后生元的成分、来源及其功能

◆作者：杭柏林 陈成成 梅贵恒 王倩

◆单位：河南科技学院动物科技学院

后生元（Postbiotics）是一种新型的微生态制剂，其来源和功能与益生菌一样，具有来源复杂、功能多样的特点。后生元是对宿主有益的非活细胞性的微生物及其成分的制剂，所以后生元比益生菌具有很多优势，比如可以常温保存且保存期长、安全性高（如没有耐药基因转移），不必担心噬菌体感染（Shendeov等，2013；贺凯茹等，2022；Moradi等，2020）。同时，后生元在许多领域都有应用，比如饲料添加剂、化妆品、食品保鲜、医药、生物兽药等。因此，后生元被认为是益生菌的有效替代物（王婷等，2022），正逐渐成为新的研究热点，应用前景不可估量。本文主要就后生元的成分、来源及其功能进行简要介绍，希望为后生元的开发与应用提供参考。

1 后生元的成分

后生元的成分主要是指来源于益生菌具有益生功能的非活细胞性的物质。后生元的成分比较复杂，不同来源的后生元其成分不一样。发挥功能的后生元成分可能是单一的，也可能是复杂的。根据成分来源的差异，可将后生元分为4 种类型，即灭活菌体型后生元、菌体结构成分型后生元、菌体代谢物型后生元和无细胞混合物型后生元。

灭活菌体型后生元是指非活状态的具有完整结构的益生菌菌体细胞（任小杰等，2021；高杰等，2018；李杨等，2021），又被称之为类生元（王婷等，2022）。这种后生元需要通过特殊的灭活方式进行制备。灭活疫苗不属于后生元，因为其通常是由致病性微生物制备而成的。

菌体结构成分型后生元主要是指构成益生菌菌体结构的物质，如肽聚糖、磷壁酸（包括壁磷壁酸和脂磷壁酸）、细胞膜蛋白、胞外多糖（EPS）、S 层、菌毛、鞭毛、凝集素类分子、β- 葡聚糖等（高杰等，2018；李杨等，2021；王婷等，2022）。

菌体代谢物型后生元主要是指益生菌在生长繁殖过程中产生具有益生功能的代谢产物。这类后生元较为多样，如胞内多糖、酵素、蛋白质/ 胜肽（多肽）（如谷胱甘肽）、有机酸[乳酸、丙酮酸、吲哚-3- 乳酸、琥珀酸等，短链脂肪酸（醋酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸）]、脂质、维生素、酶[如谷胱甘肽过氧化物酶（GSHPx）、超氧化物歧化酶（SOD）、NADH- 过氧化物酶]、色胺、吲哚-3- 乙醛、去氨基酪氨酸、次级胆汁酸、尿胆酸、3-(4- 羟基苯基)乳酸、对醋氨酚、苯酚、10- 羟基- 顺-12- 十八烯酸、肉豆蔻油酸、白细胞介素（IL）-22、异硫氰酸酯、醋酸盐、5- 甲氧基吲哚乙酸、5- 羟基吲哚-3- 乙酸、抗菌肽（如乳酸链球菌素等细菌素）、乳清分离蛋白、VPP (异亮氨酰-脯氨酰- 脯氨酸)、IPP (缬氨酰-脯氨酰- 脯氨酸)、p40 蛋白、神经递质类物质（γ- 氨基丁酸、5-羟色胺、多巴胺、去甲肾上腺素、脑源性神经营养因子、乙酰胆碱）、4- 羟苯基丙酸、4- 羟苯基乙酸、咖啡酸、氯丁素、溶菌素、凝集素、凝血因子、信使/信号分子、缩醛磷脂、十二碳六烯酸等（高杰等，2018；李杨等，2021；范梦 琦 等，2022；白 娜 等，2022；Jauhiainen 等，2005；Petrova 等，2016；王岩等，2021；Teame 等，2020；吴焕，2019）。随着研究与开发的深入，这类具有益生功能的代谢物种类还会越来越多。当然，有人认为这类代谢物不能作为一种类型的后生元。也有人认为纯化的或人工合成的这类代谢物不属于后生元。但是，我们却难以否定这些代谢物的益生功能，特别是有些代谢物也存在于灭活的完整菌体内。因此，本文暂认为具有益生功能的菌体代谢物为一种类型的后生元。随着后生元研究与人类理解的深入，这类代谢物在分类上的归属将会变来变去。

