌菌株和短链乳杆菌发酵仙人掌，发酵过程提高了仙人掌果肉的抗氧化和免疫调节功能。Joung等[38]将荷叶添加进乳酸菌发酵乳中，所得发酵物有较好的抗氧化活性，并能提高奶制品的感官接受度。Abdollahzadeh等[39]将中药大枣添加进嗜酸乳杆菌发酵乳中，发酵后的乳制品抗氧化活性及营养价值以提升。Ng等[40]以乳酸菌发酵金线莲，发酵后金线莲叶、根、茎的抗氧化能力均增强。

许多中药可通过抗氧化实现降脂、抗肿瘤、改善血糖等功能[41-44]，经乳酸菌发酵后的中药抗氧化能力普遍加强。发酵类中药的抗氧化特性可做为研究其药理功能的关键切入点。

2.3 肠道炎症

乳酸菌可通过肠道中的定植发挥肠道类疾病的治疗功能，以乳酸菌发酵的部分中药，如桑叶、葛根、六神曲等具有很好的肠道疾病干预能力。Oh等[45]以嗜酸乳杆菌对桑叶进行发酵，以发酵桑叶对5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil, 5-FU)诱导的肠道炎症大鼠干预后，可增加粘蛋白2(mucin 2, MUC2)和粘蛋白5AC(mucin 5AC, MUC5AC)基因表达和粘蛋白的产生，并降低炎症因子白细胞介素-1β (interleukin-1β, IL-1β)和髓过氧化物酶 (myeloperoxidase, MPO)表达，从而改善肠粘膜炎大鼠的病理情况。Choi等[28]的研究发现，短乳杆菌发酵的葛根可改善葡聚糖硫酸钠(dextran sodium sulfate，DSS)诱导的小鼠结肠炎症，并恢复结肠中紧密连接蛋白(tight junction，TJ)的表达和结构，恢复损伤的肠道屏障，且发酵后的葛根具有更好的抗炎能力。谷巍等[46]发现以嗜酸乳杆菌发酵的中药复方能够有效降低由产毒素大肠杆菌K88引起的小鼠腹泻情况，提高免疫器官指数，维持肠道菌群平衡，消除体内炎症反应。Kim等[47]通过DSS诱导小鼠结肠炎，发现鼠李糖乳杆菌发酵的中药复方KIOM(甘草、虎杖、牛蒡、人参、玄参、紫菀，当归、防风)可缓解结肠炎症。Park等[48]以结肠腺癌细胞2(colon cancer 2, Caco2)诱导结肠炎细胞模型，发现发酵KIOM可通过调节TJ蛋白表现出抗结肠炎的作用，抑制炎症因子磷酯酶Cγ(phospholipase C gamma 1, PLCγ1)和蛋白激酶 C(protein kinase C, PKC)的表达。Bose等[30,49]以乳酸菌发酵白术、神曲、甘草三种中草药，以所得发酵中药的混合提取液对新霉素诱导的肠道损伤大鼠进行干预，发现该发酵复方可增加封闭小带蛋白1 (zonula occludens 1, ZO-1)和闭合蛋白1(claudin-1, CLDN1)在结肠中的表达，缓解结肠炎的发生。WANG等[50]以混合乳酸菌对中药六神曲饮片进行发酵，所得发酵物可降低断奶仔猪的肠黏膜炎症因子水平，有效缓解仔猪的断奶应激反应，并能改善其肠内容物中有机酸的浓度。

乳酸菌本身具有调节肠道微环境、调节肠道炎症的功能，将乳酸菌与具有抗炎功能的中药进行发酵，可在体内共同发挥肠道炎症调节功能。上述研究表明，经过合理的搭配，乳酸菌发酵类中药可对肠道炎症类疾病发挥较好的药效，可能是未来发酵类中药的药理研究方向之一。

2.4 神经退行性疾病

在神经退行性疾病中，神经元的结构和功能会发生改变，包括神经元的死亡和星型胶质细胞的分泌失衡，可导致记忆减退及认知障碍。某些中药及处方对神经退行性疾病有较好的疗效。此外，肠道菌群与神经退行性疾病存在关联，乳酸菌可通过肠道菌群的干预实现神经退行性疾病的治疗。

