你不知道的益生菌具有抗氧化活性,在對(duì)抗疾病中的作用很大
通過(guò)擾亂細(xì)胞內(nèi)的促氧化-抗氧化平衡,就會(huì)產(chǎn)生一種稱為氧化應(yīng)激的狀況,對(duì)宿主細(xì)胞的DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)造成嚴(yán)重?fù)p害,從而危及宿主細(xì)胞的生存能力。氧化應(yīng)激是由自由基在體內(nèi)產(chǎn)生的一種負(fù)面作用,并被認(rèn)為是導(dǎo)致衰老和疾病的一個(gè)重要因素。
自由基通常是在人體新陳代謝過(guò)程中產(chǎn)生的,它是一種含氧分子,它們含有一個(gè)未配對(duì)的電子,這使得它們不穩(wěn)定,所以它們會(huì)尋找一個(gè)電子來(lái)和它們的未配對(duì)電子配對(duì),從而攻擊體內(nèi)的分子、細(xì)胞或組織??寡趸瘎┛梢酝ㄟ^(guò)給自由基一個(gè)電子來(lái)中和自由基。自由基在我們的體內(nèi)不斷形成,沒(méi)有抗氧化劑,就會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激。長(zhǎng)時(shí)間的氧化應(yīng)激會(huì)損害對(duì)細(xì)胞造成嚴(yán)重的傷害,有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致細(xì)胞死亡,它們與多種慢性疾病有關(guān),包括糖尿病、心臟病、癌癥、關(guān)節(jié)炎、中風(fēng)、呼吸系統(tǒng)疾病、帕金森病以及其它炎癥等等。
但是,自由基對(duì)健康也至關(guān)重要,例如,適合濃度的活性氧自由基可以調(diào)節(jié)和介導(dǎo)人體細(xì)胞的功能,一些重要的細(xì)胞過(guò)程的調(diào)節(jié)是在適量的活性氧存在下進(jìn)行的,比如炎癥、免疫反應(yīng)和增殖,免疫細(xì)胞可以利用自由基來(lái)對(duì)抗感染。因此,身體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和抗氧化作用需要保持一定的平衡,保持自由基和抗氧化之間的平衡以及相關(guān)過(guò)程對(duì)保持健康十分必要。
自由基對(duì)人體的損害實(shí)際上是一種氧化過(guò)程,因此,要降低自由基的損害,就要從抗氧化做起。降低自由基危害的途徑有兩條:一是利用內(nèi)源性自由基清除系統(tǒng)清除體內(nèi)多余自由基;二是發(fā)掘外源性抗氧化劑,阻斷自由基對(duì)人體的入侵。
人體內(nèi)本身就具有清除多余自由基的能力,這主要是靠?jī)?nèi)源性抗氧化系統(tǒng),它包括超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽過(guò)氧化酶等一些酶和谷胱甘肽等抗氧化劑。酶類物質(zhì)可以使體內(nèi)的活性氧自由基變?yōu)榛钚暂^低的物質(zhì),從而削弱它們對(duì)機(jī)體的攻擊力。酶的防御作用僅限于細(xì)胞內(nèi),而抗氧化劑有些作用于細(xì)胞膜,有些則是在細(xì)胞外就可起到防御作用。這些物質(zhì)就深藏于我們體內(nèi),只要保持它們的量和活力,它們就會(huì)發(fā)揮清除多余自由基的能力,使我們體內(nèi)的自由基保持平衡。
現(xiàn)在我們的生活方式和環(huán)境因素導(dǎo)致體內(nèi)產(chǎn)生過(guò)量的自由基,因此,要降低自由基對(duì)人體的危害,除了依靠?jī)?nèi)源性抗氧化系統(tǒng)外,還要尋找和發(fā)掘外源性抗氧化劑,利用這些物質(zhì)作為替身,讓它們與自由基結(jié)合,以阻斷自由基的攻擊,使人體免受傷害。