无细胞混合物型后生元主要是指益生菌培养后去除益生菌菌体后的混合物，其中含有益生菌的代谢物、益生菌菌体死亡后裂解而来的菌体结构成分及其细胞内含物。这类后生元较易制备，但重复性不高，不同批次制备的后生元制剂可能存在成分及功能上的差异。

2 后生元的来源

后生元通常是由益生菌制备而来的制剂。益生菌有很多菌种，分属于不同的菌属。可以用来制备后生元只是部分菌株。因此，在制备后生元之前必须按照一定的要求挑选所需要的益生菌菌株。目前，可以用来制备后生元的益生菌菌株有细菌类和真菌类。

细菌类有乳杆菌属的植物乳杆菌、发酵乳杆菌、瑞士乳杆菌、干酪乳杆菌、副干酪乳杆菌、罗伊乳杆菌、短乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、乳酸杆菌、嗜酸乳杆菌、唾液乳杆菌、格氏乳杆菌、清酒乳杆菌、加氏乳杆菌、戊糖乳杆菌、卷曲乳杆菌、詹氏乳杆菌、两杈乳杆菌、德氏乳杆菌、高加索酸奶乳杆菌、马乳酒样乳杆菌、保加利亚乳杆菌、熟酸乳杆菌、约氏乳杆菌、玉米乳杆菌，双歧杆菌属的两歧双歧杆菌、动物双歧杆菌、乳酸双歧杆菌、长双歧杆菌、青春双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌，肠球菌属的粪肠球菌、乳酸肠球菌，乳球菌属的乳酸乳球菌（乳酸亚种，乳脂亚种，双乙酰亚种），芽孢杆菌属的凝固芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、多粘类芽孢杆菌，拟杆菌属的多形拟杆菌、单形拟杆菌、双孢拟杆菌、产酸拟杆菌、卵形拟杆菌，明串珠菌属的肠膜明串珠菌肠膜亚种，短状杆菌属的副凝聚短状杆菌，黄杆菌属的嗜果胶黄杆菌，阿克曼菌属的嗜黏蛋白阿克曼菌（AKK），丙酸杆菌属的费氏丙酸杆菌谢氏亚种和产丙酸丙酸杆菌，片球菌属的乳酸片球菌、戊糖片球菌，普雷沃菌属的普雷沃菌，类杆菌属的脆弱类杆菌，葡萄球菌属的小牛葡萄球菌、木糖葡萄球菌、肉葡萄球菌，链球菌属的嗜热链球菌，栖粪杆菌属的普氏栖粪杆菌（又称普拉梭菌），梭菌属的解黄酮梭菌，埃希菌属的大肠杆菌，鲸杆菌属的索氏鲸杆菌（李杨等，2021；白娜等，2022；王习振等，2021；孙文等，2021；黄继红等，2022；贺凯茹等，2022；殷成港等，2022）。

真菌类主要是酵母，主要包括布拉迪酵母、酿酒酵母、啤酒酵母、小红酵母、毕赤酵母和脆壁克鲁维酵母等（白娜等，2022；王习振等，2021；贺凯茹等，2022；殷成港等，2022）。

3 后生元的功能

后生元的益生功能丰富多样，同一种后生元可能有不同的功能，不同的后生元可能有着共同的功能。

3.1 拮抗致病菌，维持肠道菌群稳定

后生元可抵抗致病菌感染，维持宿主肠道微生态菌群稳定，对保障宿主健康具有重要作用。灭活的益生菌可改善肠道微生态平衡，进而促进宿主健康（白娜等，2022）。热灭活的粪肠球菌EC-27 株可增加粪便中双歧杆菌和乳杆菌的数量，降低产气荚膜梭菌和肠杆菌科相关细菌的数量，降低粪中吲哚、氨及硫化物的含量（Terada 等，2004）。益生菌的代谢物可以抑制致病菌的生长。乳酸菌的代谢中间物如过氧化氢等氧化性物质可抑制病原菌的繁殖（Yu 等，2011）。益生菌代谢产物中的细菌素（如片球菌素、链球菌素等）具有广谱的抑菌活性（Turner 等，2013；王岩等，2021）。益生菌的无细胞上清可拮抗病原菌生长，维护胃肠道菌群平衡。来自6 株植物乳杆菌的培养上清可显著抑制单核细胞增多性李斯特菌、肠炎沙门菌、大肠杆菌和耐万古霉素肠球菌的生长（Kareem等，2014）。

