乳酸菌降解膽固醇的作用機理及其在動物中的研究現狀

宋明鑫 許 麗 王文梅 韓 宇

膽固醇是人體必需的營養成分，但隨著人們生活水平的不斷提高，人體攝入的膽固醇量普遍偏高，而血清中膽固醇過高會引發高血壓、冠心病、腦中風等心腦血管疾病，嚴重威脅著人類的健康。降低人體膽固醇含量的主要手段是減少體外攝入，而膳食中攝入的膽固醇主要來源于動物性食品，如禽蛋蛋黃、豬肥肉及動物內臟等。因此，降低動物肉中和禽類蛋中膽固醇的含量是科學研究的重點。研究表明，乳酸菌制劑添加到動物飼料中具有降低動物機體內膽固醇和甘油三酯的作用，乳酸菌作為益生菌還能通過調節腸道菌群平衡來增加機體免疫力。因此，人們進行大量的體內和體外實驗，旨在開發功能性乳酸菌制品，進而生產出優良的畜產品，來滿足人們的健康需要。

1 乳酸菌降低膽固醇含量的體外研究進展

目前，具有降低膽固醇含量的乳酸菌見表1，其中對嗜酸乳桿菌研究最為廣泛，長雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌次之。體外研究表明，乳酸菌能夠從培養基中吸收膽固醇。

表1 具有降膽固醇功能的乳酸菌

1.1 菌體生長狀況

不同種類的菌體降低膽固醇的能力不同，但對同一菌株來說，生長狀況不同其降膽固醇的能力也不相同。Pereira等(2002)用分光光度計在650 nm下對同一條件內生長的菌株進行膽固醇吸收檢測時發現，不同種類的菌株在相同的培養條件下吸收膽固醇的能力差異很大。即便是同一菌株在不同的實驗次數中也有很大差異，而同一菌株同一批次的3個重復中菌株的生長情況和吸收膽固醇的比例也存在著一定的差異，但差異不顯著。這證明菌株對膽固醇的降解能力與菌體的生長狀況有關。

1.2 pH值

乳酸菌菌體對膽固醇的吸收受培養基pH值的影響。Noh等(1997)在實驗中將pH值控制為6.0時，嗜酸性乳桿菌ATCC43121吸收的膽固醇顯著高于不控制pH值的吸收值。由此推測可能是菌體在pH值6.0的情況下活力最好。Tahri K等(1997)發現，在膽鹽和膽固醇同時存在的培養基中膽固醇的含量與菌體生長的pH值有關。菌體對膽固醇的吸收量隨pH值降低而增加，可能是因為pH值降低，菌體密度增大或膽固醇與培養基中的膽鹽形成共沉淀，進而降低培養基中膽固醇的含量。

1.3 膽鹽的作用

膽鹽有結合型和脫結合型兩種，不同種類的膽鹽對乳酸菌的生長和降膽固醇的效果不同。Tahri K等(1997)認為，在抑制菌體生長方面，脫結合膽鹽比結合膽鹽作用更明顯。在吸收膽固醇方面，結合膽鹽比脫結合膽鹽效果更明顯。這主要是因為結合膽鹽被膽鹽水解酶水解，降低了膽固醇的含量。

乳酸菌在有膽鹽存在時能夠吸收膽固醇，但提高膽鹽的濃度會抑制菌體的生長，但是膽固醇的脫除率會增加。一般小腸內的膽鹽濃度低于0.4%，因此，乳酸菌必須對膽鹽具有一定的耐受性，才能吸收膽固醇。但是具有高膽鹽耐受性的乳酸菌不能作為降低膽固醇篩選的唯一標準，它還受很多其它因素的影響。

1.4 膽鹽水解酶（BSH）

在多種乳酸菌中發現，膽鹽水解酶不僅能夠作用于菌體本身，還能夠降低機體膽固醇水平。膽鹽水解酶能夠改變某些細胞膜的屬性，進而提高乳酸菌的耐酸性，增強菌體在腸道中的存活能力。膽鹽水解酶在肝腸循環中將結合膽鹽水解為游離膽鹽，游離膽鹽不易被小腸吸收，所以大部分直接由糞便排出，機體就會利用血漿中的膽固醇來合成缺失的膽鹽，進而降低了機體膽固醇水平。研究發現，不能降解膽鹽的乳酸菌不能明顯地去除膽固醇，因此，膽鹽水解酶被認為是篩選乳酸菌降膽固醇的一個重要條件。

1.5 益生元

添加適量的益生元能夠促進乳酸菌降低膽固醇。如適量的添加Tween 80能提高乳桿菌的降膽固醇能力，但是添加量過多時反而會抑制其降膽固醇的能力。半乳寡聚糖能促進發酵乳酸桿菌的生長同時也能提高其降膽固醇的能力，Ca2+也有此作用。

