益生菌的健康功效

益生菌對人體的健康功效主要分為三大部分：(1)維持正常腸道菌 相；(2)免疫調節作用；(3)代謝作用，如圖 2.2 所示。這些健康功效及其

可能機轉則如表2.3 所示，並分別敘述如下：

(1)改善乳糖消化

菌體對於乳品中的乳糖可產生乳糖酶(lactase)來進行預發酵，進而降 低乳品中的乳糖含量，並可維持其活性至腸內作用，以幫助體內乳糖的

消化。故可改善患有先天性腸黏膜β-半乳糖苷酶缺乏症所造成之乳糖消

化性障礙；亦可增進因腸疾而使乳糖酶活性不足者對乳品的耐受性(de Vrese et al., 2001; Rizkalla et al, 2000)。

(2)降低癌症發生率

現代人飲食習慣西化，攝取過多的肉類與脂肪，膳食纖維攝取少，

使得腸內的益生菌數量減少，而類細菌與產氣莢膜梭菌等數量增加。乳 酸桿菌及雙歧桿菌具有降低不正常黏膜突間叢聚(aberrant crypt foci)的 現象(Reddy and Rivenson, 1993)，由於可抑制腸內有害菌生長，因而可 減 少 有 害 菌 所 分 泌 的 黏 蛋 白 酶 (mucinase) 、 β- 葡 萄 糖 苷 酶 (β-glucosidase)、硝基還原酶(nitroreductase)、β-葡萄糖醛酸苷酶

(Parvez et al., 2006) 圖2.2、益生菌的健康功效

Fig. 2.2 Proposed health effect of probiotics

表2.3、益生菌的功效及其可能的機轉

Table 2.3 Potential and established effects of probiotic bacteria

Target health benefit Postulated mechanism

Aid in lactose digestion Bacterial lactase hydrolyses lactose Resistance to enteric

pathogens

Secretory immune effect Colonization resistance

Alteration of intestinal conditions to be less favorable for pathogenicity (pH, short chain fatty acids, bacteriocins) Alteration of toxin bindings sites

Influence on gut flora populations

Adherence to intestinal mucosa, interfering with pathogen Upregulation of intestinal mucin production, interfering with

pathogen attachment to intestinal epithelial cells Anti-colon cancer effect Mutagen binding

Carcinogen deactivation

Inhibition of carcinogen-producing enzymes of colonic microbes Immune responses

Influence on secondary bile salt concentration Small bowel bacterial

overgrowth

Influence on activity of overgrowth flora, decreasing toxic metabolite production

Alteration of intestinal conditions to be less favorable to overgrowth flora activities or populations

Immune system modulation

Strengthening of non-specific defense against infection and tumors

Adjuvant effect in antigen-specific immune responses Enhancement of secretory IgA production

Allergy Prevention of antigen translocation into blood stream Blood lipids, heart disease Assimilation of cholesterol within bacterial cell

Increased excretion of bile salts due to deconjugation by bile salt hydrolase

Antioxidative effect

Antihypertensive effect Peptidase action on milk protein yields tripeptides which inhibit angiotensin Ι- converting enzyme

Cell wall components acts as angiotensin converting enzyme inhibitors

Urogenital infections Adhesion to urinary and vaginal tract cells Colonization resistance

Inhibitor production (H2O2, biosurfactants) Infection caused by

Helicobacter pylori

Production of inhibitors of H. pylori (lactic acid and others) Hepatic encephalopathy Inhibition of urease-producing gut flora

(Sanders, 1999)

(β-glucuronidase)及尿素酶(urease)等所催化的致癌物及致突變物之代謝 或活化作用(Roberfroid, 2000)。亦有研究指出乳酸菌可藉由其細胞壁上 的多醣成份與致突變物質結合(Zhang and Ohta, 1991)或吸附腸內之致突 變代謝產物(Zhang and Ohta, 1993)，如：azodyes、N-nitrosamines 等使之 失活(楊，1996)，進而減少致癌的機會。

此外，經腸道益生菌代謝所產生之短鏈脂肪酸除了可作為腸道上皮

細胞之能量來源，亦可降低腸道中之 pH 值，甚至可刺激腸道上皮細胞

增殖分化，其中的丁酸尚具有抑制腸道腫瘤增殖分化的功效(Prasad, 1980)，但研究顯示防治腫瘤功效上是有菌株差異性的，且不同菌株可能 有不同之防癌作用機制(Rafter, 2002)。

(3)調節腸道菌相

益生菌具有平衡腸道菌叢的能力，能與病原菌於腸道中競爭吸附 位、營養源，並於代謝過程中產生有機酸(如：乙酸、丙酸、乳酸等)、

抑菌素(bacteriocin)、過氧化氫(hydrogen peroxide, H₂O₂)等物質以抑制病 原菌而使腸道菌叢平衡(Steer et al., 2000; Ziemer and Gibson, 1998)。有許 多臨床研究證實時常服用益生菌來作為膳食補充品，能預防腸胃疾病之

