乳酸菌胞外多糖的生物学活性

057　乳酸菌胞外多糖的生物学活性
张　筠,刘　宁,孟祥晨　综述
(东北农业大学食品学院,黑龙江　哈尔滨　150030)
摘要:　乳酸菌胞外多糖在现代生活的许多领域发挥着重要的作用。

据报道产胞外多糖的乳酸菌对人体的保健作用与其产生的胞外多糖的生物学活性密切相关。

本文主要综述了乳酸菌胞外多糖的抗肿瘤活性、免疫调节活性及调节胃肠道功能等方面的生物学活性,并介绍了其应用及展望。

关键词:乳酸菌;胞外多糖;生物活性
中图分类号:　Q939111+7;Q538 文献标识码:　A 文章编号:　100121226(2004)0420227204
收稿日期:2003210208;修回日期:2004205221
作者简介:张筠(19762),女,在读硕士,研究方向:食品功能性。

乳酸菌(lactic acid bacterium ,LAB )是一类能使碳水化合物发酵并产生大量乳酸的细菌的总称,目前自然界中已发现的这类细菌在分类学上至少有23个属,在食品、医药等领域应用较多的主要有7个属。

乳酸菌除了具有定植、代谢产生乳酸等作用以及有效酶活性外,一些次生代谢产物,如胞外多糖(ex opolysaccharide ,EPS )也发挥着重要作用。

乳酸菌胞外多糖(LAB EPS )是乳酸菌在生长代谢过程中分泌到细胞壁外的粘液多糖或荚膜多糖。

它在发酵乳制品生理功能特性中的作用一直是国内外学者研究开发的热点之一。

近十多年来的研究发现,具有一定生物学活性的多糖在生物体内不仅作为能量资源或结构材料,更重要的是参与了生命现象中细胞的各种活动,具有多种生物学功能。

研究表明,活性多糖除了具有抗病毒、抗衰老、降血糖、刺激造血等作用外,还有免疫调节与抗肿瘤的生物学功效。

其中,来源于乳酸菌的胞外多糖由于对机体无毒副作用,来源安全可靠等优点,逐渐被人们所关注。

本文对乳酸菌胞外多糖的抗肿瘤活性、免疫调节活性和调节胃肠道功能等生物学活性的研究作一综述。

1　抗肿瘤作用
111　具有抗肿瘤作用的乳酸菌类
大多数乳酸菌均产生胞外多糖,目前对乳杆菌属(Lactobacillus )、链球菌属(Strepto 2coccus )、明串珠菌属(Leuconostoc )、乳球菌属(Lactococcus )等乳酸菌EPS 的研究较多。

而能产生真正具有抗肿瘤特性的EPS 的乳酸
菌还十分有限,见表1[1]。

表11　能够产生具有抗肿瘤特性EPS 的乳酸菌类
菌名菌名嗜酸乳杆菌唾液乳杆菌短乳杆菌
草绿色乳杆菌德氏乳杆菌保加利亚亚种纤维二糖乳杆菌干酪乳杆菌乳脂亚种乳酸链球菌乳酸亚种发酵乳杆菌唾液链球菌嗜热亚种瑞士乳杆菌
肠膜明串珠菌肠膜亚种瑞士乳杆菌约古特亚种婴儿双歧杆菌詹森乳杆菌青春双歧杆菌莱希乳杆菌两歧双歧杆菌植物乳杆菌长双歧杆菌格氏乳杆菌
乳酸链球菌乳脂亚种
112　乳酸菌胞外多糖抗肿瘤作用研究状况
Oda 等
[2]
早在80年代就确定了由瑞士乳杆菌约古特亚种(Lb .helveticus ssp .jugurti )产生的EPS 具有抗肿瘤活性。

通过腹腔注射EPS 提取液来测定其延长移植性腹水瘤
S180小鼠生命的作用。

给予20mg・kg-1EPS9天,小鼠生命延长率为144%,剂量增加至40mg・kg-1或80mg・kg-1则生命延长率为233%。

作者认为,EPS的抗肿瘤作用机制可能是通过增强宿主免疫力。

为了明确抗肿瘤作用机制,就EPS或者是产EPS的菌体对免疫系统的影响进行了大量研究。

K itazawa等[3]发现腹腔注射乳酸乳杆菌乳脂亚种K VS20冻干粉可以抑制小鼠S
180肉瘤,但是此菌株在体外抑制S180肉瘤细胞试验中未显示出其直接的细胞毒作用。