部分研究发现，乳酸菌发酵后的某些中药可发挥较好的神经退行性疾病调控功能。Nagao等[24]以副干酪乳杆菌发酵人参，所得发酵人参能改善神经元细胞的死亡和小胶质细胞的失活，从而恢复短暂脑缺血和β-淀粉样蛋白注射诱导的大鼠空间记忆障碍。Weon等[18]以混合乳酸菌(长双歧杆菌，嗜酸乳杆菌、肠系膜明串珠菌)发酵党参，所得发酵产物可通过抗氧化作用和抑制凋亡调节因子Bax和半胱氨酸蛋白酶-3(caspase-3)的表达来保护HT22神经细胞的损伤。Park等[51]以乳酸杆菌发酵十全大补汤，所得发酵产物能通过BDNF/CREB/Akt通路治疗神经退行性疾病相关的记忆障碍。Weon等[52]以乳酸菌发酵补中益气汤，发酵产物具有改善神经保护和认知功能的作用。Yim等[53]以植物乳杆菌发酵四君子汤，发酵物能有效抑制氧化应激和基质金属蛋白酶的损失，从而表现出治疗神经损伤相关疾病的潜力。

尽管某些发酵类中药可对神经类疾病进行治疗，其具体的干预机制尚不明确，目前仍需开展更多系统性的研究。

2.5 肥胖

乳酸菌对肥胖具有干预功能，其功能的发挥与肠道菌群有关，乳酸菌在宿主肠道内可产生多种维生素影响宿主的营养代谢。同时，研究发现乳酸菌发酵后的中药可通过多种机制干预并治疗肥胖症状，这为肥胖的治疗提供了新的治疗方案。Oh等[54]以乳杆菌发酵红参，所得发酵红参可减少小鼠体重的增加和脂肪积累，并能调控总胆固醇、空腹血糖水平和胰岛素的稳态。Choi等[29]以短双歧杆菌对葛根进行发酵，发酵葛根有具有良好的降脂功效，并观察到了某些具有抗肥胖和抗炎活性的微生物群落的富集。Min Chul Kho等[7]发现发酵红参可改善高脂饮食大鼠的血脂异常、高血压和脂肪肝等症状。Wang等[55]以乳酸菌发酵鱼腥草，发酵鱼腥草能抑制成熟3T3-L1脂肪细胞的脂解作用，还可降低高脂饮食诱导的肥胖大鼠体重增加，其降脂机制与脂肪细胞的分解、抑制相关转录因子表达和阻断前脂肪细胞的分化有关。Wang等[56]通过乳杆菌和薏仁制成的发酵乳可缓解高脂血症，并能减少高脂相关的氧化应激的产生。

2.6 美白抗皱

乳酸菌的酵素类产品可用于皮肤管理中的美白祛皱。此外，某些中药天然产品也可用于化妆品原料的开发。研究发现，某些经过乳酸菌发酵的中药具有很好的保湿、美白、抗皱的药理功能。Lee等[27]以短链乳杆菌发酵红参，所得发酵物可提高Rg3、Rg5、Rk1等稀有人参皂苷的含量以及黄酮类化合物的含量，发酵后抗皱功效和美白功效得以提升。江南等[14]以嗜酸乳杆菌发酵麦冬，所得发酵物具有良好保湿性能，可作为化妆品原料开发。Choi、Im等[15-16]以乳酸菌对蜜树茶进行发酵，所得发酵物可以防止紫外线诱导的皱纹形成，这一体内研究表明，发酵蜜树茶可作为抗衰老护肤品的潜在研究对象。

2.7 家禽生长调节

乳酸菌发酵后的动物饲料富含益生菌、有机酸等，可提高动物的生长性能、改善免疫力。某些中药及中药渣经乳酸菌发酵后，可用于动物饲料的添加，发挥较高的养殖及农牧价值。史洪涛等[20]以乳酸菌发酵黄芪和甘草，所得提取液可显著提高肉鸡的平均日增重、降低料肉比，促进生长性能，显著提高免疫器官指数，提高胸肌和腿肌的粗蛋白质含量，提高肌肉的多汁性和肉类品质，改善风味。XIE等[57]以植物乳杆菌发酵凉茶渣，所得发酵物可提高荷斯坦小母牛的生长性能，增加能量利用效率，增强免疫力，并能缓解热应激反应。郭宏伟等[58]以乳酸菌对扶正解毒口服液进行发酵，所得发酵复方能够显著提高肉鸡生长性能和免疫指标，且能改善鸡肉品质。高鹏辉等[59]以植物乳杆菌对中药复方(茯苓、黄芪、陈皮、板蓝根、山楂、黄柏)进行发酵，所得发酵物能够增加仔猪平均日采食量、提高平均日增重、降低料重比，降低断奶初期仔猪腹泻率，提高血清中总蛋白、IgG含量，增强仔猪免疫能力。潘子强等[60]以乳酸菌发酵中药饲料，发酵中药饲料能促进雏鸡对养分的吸收，提高饲料转化率、出栏率，降低发病率、料肉比，对雏鸡的生长性能有一定的益处。QIAO等[8]研究发现植物乳杆菌发酵黄芪对肉鸡的生长性能、血清生化指标和粪便微生物结构有一定的正向影响。