治療，如：嬰兒型腹瀉(Ouwehand et al., 2002; Shornikova et al.,1997)、旅 行者腹瀉(Oksanen et al., 1990)、抗生素誘發型腹瀉(Rolfe, 2000; Siitonen et al., 1990)、由食物病原菌所引起的腹瀉(Fooks and Gibson, 2002)、預防 再發性腸炎(Biller et al., 1995; Gorbach et al., 1987; Rolfe, 1995)等都具有 良好成效。

(4)調節免疫力

益生菌的細胞壁含有肽聚醣(peptidoglycan)，可與淋巴細胞與巨噬細

胞上的肽聚醣接受器結合，進而刺激活化免疫系統，增進巨噬細胞等非 特異性免疫反應(Matsuzaki et al., 1998; Neumann et al., 1998)、刺激淋巴

系統產生抗體等特異性免疫反應，調節γ-干擾素(γ-interferon, IFN-γ)分泌 等相關的細胞免疫(Christensen et al., 2002; Marin et al., 1998)或增加血清

抗體IgA 含量等相關的體液免疫(Perdigón et al., 1991; Tejada-Simon et al., 1999)，以達到促進免疫排除(immune exclusion)的作用。

(5)緩和過敏現象

人體的T 淋巴球(T cell)分為兩類，一為細胞毒殺 T 淋巴球(cytotoxic T cell)，一為輔助 T 淋巴球(helper T cell)，其中輔助 T 淋巴球因分泌的

細胞素不同而分為二型，第一型 T 淋巴球(Th1 cell)主要分泌細胞間白素 - 2 (Interleukin- 2, IL- 2)和 IFN-γ，可促進細胞免疫，並使 B 淋巴球(B cell) 分泌免疫球蛋白 G 抗體(IgG)；相反的，第二型 T 淋巴球(Th2 cell)則主 要分泌 IL- 4、5、6、10、13，可促進體液免疫，但使 B 淋巴球分泌免 疫球蛋白E 抗體(IgE)，Th1 cell 和 Th2 cell 之間存在著動態的平衡關係(圖 2.3)。過敏是免疫疾病的一種，是人體免疫功能失調而出現不平衡的狀 況。有過敏體質的人，當過敏原進入體內，則會誘發身體免疫系統產生

Th2 cell 免疫反應，Th2 cell 會釋放 IL- 4、5、6、10、13，促使 B 細胞 分泌 IgE，並黏附在肥大細胞(Mast cells)上，再遇到過敏原時，過敏原

會黏附在 IgE 上，共同作用後，肥大細胞會釋放發炎介質如組織胺

(histamine)、白三稀素(leukotriene)、前列腺素(prostaglandin)和血小板活 化因子等，這些發炎介質會進一步影響呼吸道產生發炎反應，導致過敏 症狀發生。在 T cell 分化早期，可經由細胞激素之調控來抑制 Th2 cell 的免疫反應，如 IFN-γ 可減少 IL-4 之表現量，IFN-α 則可增加 IFN-γ 的 產生，進而促進Th1 cell 的免疫反應，降低 IgE 的產生；益生菌即是藉 由增加IFN-α 和 IFN-γ 的表現量，以誘發免疫系統產生 Th1 cell 免疫反 應而減少過敏的反應(圖 2.4) (Cross et al., 2001; Kekkonen et al., 2008;

(Kobayashi et al,2001) 圖2.3、Th1 與 Th2 的免疫反應

Fig. 2.3 The immune response of Th1 and Th2

(Cross et al., 2001)

圖2.4、益生菌調節免疫反應之抗過敏機制

Fig. 2.4 Theoretical model of the anti-allergy mechanism for the immunoregulating effect of probiotics

(6)改善幽門螺旋桿菌誘發之胃炎症狀

幽門螺旋桿菌(Helicobacter pylori)是慢性胃炎及胃潰瘍的主要病因 之一，估計全世界至少有一半人口胃內有幽門螺旋桿菌存在，感染情況 隨年齡增加而增加。一般治療幽門螺旋桿菌的療法包括使用制酸劑、鉍 劑(bismuth)、抗生素或三合一合併療法(一種質子幫浦抑制劑及兩種抗生 素) (Pinchuk et al., 2001; Sheu et al., 2003)，近年來建議以三合一療法作 為標準療法(Malfertheiner et al., 2002)。以三合一療法根治幽門螺旋桿菌

感染的胃炎成功率達八成，但有抗藥性以及抗生素引發之腸胃不適，

如：腹瀉、嘔吐、脹氣、腹痛等副作用(Qasim and O’Morain, 2002)。有 研究發現乳酸桿菌具有預防幽門螺旋桿菌感染(Francavilla et al., 2008;

Kabir et al., 1997)及改善胃炎(Felley et al., 2001)的效用，益生菌對幽門螺 旋桿菌之抑制作用可能與其分泌物有關(Coconnier et al., 1998; Pinchuk et al., 2001)。有學者嘗試以乳酸桿菌搭配三合一療法以改善三合一療法

之療效，結果發現根治的效果有限，但可減少副作用以及患者不適感覺 之效果(Canducci et al., 2000; Cremonini et al., 2002; Sabbi et al., 2008;