研究结果显示,此菌株抑制肿瘤细胞增殖作用是基于提高宿主的免疫活性来实现的。

作者认为由乳酸乳杆菌乳脂亚种K VS20产生的粘液多糖对抗肿瘤活性起着主要作用。

此后又有研究发现,由乳酸乳杆菌乳脂亚种K VS20产生的粘液多糖对B2淋巴细胞有较强的增殖作用[4]。

而且,Nakajima等[5]研究发现,给鼠腹腔注射乳酸乳杆菌乳脂亚种S BT0495产生的EPS可以增加其特定抗体的含量,说明此种EPS可能作为一种药物佐剂。

据报道,酸奶发酵剂德氏乳杆菌保加利亚亚种O LL1073R21具有宿主介导的抗肿瘤活性,分离到的EPS可分为两部分:中性多糖和酸性多糖(APS),研究发现,APS21073部分对鼠B2淋巴细胞具有有效的增殖活性[6]。

在此之前,Ebina等[7]曾观察到此菌产生的胞外多糖对双移植性肉瘤体系显示出抗肿瘤活性,而且指出,对宿主的调节机制与激活其免疫细胞有关,如淋巴细胞和巨噬细胞。

国内关于抗肿瘤活性多糖的研究主要集中在植物多糖和一些真菌类多糖,关于乳酸菌EPS的研究还很少。

胡承钰和王三英[8]报道将甲型链球菌(Streptococcusа)、双歧杆菌(Bifidobacterium)、变形杆菌(Proteusvulgan’s Hauser)、溶壁球菌(E.cellulosolvens)4种菌胞
外多糖联合作用于移植性实体肿瘤S
180
小鼠,其剂量为50mg・kg-1连续7天,肿瘤抑制率达到5415%。

以上这些研究大都是通过对鼠注射给药进行的试验,还有相当多的试验是通过口服给药进行的。

当口服由开菲尔粒中分离的水溶性多糖(KG F2C)时,显示出延缓肿瘤细胞生长的特性,这是通过T细胞诱导的免疫增强作用,而不是B细胞参与的体液免疫[9]。

113　乳酸菌胞外多糖的抗肿瘤作用机制目前研究发现,多糖发挥抗肿瘤作用的机制是多途径的。

其一,增强宿主免疫功能而发挥抗肿瘤作用,多糖通过激活巨噬细胞、网状内皮系统、T淋巴细胞和B淋巴细胞、补体及促进干扰素(I NF)、白细胞介素等多种细胞因子的生成等途径而对机体免疫功能产生影响。

其二,某些多糖具有细胞毒性,可直接杀死肿瘤细胞,如牛膝多糖、茯苓多糖、刺五加多糖、银耳多糖、香菇多糖、芸芝多糖等。

另外,就是促肿瘤细胞凋亡作用。

凋亡异常是肿瘤发生发展的一个重要因素,在恶性肿瘤中,细胞凋亡比例明显降低。

有些多糖可以诱导肿瘤细胞凋亡比例增加,从而抑制肿瘤的发生发展。

此外,多糖还可以通过抑制肿瘤细胞周期,影响血液供应等起到抗肿瘤作用。

从现有研究来看,乳酸菌胞外多糖的抗肿瘤作用机制主要是通过提高机体免疫力,对于其它方面的机制还有待于进一步研究。

2　免疫调节作用
H os ono等[10]报道,由青春双歧杆菌M10124产生的EPS具有免疫调节作用。

K itazawa等[11]从保加利亚乳杆菌O LL1073R21中分离出来的胞外脂多糖具有增加巨噬细胞的作用。

顾瑞霞[12]对唾液链球菌嗜热亚种的研究发现,EPS对小鼠的细胞免疫和体液免疫均有促进作用。

G omez等[13]从青春双歧杆菌ATCC15703培养物的上清液中分离得到的胞外物质能增强鼠脾淋巴细胞活性,从胞外物质中分离得到的EPS显示出较高的淋巴细胞增殖作用。

Mukai等[14]报道,由高加索乳杆菌和粪链球菌株产生的酸乳酒胞外多糖(kefiran),能提高荷瘤鼠的迟发型超敏
反应。

顾笑梅等[15]研究了乳酸菌Z
222产生的胞外多糖对荷瘤小鼠机体免疫功能的影响,结果表明,EPS具有较高的促进淋巴细胞产生特异抗体的能力,能对抗由环磷酰胺引起的荷瘤小鼠脾脏重量的降低和提高小鼠的迟发型超敏反应应答能力。

由乳酸菌产生的EPS还可以增加其他免疫功能,如巨噬细胞吞噬活性和诱导细胞生长抑制素(γ干扰素和白介素21α)的产生等[16]。

3　对消化道功能的调节作用
311　促进菌体在肠粘膜上的粘附作用
除了乳酸菌活菌可以调节肠道菌群平衡,促进健康外,膳食中的多糖作为一种益生素对肠道的调节和对肠道有益菌的定植也起到重要作用[17]。