随着“限抗令”的推进，乳酸菌发酵类中药可代替抗生素发挥其功能，在畜牧养殖中有很好的发展前景。此外，以乳酸菌发酵的中药药渣对禽类进行饲喂，可减少中药资源的消耗，提高中药材的利用率。目前乳酸菌发酵中药的研究多聚焦于其对畜禽生长性能的改善，未来研究中可对发酵过程中的成分变化进行研究，从而提高发酵工艺的控制、阐述其在畜禽养殖中的科学内涵。

3 乳酸菌发酵中药的增效机制

3.1 乳酸菌促进中药药效成分的释放

细胞壁是影响中药有效成分溶出的主要屏障。研究发现，经乳酸菌发酵后，中药的药效成分含量通常会升高，推测其是由乳酸对纤维素的酸水解和纤维素酶对纤维素进行的酶解所引起的，细胞壁的纤维素被破坏，从而提高了药材有效成分的溶出率，增强中药药效的发挥。

大量研究发现经过乳酸菌发酵后中药药效成分具有更高的释放率。刘洋等[61]分析了益生菌发酵王不留行和益母草后的总黄酮、总生物碱、总皂苷和粗多糖的含量，发现经发酵后其可溶性活性成分含量均有显著提高，推测其与发酵过程中的酶解作用有关。郭舒臣等[62]分析了植物乳杆菌发酵柴胡的成分变化，发现异槲皮苷、芦丁、槲皮素-3-O-β-L-阿拉伯糖苷、DL-3-苯基-2-羟丙酸含量均增加，并且其抗菌活性有所增加。Weon等[18]以三种混合乳酸菌发酵党参，发现发酵后的党参中4-羟基苯甲酸、咖啡酸、香草酸、4-香豆酸、反式阿魏酸、咖啡因的含量均升高。ZHANG等[63]采用乳酸菌、醋酸菌、酵母菌的混合菌对玫瑰和枣仁进行发酵，所得发酵物中具有抗氧化功能的没食子酸和酸枣仁苷的含量均有所提升。Yim等[53]测定了植物乳杆菌对发酵四君子汤中成分含量变化发现，发酵后甘草酸、甘草素和苍术内酯含量均增加，发酵物具有很好的神经细胞保护功能。

尽管经过乳酸菌发酵后药效成分含量增加为常见的现象，然而其促进药效成分释放的机制尚缺少直接的证明，这将是未来证明乳酸菌发酵中药科学性的关键点。

3.2 乳酸菌对中药成分的转化

发酵过程中，中药中的大分子成分会被益生菌的酶催化，药物的结构发生分解或转化，在一定条件下可形成新的化合物，使其易被机体吸收，从而呈现出更强的药用功能。

相关研究发现[64]，人参中的某些人参皂苷经乳酸菌发酵后可生成稀有皂苷，稀有皂苷常具有更好的药效功能。Lee等[26]发现短乳杆菌发酵人参后，稀有皂苷compound K含量增加，稀有皂苷的增加与发酵人参抗皮肤病的药理功能有关联。Lee等[27]发现经过短链乳杆菌发酵的红参中人参总皂苷未发生显著变化，而Rg3、Rg5、Rk1、compound K、Rh1等稀有皂苷增加，说明在发酵过程中发生了人参皂苷的转化。笔者以发酵乳杆菌发酵人参，根据人参皂苷指纹图谱发现，发酵后人参皂苷发生了转化[65]。Yang等[66]分析了中药复方“双和汤”在被发酵乳杆菌发酵过程中的成分变化情况，发现在发酵过程中发生了氢化、去糖基化等反应，肉桂醛、芍药苷等成分发生了转化。HUANG等[67]以乳酸菌发酵中药复方黄连解毒汤，经发酵后巴马汀和小檗碱含量增加，推测其是由糖苷酶的转化造成的，成分的变化引起了抑菌功能的增加。

目前研究发现，乳酸菌通常会造成中药化学成分中糖苷键的断裂，推测这是由乳酸菌所表达的糖苷酶的酶解反应所造成的。乳酸菌的表达酶系与中药成分转化之间的关系可作为发酵中药的研究方向之一。