Sheu et al., 2002)。

(7)減少泌尿道生殖器的感染

泌尿道生殖器之感染大部分屬於內源性逆性感染，即為正常菌群所 引起的感染，是菌相失調的一種表現，大多是來自陰部或腸道內最常見 的細菌，如：葡萄球菌、鏈球菌、大腸桿菌、棒狀桿菌和腸球菌，當宿 主生理狀態發生改變時，如：衛生習慣欠佳、免疫功能低下等，病原菌 會增生而入侵泌尿系統而造成感染。當益生菌為優勢菌群時，可使泌尿 道呈酸性環境以抑制大腸桿菌等的過度繁殖與活動、競爭吸附鍵結位、

增強宿主的體液免疫等來減少病原菌感染(Shalev, 1996; Sobel, 1999)。

(8)降低膽固醇

膽固醇為細胞膜及細胞質脂蛋白之重要成分，也是膽酸及各種固醇 類荷爾蒙之前趨物。膽固醇在肝臟內合成後，與甘氨酸(glycine)和牛磺 酸(taurine)結合成一級膽鹽，若被腸內菌分解形成二級膽鹽，二級膽鹽

在 pH 6 以 下 溶 解 度 會 下 降 而 沈 澱 ， 使 膽 鹽 無 法 經 由 腸 肝 循 環 (entetrohepatic circulation)再利用。而膽固醇的溶解度與膽鹽溶解度有

關，會產生共沈澱而排出，不僅有助於食物中的膽固醇不被吸收，更可 因膽鹽減少而加速人體利用膽固醇來合成膽鹽(Jin et al., 1998; Klaver and van der Meer, 1993)。另外亦有研究顯示，有些乳酸菌會吸附腸道內

素hydroxymethylglutaryl-CoA reductase (HMG-CoA reductase)的活性，使 膽固醇之合成減少(Khedkar et al., 1993)。

(9)降血壓

血壓高是由多方面的因素所引發的，如：精神、神經、內分泌、遺 傳及血管收縮素轉化酶(angiotensin Ι - converting enzyme; ACE)等，其中 ACE是調節血壓的關鍵酵素。ACE之功能是將腎素(renin)分解血管張力 素原(angiotensinogen)產生的angiotensin Ι (inactive)轉換成angiotensin ΙΙ (active) (圖2.5)，angiotensin ΙΙ是很強的血管收縮物質，使血管收縮而造 成血壓升高，亦會刺激腎上腺皮質分泌醛固酮(aldosterone)，造成鈉與水 份的滯留而使血壓升高。另一方面，ACE可水解舒緩激肽(bradykinin)，

bradykinin具血管舒張作用而具降血壓之效果，故ACE存在時會分解 bradykinin使得血壓無法下降。乳酸菌在發酵的過程中，能夠產生抑制 ACE活性的多肽(Fitzgerald and Meisel, 2000; Ginger and Grigor, 1999;

Tauzin and Micki, 2002)，ACE抑制多肽是一種競爭性的抑制劑，其對ACE 活性區域之親合力大於angiotensin Ι和bradykinin，一旦與ACE活性區域 結合就難以分開，故而使angiotensin Ι無法轉化為angiotensin ΙΙ並阻礙 bradykinin分解成失活片斷，進而達到降血壓的功能(楊等，2006；Meng

(楊等，2006) 圖2.5、血壓調控機制

Fig. 2.5 Regulation mechanism of the blood pressure

and Oparial, 1996)。

(10)改善肝昏迷現象

肝昏迷(hepatic encephalopathy)是血液中的氨含量太高所引起的神 經性異常現象，其成因之一為腸道細菌滋生，細菌的尿素酶活性過高而 使得腸道中之氨濃度過高，這些氨在正常人體內經腸道吸收後可經血液 運送至肝臟進行解毒，但肝衰竭的病患無法進行肝臟解毒而使血中的氨 達到具毒性的濃度。益生菌則可能藉由調節菌相而減少腸道內細菌的尿 素酶活性進而改善肝昏迷症狀(Loguercio et al., 1995)。

(11)改善營養價值及食物消化性

益生菌與宿主的營養有密切的關聯，腸內菌群確實參與宿主之營養 素消化、合成與吸收，而菌體本身製造的營養素亦可被宿主所利用。益 生菌可提高游離胺基酸的量，同時其菌體蛋白大部分可為宿主所用；此 外可分泌酵素將不溶性蛋白、脂肪和醣等變為可溶性，以利進行新陳代 謝，改善如食欲不振、乳糖不耐、脹氣等症狀；益生菌在腸內發酵後產 生的醋酸、乳酸等，使腸道環境酸鹼值降低，故能提高鈣、磷、鐵等的

利用率，促進人體礦物質與維生素D 的吸收；亦能在腸道內產生葉酸、

菸鹼酸、硫氨素(Vit B1)、核黃素(Vit B2)、吡哆醇(Vit B6)、鈷胺素(Vit B12)、

維生素K 及維生素 H 等維生素，以供人體利用(Holzapfel and Schillinger, 2002)；有些菌種尚能產生易於代謝的 L(+)乳酸，可防止嬰兒酸中毒的 代謝障礙。