在自然界中,可以作用于自由基的抗氧化劑范圍很廣,種類極多。植物和動(dòng)物以及所有其它形式的生命,都有自己的抵御自由基和氧化損傷的武器。因此,抗氧化劑在所有植物和動(dòng)物來(lái)源的天然食品中都有??寡趸瘎┑闹匾獊?lái)源之一是蔬菜、藥用植物、水果和香料,它們含有天然維生素和多酚化合物,可以作為抗氧化劑,預(yù)防疾病的發(fā)生,這也是富含植物性食物的飲食對(duì)健康有益的部分原因。
此外,大量研究表明,除了食物來(lái)源外,各種益生菌也具有抗氧化活性,可以阻止體內(nèi)活性氧的增加。
益生菌的抗氧化作用
最常見(jiàn)的益生菌包括雙歧桿菌、乳桿菌、腸球菌、鏈球菌、芽孢桿菌和酵母菌等,形式多樣。它們可以產(chǎn)生免疫調(diào)節(jié)化合物,刺激宿主免疫系統(tǒng),平衡人體腸道菌群。此外,益生菌可以通過(guò)增加不同種類維生素的合成和乳糖的分解來(lái)幫助改善消化、礦物質(zhì)的吸收和代謝過(guò)程。因此,它們可以保護(hù)腸道生態(tài)系統(tǒng)并保持其穩(wěn)定。
抗氧化活性是益生菌對(duì)人體健康的另一個(gè)好處,它有助于降低癌癥、心血管疾病以及帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病中高濃度的活性氧:
益生菌產(chǎn)生的胞外多糖等細(xì)菌結(jié)構(gòu)化合物具有抗氧化活性等有益特性。
益生菌代謝物,比如不同類型的維生素(K、B1、B2、B3、B5和B9)、短鏈脂肪酸(乙酸、丙酸和丁酸)、抗氧化酶(過(guò)氧化氫酶或其它過(guò)氧化物酶)和分泌的蛋白質(zhì)(細(xì)菌素),都與益生菌的抗氧化活性有關(guān)。
益生菌產(chǎn)生的超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶,它們分別負(fù)責(zé)將有害的活性氧(比如超氧陰離子)和過(guò)氧化氫轉(zhuǎn)化為危害較小的和中性的物質(zhì)。
短鏈脂肪酸是益生菌在胃腸道中通過(guò)發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生的代謝物,為結(jié)腸細(xì)胞提供能量來(lái)源,維持腸道和免疫穩(wěn)態(tài)。在氧化應(yīng)激中,丁酸等短鏈脂肪酸的存在可增加抗氧化酶的活性,減少活性氧的損傷。
螯合能力是益生菌的另一種抗氧化作用,它可以螯合銅和鐵離子等金屬離子,阻止金屬離子參與催化氧化反應(yīng)。
某些益生菌可產(chǎn)生葉酸,它們可通過(guò)螯合金屬離子和清除活性氧來(lái)提高葉酸水平和抗氧化能力。
某些益生菌菌株可以降低某些產(chǎn)活性氧自由基的關(guān)鍵酶的表達(dá),包括NAPDH氧化酶和環(huán)加氧酶等。
許多益生菌菌株可以參與調(diào)節(jié)特定抗氧化信號(hào)通路,通過(guò)調(diào)節(jié)抗氧化信號(hào)通路中關(guān)鍵基因的表達(dá),增強(qiáng)自由基的清除能力,從而減輕氧化應(yīng)激。
在腸道菌群失衡的情況下,沙門氏菌、李斯特菌、彎曲桿菌等病原菌會(huì)大量生長(zhǎng),同時(shí)產(chǎn)生大量毒素、脂多糖等毒力因子,誘導(dǎo)炎癥和活性氧的產(chǎn)生。在這種情況下,益生菌可以發(fā)揮重要作用。它們附著在腸道細(xì)胞上,這是先天免疫系統(tǒng)的第一道屏障,與致病菌競(jìng)爭(zhēng),抑制致病菌的定植和隨后的感染。因此,益生菌可以平衡腸道菌群而發(fā)揮抗氧化作用。
益生菌的抗氧化活性及其在對(duì)抗疾病中的作用
1、心血管疾病
心血管疾病是一組與心臟和血管有關(guān)的疾病,包括冠狀動(dòng)脈疾病、心臟病和風(fēng)濕性心臟病。心血管疾病多年來(lái)一直是導(dǎo)致死亡的主要原因。2021年,因心血管疾病登記的死亡人數(shù)約為2000萬(wàn)人,占全球死亡人數(shù)的近三分之一。久坐不動(dòng)的工作、缺乏運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)間工作而沒(méi)有閑暇時(shí)間、壓力增加、吸煙、飲酒以及以高熱量攝入和大量飽和脂肪、糖和鹽為特征的不健康飲食是心血管疾病的主要風(fēng)險(xiǎn)因素。