3.3 中药发酵基质的增菌功能

在活菌制品中，益生菌活菌数与其保健功效有关，只有当活菌数达到足够数量时，才能确保益生菌通过消化道后仍大量存活而发挥其功能。中药的化学成分较为复杂，含有多糖类、低聚糖类、氨基酸类等，其中的一些成分可促进乳酸菌生长，发挥增菌效果，从而具有很好的益生元功能。LIN等[68]将枸杞汁添加进干酪乳杆菌发酵的牛奶中，发现枸杞可提高发酵乳中乳杆菌活菌数，并能维持乳杆菌活度，改善发酵乳风味。Abdollahzadeh等[39]发现中药大枣也可发挥益生元功能，增加发酵乳制品中的活菌数。HE等[69]研究了人参多糖的促益生菌生长特性，发现植物乳杆菌与人参多糖共同发酵可增加其抗氧化功能，并显著提高活菌数，发挥潜在益生元功能。

文献整理发现，起到增菌功能的中药通常为多糖含量较高的补益类中药，表明中药多糖是引起益生菌增菌的关键成分。

3.4 中药与乳酸菌的体内互作

在以乳酸菌和中药构成的发酵体系中，乳酸菌具有益生功能，中药也具备其自身的药效作用，在生物体内，益生菌与中药可共同影响机体代谢，调整机体健康状态，两者基于各自的功能发挥药效互作。Kim等[12]以双歧杆菌发酵红参治疗过敏性鼻炎小鼠，发现经过发酵红参干预后，小鼠肠道菌群紊乱被改善，并且机体免疫提升，这表明益生菌的发酵可改善肠道菌群微环境，从而与中药红参在体内发生互作。FAN等[25]分析了发酵乳杆菌发酵人参对酒精性肝损伤小鼠的干预机制，发现发酵人参功能的发挥与肠道菌群有关，益生菌与人参可综合发挥干预功效，二者在体内共同发挥功能。CHEN等[70]发现益生菌发酵后当归补血汤的肠道菌群调节能力提高，推测发酵后的中药可通过调节肠道菌提高其药效。笔者前期将乳酸菌和人参组合发酵，并对发酵条件进行了优化，研究发现所得乳酸菌发酵人参可改善抗生素引起的腹泻，并能恢复肠道菌群动态平衡，增加肠道菌的物种丰度和多样性，增加有益菌的丰度，减少有害菌的丰度；此外还可改善肠道炎症，改善炎症因子IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-10的异常表达，并且经过发酵人参干预后肠道菌(如Lactobacillussp.、Bacteroidessp.、Clostridioidessp.)的变化与炎症因子的表达存在关联性，这与乳酸菌的益生功能与人参的抗炎能力相吻合，推测二者可联合发挥药效[71]。

目前关于发酵菌株与中药体内互作机制研究多停留在关联分析，机体的代谢具有整体性和复杂性，尚缺乏对于乳酸菌发酵中药的系统性代谢分析，后续研究可结合代谢组学、蛋白组学等对中药发酵体内增效的科学性进行深入探索。

4 思考与展望

中药发酵已有千余年的生产和应用经验，随着现代科学技术的进步，传统中药发酵经验与现代技术相互融合，迸发出了丰富的创造力。乳酸菌作为益生菌株被用于药品、食品、保健品的生产，越来越多的证据表明其具备广泛的生物学功能[72]。

发酵作为一项生物技术，可将乳酸菌与中药结合，从而创造新的中药类型，丰富中药的品类，为临床和生产提供更多可能性。乳酸菌发酵中药结合了中药的药理功能与乳酸菌的益生功能，二者相辅相成，可发挥一加一大于二的生物学作用。在理论认识上，乳酸菌发酵中药同时具备了传统中医药的配伍特性和现代发酵的功能认识，是利用现代手段对于传统中医药的传承与创新，具有的巨大的应用前景和研究潜力。

目前对于乳酸菌发酵中药的研究中，多停留于简单的药理功能的论证，缺乏系统的机制研究，深入的药理学研究加之于组学分析，可加强对于乳酸菌发酵类中药的认识。在未来的研究中，可通过动态分析发酵过程中成分及功能的变化，阐述发酵过程对于中药功能的影响，从而探讨发酵这一“中药炮制方式”的科学意义。此外，尽管目前已有大量关于发酵中药的研究，其发酵的规律性尚缺乏系统的总结，未来可整理发酵微生物与中药的搭配类型，分析不同搭配的药理功能差异，进而搭建中药发酵数据库，从而对中药发酵的规律性进行探究。