对于细菌粘附作用的研究表明,细菌产生的EPS可以提高菌株对肠道表面的非特异性粘附能力。

而且,荚膜多糖可以促进菌体在肠粘膜表面的粘附,使菌体更容易在肠道内定植。

EPS的存在可能对菌体在肠道内最初的粘附和永久的定植起促进作用。

G erman等[18]推测,EPS使食品的粘度增加,从而延长了发酵乳制品在胃肠道内的存留时间,因此,对益生菌在肠道内短暂的定植非常有益。

312　对结肠癌的防治作用
根据EPS在肠道内消化程度的不同,乳酸菌EPS对人体健康影响的作用效果也不同。

一些肠道内微生物可以使EPS降解,产生短链脂肪酸(SCFAs),这些SCFAs可以被肠粘膜上皮细胞吸收,其中的丁酸可以调节结肠糖苷的生成和定位,刺激将要产生癌变的细胞的免疫能力,诱导肿瘤细胞向正常细胞转化,并控制致癌基因的表达,因而对防治结肠癌起到了关键的作用[19,20]。

有些EPS不能被肠道微生物降解,如由乳酸链球菌乳脂亚种B40(Lactococcus Lactis subsp.cremoris B40)、乳杆菌S AKEI021(Lactobacillus S AKEI021)、嗜热链球菌SF20(S.thermophilus SF20)和瑞士乳杆菌59(L.helveticus59)产生的EPS不能被粪便微生物降解[22],那么这些EPS的存在能够刺激肠壁,增加肠的蠕动,促进排便,从而减少致癌物与结肠接触的机会,起到防止便秘、肠道癌的作用。

4　EPS对细胞体的保护作用
荚膜多糖和粘液多糖的生理功能主要是防护作用,它可以形成亲水表面防止细胞干裂、螯合重金属离子防止其毒害、使噬菌体不敏感从而防止其侵害、防止抗生素破坏细胞(抗生素必须在胞外多糖中达到饱和才能到达细胞壁)、提供高氧张力等[23]。

5　EPS的应用及展望
乳酸菌EPS可以作为新型天然食品添加剂,应用于发酵工业,如酸乳、酸乳饮料、干酪、发酵奶油和以乳为主的甜品等,乳酸菌EPS对于产品的质地、口感、风味以及终产品的稳定性都有重要作用。

由于EPS可以在多种食品中作为增稠剂、稳定剂或者水合剂,因此,这些多聚物可以取代一些工业稳定剂。

例如,可以直接应用产EPS的乳酸菌来作为发酵乳工业生产的发酵剂,而无需添加其它稳定剂就可以提高酸奶的粘度和组织状态,防止乳清析出。

用于生产酸奶的粘性嗜热乳酸菌发酵剂在明令禁止使用添加剂的欧洲的一些国家已被普遍使用。

除了工业上的应用外,由于乳酸菌胞外多糖独特的生理功能特性,它作为药物及保健食品应用的前景也非常广阔。

在医药工业中,右旋糖酐的硫酸酯有抑制脂类代谢异常引起的高血脂动脉硬化的作用;硫酸化的葡聚糖还具有凝血作用;右旋糖酐铁或钙复合物可供缺铁或缺钙的病人服用。

随着对乳酸菌胞外多糖研究的不断深入,也将为保健食品市场提供新的思路。

目前,大多数是利用天然产多糖的乳酸菌来进行保健食品的加工,随着胞外多糖提取工艺的不断成熟,也将会开发出胞外多糖产品研制的保健食品。

有人还提出将乳酸菌胞外多糖作为益生
素应用。

而大多数作为益生素应用的主要是一些低聚果糖(如菊糖),目前还没有将乳酸菌胞外多糖作为益生素应用的报道。

但已经有相当多的有关其调节胃肠道功能、促进有益菌在肠道内定植以及产生抑菌物质等的报道。

而乳酸菌EPS可能作为益生素的一个重要的特性就是EPS可能存留于消化道内,不被肠道内腐败菌所降解,但这方面的研究还很少。

因此,将乳酸菌EPS作为益生素应用方面还要作更多的研究。

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《国外医学卫生学分册》编委简介
王福　,男,第二军医大学海军医学系分子营养研究中心主任,副教授。

主要研究领域:锌离子转运蛋白调控的分子机制研究,营养素相关基因克隆与功能,营养与脑发育,营养与抗氧化,营养与慢性病的研究。

蔡东联,男,第二军医大学附属长海医院营养科主任,第二军医大学临床营养学教研室主任,中国人民解放军临床营养中心主任,教授,博(硕)士生导师。

主要研究领域:临床营养学、公共营养学、食品卫生学、军队营养学、特殊营养学、卫生毒理学,以及与医学相关的内容。

目前主要从事疾病的营养代谢和营养治疗的研究。