1.6 其它因素

培養基的成分也會影響乳酸菌降膽固醇的能力，一般選用添加巰基乙酸鈉作為耐氧劑的MRS培養基作為測定乳酸菌降解能力的培養基。此外，氧氣、膽固醇的種類等都對降膽固醇有一定的影響。陳帥等(2010)在含有乳桿菌ST-Ⅲ的培養基中添加不同來源和不同濃度的膽固醇時，ST-Ⅲ菌株均具有降低膽固醇的作用，降低能力受膽固醇濃度影響很大。

2 乳酸菌降低膽固醇的機理研究

國內外研究人員對乳酸菌降低膽固醇作用的機理進行了大量的研究，結果表明，乳酸菌通過兩種途徑來降解膽固醇，一種是與吸收和共沉淀相關的非代謝途徑，另一種是通過菌體產生特殊的物質或酶將膽固醇轉化為其它物質的代謝途徑，具體表現為以下幾種理論。

2.1 吸收理論

大量的體外實驗證明，乳酸菌能夠吸收同化介質中的膽固醇。Gilliland等(1985)從豬糞便中分離篩選出嗜酸乳桿菌P47和RP32，并對這兩個菌株進行了降低膽固醇的研究，發現培養基中的膽固醇含量減少，而通過檢測發現細胞被破碎后胞內膽固醇含量顯著增加，推斷菌體吸收了培養基中的膽固醇。Grill等(2000)將乳酸桿菌和雙歧桿菌接入到相同濃度的高膽固醇培養基中，發現二者對膽固醇吸收能力都很強。于平等(2011)通過體外實驗同樣證明了植物乳桿菌LpT1和LpT2對膽固醇也具有一定的吸收作用。因此推測菌體細胞能夠吸收膽固醇，降低血清膽固醇的含量。

2.2 共沉淀理論

Klaver等(1993)通過色譜法測定培養基中膽酸鹽的成分，發現經過1 d的時間結合型膽酸鹽被分解為游離的膽酸，當pH值控制在6.0時膽固醇沒有減少，降低pH值時，膽固醇反而降低了，因此，推測膽固醇沒有被吸收，而是游離的膽酸與膽固醇發生了共沉淀。鄧凱波等(2010)將分離自內蒙古傳統稀奶油的4株乳酸菌分別接入已加有牛磺膽酸鈉和膽固醇的培養基中進行降膽固醇實驗。結果在沉淀洗滌液中均含有膽固醇，說明4株乳酸菌都具有共沉淀作用，但干酪乳桿菌KLDS1.0344能力最強。推斷該菌株膽酸鹽水解酶活性較強，能夠使結合型牛磺膽酸鈉水解成游離的膽酸，與膽固醇發生了共沉淀，進而導致膽固醇濃度的降低。

2.3 摻入細胞膜理論

膽固醇摻入或吸附在細胞膜上將有可能減少膽固醇由腸道進入血液。Dambekodi等(1998)將B.longum接于含膽固醇的培養基中，并對分離出的細胞膜成分進行研究，發現從培養基中移除的膽固醇約有20%進入到細胞膜中。Kimoto等(2002)將菌體細胞加熱滅活后發現培養基中部分膽固醇被去除，由于熱滅活的菌體細胞不能發生吸收和共沉淀，所以推斷可能是膽固醇摻入了細胞膜。

2.4 共沉淀與吸收的共同作用

研究者越來越傾向于認為活體乳酸菌降低膽固醇是吸收和共沉淀共同作用的結果。Tahri等在生長菌株的實驗組中發現，通過緩沖液洗脫的方法測定共沉淀降低的膽固醇在8%～24%之間，同時通過同位素跟蹤標記等技術測定被菌體細胞吸收的膽固醇在6%～50%之間。因此說明菌體降低膽固醇是通過共沉淀與吸收共同作用完成的。李貴節(2008)對5株乳桿菌采用“膽固醇沉淀重溶解”方法也證明5株乳桿菌都同時具有共沉淀和吸收膽固醇的作用。

2.5 抑制宿主細胞對膽固醇的吸收

Huang Y等(2010)最新研究發現，NPC1L1蛋白表達的多少直接影響腸道對膽固醇的吸收水平，而嗜酸乳桿菌ATCC 4356能夠分泌出可溶性反應分子，該反應分子可以抑制NPC1L1的表達，進而阻止了腸道細胞對膽固醇的吸收。嗜酸乳桿菌ATCC 4356還能通過調節肝臟X受體來降低膽固醇的含量。