3.2 保护肠道上皮屏障功能

肠道上皮屏障对人和动物的健康具有重要作用。肠道上皮屏障主要由肠道上皮细胞及覆盖于其上的黏液层（由杯状细胞分泌的黏液素形成）组成。肠道上皮细胞间连接紧密。益生菌的灭活菌体或菌体成分可通过不同机制来保护肠道上皮屏障功能。大肠杆菌Nissel 1917 株的灭活菌体通过诱导宿主产生β-防御素来保护肠道上皮细胞（Mondel 等，2008）。益生菌的无细胞上清可抑制有害物质对肠道上皮细胞的破坏，从而保护肠道上皮屏障功能。来自布拉迪酵母的培养上清可通过激活ɑ2β1 整合素受体来改善肠道上皮损伤的修复（Alexandra 等，2011），从而加强肠道上皮细胞的屏障功能。代谢型后生元可单独发挥保护肠道上皮屏障的功能。益生菌的代谢产物丁酸可通过促进炎性小体活化来加强肠道上皮屏障的完整性（Liu 等，2021），从而增强肠道上皮屏障的功能。

3.3 免疫调节作用

较高的免疫力可提高机体的抗病能力。菌体成分型后生元可以调节宿主免疫系统的功能，从而提高机体的免疫力。益生菌细胞壁中的脂磷壁酸可与Toll样受体（如TLR2 和TLR6）相互作用（Mohamadzadeh 等，2011），进而激活宿主的免疫反应。唾液乳杆菌的肽聚糖可结合NOD2受体，提高IL-10 的表达量，调节肠系膜淋巴结的树突状细胞（CD103+） 和T 淋巴细胞（CD4+Foxp3+）的免疫功能（Hoarau 等，2006）。代谢型后生元可发挥免疫调节功能。益生菌产生的丁酸盐可诱导肠道中调节性T 细胞（Treg 细胞）的分化，丙酸盐可促进外周Treg 细胞的形成（Arpaia等，2013），增 强T 淋 巴 细 胞（CD8+）的记忆能力（Bachem 等，2019）。益生菌的灭活菌体可发挥免疫调节功能。热灭活的加氏乳杆菌能增加T 淋巴细胞（CD8+）数量，从而增强老年人的抗感染能力（Miyazawa 等，2015）。

3.4 抗过敏作用

过敏反应严重影响人和动物的正常健康生活。调节肠道菌群可有效控制过敏反应（Pascal等，2018）。后生元可通过增加过敏保护性微生物，提高针对过敏原的免疫耐受性，从而减轻过敏反应的严重程度，（王婷等，2022；白娜等，2022）。因此，后生元有望用于预防和治疗过敏性疾病。热灭活的副干酪乳杆菌LP33 株能显著改善过敏性鼻炎病人的症状，效果比活菌还好（Peng 等，2005）。

3.5 抗炎作用

炎症会影响人和动物的健康。益生菌的培养上清可发挥抗炎作用。凝结芽孢杆菌的培养上清能诱导宿主产生抗炎细胞因子，促进Th2 依赖性的细胞免疫（Jensen 等，2010）。干酪乳杆菌的培养上清能减轻肠应激综合征病人结肠和回肠黏膜的炎症反应（Compare 等，2017）。益生菌的某些代谢物可发挥抗炎作用。嗜酸乳杆菌产生的吲哚-3- 乙醛通过诱导IL-22 的转录来抑制白色念珠菌的定植、保护肠道黏膜免受炎症的损伤（Zelante等，2013）。益生菌的菌体成分通过调节信号通路和炎症因子的表达来发挥抗炎作用。鼠李糖乳杆菌、干酪乳杆菌和嗜乳酸杆菌的肽聚糖通过TLR-4 信号通路来抑制IL-6、IL-1β 和TNF-ɑ等炎性细胞因子的产生，从而减轻炎症（Zhen 等，2015）。