此外,心血管疾病與代謝失調(diào)有關(guān),比如肥胖、2型糖尿病、高膽固醇血癥和高血壓,所有這些都與高水平的活性氧產(chǎn)生有關(guān)。一些酶參與血管內(nèi)皮中高水平活性氧的產(chǎn)生,包括功能失調(diào)的內(nèi)皮型一氧化氮合酶、NADPH氧化酶和環(huán)加氧酶。許多研究表明,飲食干預(yù)和補(bǔ)充益生菌可以減少活性氧的產(chǎn)生、代謝綜合征和心血管疾病的后果。
在不同生理?xiàng)l件下,一氧化氮合酶存在內(nèi)皮型、誘導(dǎo)型和神經(jīng)元型三種形式,這些酶催化L-精氨酸氧化產(chǎn)生一氧化氮的主要反應(yīng)。一氧化氮是一種強(qiáng)大的信號(hào)分子,是血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的一種內(nèi)源性血管擴(kuò)張劑,在維持代謝和心血管穩(wěn)態(tài)中起著關(guān)鍵作用。除一氧化氮合酶外,在有氧條件下,一氧化氮也可以通過(guò)其它一些不同的酶催化硝酸鹽/亞硝酸鹽和亞硝基硫醇產(chǎn)生。
在正常生理狀態(tài)下,內(nèi)皮型一氧化氮合酶在血管壁內(nèi)皮中表達(dá)較多,它們產(chǎn)生的一氧化氮具有許多抗動(dòng)脈粥樣硬化的特性,包括血管舒張,可以防止白細(xì)胞遷移和粘附到血管壁,抑制低密度脂蛋白膽固醇。相反,在氧化應(yīng)激和炎癥等病理狀態(tài)下,誘導(dǎo)型一氧化氮合酶表達(dá)增多,并且會(huì)抑制內(nèi)皮型一氧化氮合酶,從而減少內(nèi)皮型一氧化氮合酶產(chǎn)生的一氧化氮,導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙。
在血管系統(tǒng)內(nèi)皮功能障礙中,血管內(nèi)皮不能產(chǎn)生具有生物活性的一氧化氮,這是心血管疾病的重要危險(xiǎn)因素之一。導(dǎo)致內(nèi)皮型一氧化氮合酶激活、一氧化氮生物利用度和血管舒張反應(yīng)降低的炎癥過(guò)程是誘發(fā)血管內(nèi)皮功能障礙的重要因素。此外,糖尿病、高血壓和高膽固醇血癥等代謝綜合征所產(chǎn)生的氧化應(yīng)激和活性氧可影響血管內(nèi)皮功能障礙并降低一氧化氮的生物利用度。
膽總管結(jié)扎大鼠補(bǔ)充復(fù)合益生菌(嗜熱鏈球菌、長(zhǎng)雙歧桿菌、短雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌、保加利亞乳桿菌)可以改善細(xì)菌易位引起的血管氧化應(yīng)激以及隨后的促炎反應(yīng),防止腸系膜動(dòng)脈內(nèi)皮功能障礙。
NADPH氧化酶是活性氧產(chǎn)生的主要來(lái)源,它們是一類酶復(fù)合物,包括NOX1、NOX2、NOX3、NOX4、NOX5、DUOX1和DUOX2亞基。它位于白細(xì)胞和血管細(xì)胞膜上,催化超氧化物的產(chǎn)生。血管中高水平的超氧化物等活性氧與促炎細(xì)胞因子的升高相互關(guān)聯(lián),可引發(fā)炎癥。
口服益生菌(發(fā)酵乳桿菌CECT5716、棒狀乳桿菌CECT5711和格氏乳桿菌CECT5714)可以抑制自發(fā)性高血壓大鼠主動(dòng)脈NADPH氧化酶及其NOX1亞基活性,降低主動(dòng)脈超氧化物水平。此外,棒狀乳桿菌CECT5711加格氏乳桿菌CECT5714可提高自發(fā)性高血壓大鼠內(nèi)皮型一氧化氮合酶磷酸化水平。
細(xì)菌脂多糖(LPS)可以激活TLR-4并引發(fā)促炎細(xì)胞因子、血管氧化應(yīng)激和NADPH氧化酶的產(chǎn)生,從而引起內(nèi)毒素血癥。此外,有研究聲稱,TLR-4在高血壓中表達(dá)增加。益生菌可以降低自發(fā)性高血壓大鼠TLR-4的表達(dá)和NADPH氧化酶的活性,具有降低氧化應(yīng)激的能力,從而發(fā)揮心血管保護(hù)作用。