2.6 將膽固醇轉化為其它物質

于平等(2011)將已接入植物乳桿菌LpT2厭養條件培養24 h后測定其上清液、沉淀和菌體內膽固醇總的含量為0.045 mg/ml,與未種菌前加入的膽固醇含量相比降低了55%，由此推斷可能是該菌體產生了某種物質或特殊酶系將培養基中的膽固醇轉化為其它物質，從而降低其膽固醇的含量。鄧凱波等(2010)對分離自內蒙古傳統稀奶油的乳酸菌進行降膽固醇實驗時發現，屎腸球菌KLDS6.0330所降解的膽固醇中一部分被菌體吸收了，而另一部分消失了，推斷可能由于菌體本身產生了膽固醇氧化酶降解了一部分膽固醇。

3 乳酸菌降低膽固醇在動物中的應用效果

3.1 乳酸菌降低膽固醇在鼠上的應用效果

汪曉輝(2010)用篩選出具有降膽固醇作用的植物乳桿菌LpT1和LpT2灌胃高血脂大鼠，發現與對照組相比能顯著降低血清中總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白的含量，同時能提高大部分大鼠血清中高密度脂蛋白的含量。肖琳琳(2003)從西藏傳統發酵乳中分離出一株降膽固醇達51.8%的干酪乳酸菌，并用此菌灌胃高脂血癥小鼠，結果發現實驗組小鼠血清中TC、TG濃度和對照組相比明顯降低，而HDL濃度有所增加。孫立國等(2004)在高膽固醇血癥的大鼠實驗中飼喂植物乳桿菌ST－Ⅲ，45 d后發現大鼠血清膽固醇含量明顯降低，飼喂高劑量的植物乳桿菌ST－Ⅲ組還能提高大鼠血清中高密度脂蛋白膽固醇的水平。

3.2 乳酸菌降低膽固醇在豬、雞上的應用效果

De Smet等(1994)將活菌數為 2.5×1011CFU/ml的嗜酸乳桿菌添加到高脂飼料里飼喂豬，結果顯示飼喂嗜酸乳桿菌組的豬血清中總膽固醇含量與未飼喂菌組相比明顯降低，且血清中膽汁酸降低了23.9%。推測該菌株可能通過改變膽酸的肝腸循環來降低機體的膽固醇含量。Fukushima等(1999)對仔豬進行研究發現，飼喂嗜酸乳桿菌的仔豬血清中膽固醇含量較正常仔豬明顯降低，但糞中膽固醇含量較高。張超范等(2005)用含有嗜酸乳桿菌的益生菌制劑以飲水的方式飼喂肉仔雞，結果證明益生菌組可顯著降低血清中總膽固醇含量，同時高密度脂蛋白含量增加。王巍等(2009)用體外實驗篩選出降膽固醇腸球菌DM86056飼喂肉雞，56 d后測得肉雞血清、腿肌組織、胸肌組織中膽固醇含量與對照組相比明顯減少。由此可見，飼喂乳酸菌的豬和雞確實有降膽固醇的功能，但是乳酸菌真正用于豬和雞的生產中還很少。

3.3 乳酸菌降低膽固醇在人上的應用效果

研究表明，服用乳酸菌發酵牛奶制品有降低人體內膽固醇的作用。Lin等(1998)用患有高膽固醇病的人群進行實驗，給他們都服用等量的乳桿菌制劑，半年后對被測人群的血清進行檢測時發現，總膽固醇含量和低密度脂蛋白濃度都有所下降，并且實驗前血清中膽固醇含量越高的人，其下降越明顯，因此推斷乳酸菌具有降低人體血清膽固醇含量的作用。Kiebling等(2002)對年齡在19～56歲之間的29名健康女性進行研究，發現每日飲用300 g酸奶的人21周后能夠顯著增加高密度脂蛋白的含量，進而使高密度脂蛋白與低密度脂蛋白的比率從3.24下降到2.48。所以乳酸菌作為食品添加劑及臨床應用來降低人體的膽固醇的前景十分樂觀。

4 展望

國內有關乳酸菌降膽固醇方面的研究起步較晚，且多數停留在體外研究水平，雖然部分實驗已證明很多乳酸菌具有降膽固醇的作用，但是有些乳酸菌進入動物體內后降低膽固醇效果并不明顯，甚至有些菌存在添加到飼料中缺少安全性或添加時間的增長其功效下降等問題，這就增加了篩選的難度。因此，我們要借助先進的分子技術更深入地對乳酸菌降膽固醇機理進行研究，將體外篩選和動物實驗聯系起來，篩選出具有高效降低膽固醇并且能使其在體內發揮作用的菌株，為國內開發乳酸菌制劑提供安全高效的菌種資源，為其在飼料工業和動物生產中應用提供理論基礎。

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