3.6 抗氧化作用

活性氧分子（含氧的自由基）对人和动物的健康产生负面影响。后生元具有抗氧化功能，从而维护机体健康。益生菌的灭活菌体或菌体成分（如胞外多糖和脂磷壁酸）具有抗氧化作用。灭活的嗜酸乳杆菌606 株及其胞内提取物有很强的抗氧化性能（Choi 等，2006）。动物双歧杆菌的胞外多糖能抑制脂质过氧化反应，增强清除活性氧分子（如超氧阴离子自由基、羟基自由基等）的能力（Xu 等，2011；李杨等，2021）。益生菌的代谢产物具有抗氧化功能。鼠李糖乳杆菌GG 株产生的5- 甲氧基吲哚乙酸可激活肝脏中核因子NF-E2相关因子(Nrf2)来防止氧化作用损伤肝脏（Saeedi 等，2020）。

3.7 抗肿瘤/ 癌的作用

肿瘤/癌严重威胁人和动物的健康。灭活的益生菌或菌体成分具有抗肿瘤/癌的功能。灭活的嗜酸乳杆菌606 株有显著的抗癌作用(Choi 等，2006）。双歧杆菌的脂磷壁酸能抑制人结肠癌细胞株HCT116 的增殖，通过上调TLR 来促进细胞凋亡（王跃等，2005）。益生菌的培养上清或代谢物可发挥抗肿瘤/ 癌的作用。干酪乳杆菌的培养上清可降低小鼠和人结肠癌细胞的生长活力（Tiptiri-Kourpeti 等，2016）。

3.8 促进皮肤健康

皮肤对保障机体健康具有重要意义，后生元可以促进皮肤健康。益生菌菌体细胞的裂解物及其代谢物中含有的透明质酸、脂磷壁酸、胞外多糖、肽聚糖、乳酸等物质可改善特应性湿疹、皮炎、疤痕、光损伤等皮肤性疾病的症状（范梦琦等，2022），以及具有美白、抗皱和舒缓等功效（Kober 等，2015）。益生菌的鞘磷脂酶、脂磷壁酸和代谢产生的乳酸等能增加角质层神经酰胺的生成（Lew等，2013），从而改善因神经酰胺不足导致的特应性皮炎、银屑病和刺激性皮炎等皮肤性疾病。大肠杆菌培养液的提取物（含有氨基酸、多肽、多糖和脂肪酸）可显著减少多形性日光疹患者的皮肤损伤（Aguilar-Toalá等，2018）。

3.9 有助于防治代谢性疾病

代谢性疾病（如糖尿病、肥胖、高血脂等）影响着很多人的健康生活。后生元可用于防治或改善代谢性疾病。热灭活的嗜热链球菌可降低糖尿病小鼠的血糖水平，降低胰岛素抵抗（Gao等，2019）。淀粉乳杆菌的菌体片段可降低肥胖模型鼠血浆中低密度脂蛋白- 胆固醇和甘油三酯的水平，显著降低动脉粥样硬化指数（Nakamura 等，2016）。热灭活的植物乳杆菌L-137 可降低肥胖小鼠的体重增加、血浆葡萄糖和胆固醇的升高（Yoshitakei等，2021）。

3.10 其他功能

除了以上功能外，后生元还有许多其他的非常具有吸引力的功能。后生元可以改善儿童自闭症的症状（Cuevas-González等，2020），调控肠- 脑轴（Sherwin 等，2019），保护肝脏（李杨等，2021），预防龋齿病（Schwendicke 等，2014），治疗斑型脱发（Rinaldi 等，2020），减轻移植物抗宿主反应的程度（Riwes 等，2020），预防和治疗关节炎和关节退化（林美吟等，2022），降低霉菌毒素的毒害作用（Taverniti等，2011）。

4 展望

后生元是一种新型的微生态制剂，在相关领域有着广阔的应用前景。但后生元来源复杂，成分亦复杂，功能也相应多样。同一种后生元在不同宿主或应用方式不同可能会有不同的功能效果。不同批次制备的后生元可能也有不同的功能效果。在今后，应加强后生元成分与功能的标准化与对应化研究，加强制备工艺的精细化和标准化，使制备出的后生元产品在成分和功能上具有一致性。因此，还必须深入研究和开发后生元。

参考文献：（略）