前列腺素內(nèi)過(guò)氧化物合酶(PTGS),也叫環(huán)加氧酶(COX),是一種具有COX-1和COX-2兩種異構(gòu)體的酶。COX-1在許多細(xì)胞中組成性表達(dá),包括內(nèi)皮細(xì)胞、血小板和腸上皮細(xì)胞。此外,COX-2催化花生四烯酸轉(zhuǎn)化為類前列腺素,比如血栓素和前列腺素(如前列環(huán)素)。與一氧化氮合酶和NADPH氧化酶一起,COX在細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生中起著至關(guān)重要的作用。此外,COX-2的表達(dá)可被激素、生長(zhǎng)因子、缺氧、細(xì)胞因子和自由基上調(diào),所有這些都與動(dòng)脈粥樣硬化病變的發(fā)生有關(guān)。
有報(bào)道稱,嗜水氣單胞菌可增加COX-2和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的基因表達(dá),從而通過(guò)增加活性氧和活性氮的產(chǎn)生,誘導(dǎo)胸腺巨噬細(xì)胞凋亡。胸腺巨噬細(xì)胞感染嗜水氣單胞菌前使用益生菌嗜酸乳桿菌處理,可以降低COX-2和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的表達(dá)水平,從而減少與細(xì)胞凋亡和細(xì)胞毒性有關(guān)的活性氧的產(chǎn)生。
總之,益生菌可通過(guò)如下抗氧化機(jī)制阻止心血管疾病的發(fā)生:
改善細(xì)菌易位引起的血管氧化應(yīng)激以及隨后的促炎反應(yīng);
抑制NADPH氧化酶及其NOX1亞基活性,降低超氧化物水平;
提高內(nèi)皮型一氧化氮合酶磷酸化水平;
降低COX-2和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的表達(dá)水平,從而減少與細(xì)胞凋亡和細(xì)胞毒性有關(guān)的活性氧的產(chǎn)生;
阻止血管內(nèi)皮功能障礙。
2、癌癥
癌癥是細(xì)胞不受控制的增殖,是全世界第二大死亡原因。肺癌、乳腺癌、前列腺癌、子宮頸癌、結(jié)直腸癌、胃癌和肝癌是人類最常見(jiàn)的癌癥類型。癌癥是由許多內(nèi)部和外部突變因素引起的,包括遺傳缺陷、微生物(病毒)、化學(xué)物質(zhì)、輻射、肥胖、久坐不動(dòng)的生活方式、不健康的飲食(水果和蔬菜攝入量低)、吸煙和酒精等等,這些都會(huì)破壞DNA。化療、手術(shù)和放療是主要的癌癥治療方法,但由于它們嚴(yán)重的副作用和昂貴費(fèi)用,有必要開(kāi)發(fā)新的、安全的、廉價(jià)的癌癥治療方法。
益生菌產(chǎn)生許多代謝物和抗氧化活性的潛力使其成為有力的抗癌劑:
益生菌可以通過(guò)其結(jié)構(gòu)成分(比如細(xì)胞壁、蛋白質(zhì)和脂質(zhì))和分泌物質(zhì)(乳酸、乙酸、丁酸)與誘變劑結(jié)合,并抑制誘變劑的作用。
益生菌可以與病原體競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合上皮細(xì)胞,并攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),分泌細(xì)菌素和過(guò)氧化氫等不同物質(zhì),以清除病原體和致癌微生物。
腸道菌群失調(diào)在各種癌癥和微生物感染的發(fā)生中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。益生菌有助于維持腸道菌群的健康平衡。口服益生菌會(huì)增加雙歧桿菌、乳酸桿菌和腸球菌等有益細(xì)菌的數(shù)量,同時(shí)減少大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等病原體的數(shù)量。
此外,益生菌可以抑制結(jié)直腸癌患者腸道內(nèi)病原體的易位,從而減少全身應(yīng)激反應(yīng),增強(qiáng)全身/局部免疫。
癌細(xì)胞需要大量的ATP作為能量來(lái)源和上調(diào)代謝,以實(shí)現(xiàn)不受控制的增殖,從而導(dǎo)致癌細(xì)胞中產(chǎn)生大量的活性氧,促進(jìn)細(xì)胞損傷和死亡。癌細(xì)胞中產(chǎn)生的最重要的活性氧是過(guò)氧化氫和超氧化物,它們通過(guò)磷酸肌醇3激酶(PI3K)、p38-絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)和核因子κB(NF-κB)信號(hào)通路促進(jìn)細(xì)胞增殖,從而導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。此外,在癌細(xì)胞高水平的活性氧中,活性氧通過(guò)硫氧還蛋白系統(tǒng)的氧化引發(fā)細(xì)胞凋亡,導(dǎo)致凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶-1(ASK-1)解離,c-jun N-末端激酶(JNK)和p38信號(hào)通路激活,最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。
在某些情況下,癌細(xì)胞通過(guò)核因子-紅細(xì)胞2相關(guān)因子2(Nrf2)調(diào)節(jié)高水平的活性氧, Nrf2是調(diào)節(jié)各種抗氧化劑和抗炎蛋白基因表達(dá)的最重要的轉(zhuǎn)錄因子。這個(gè)因子對(duì)于維持細(xì)胞氧化還原狀態(tài)的平衡,保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)非常重要。磷酸酶和張力蛋白同系物(PTEN)是由PTEN基因編碼的脂質(zhì)磷酸酶。PTEN的突變會(huì)激活致癌性的PI3K-Akt通路和誘導(dǎo)Nrf2。KRAS和MYC信號(hào)是誘導(dǎo)Nrf2并調(diào)節(jié)抗氧化反應(yīng)的其它不同因子。由于突變,在各種癌癥和腫瘤發(fā)生中Nrf2及其調(diào)節(jié)因子Keap1的激活更多。
據(jù)報(bào)道,從芽孢桿菌LBP32中純化的胞外多糖具有抗氧化和抗炎作用。純化的胞外多糖可抑制LPS刺激的RAW 264.7巨噬細(xì)胞促炎介質(zhì)的產(chǎn)生以及潛在的分子機(jī)制,包括NF-κB和MAPKs信號(hào)通路的激活以及細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生。此外,來(lái)自益生菌鼠李糖乳桿菌GG的可溶性因子會(huì)激活MAPK并誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞中熱休克蛋白Hsp25和Hsp72的表達(dá),從而保護(hù)腸上皮細(xì)胞免受各種應(yīng)激,比如熱應(yīng)激、滲透應(yīng)激和氧化應(yīng)激。此外,嗜酸乳桿菌 606的可溶性多糖可在不同的癌細(xì)胞系(如HT‐29細(xì)胞)中誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、增殖,并表現(xiàn)出強(qiáng)大的抗氧化活性。
解淀粉芽孢桿菌SC06可通過(guò)調(diào)節(jié)Nrf2/Keap1信號(hào)通路平衡豬腸上皮細(xì)胞IPEC-1的氧化應(yīng)激,從而減少活性氧的產(chǎn)生。同時(shí),凝結(jié)芽孢桿菌T242可激活Nrf2/Keap1信號(hào)通路,降低HT-29細(xì)胞的氧化應(yīng)激。此外,鼠李糖乳桿菌GG產(chǎn)生的胞外多糖可通過(guò)降低Keap1-Nrf2信號(hào)通路和線粒體通路中的caspase-3、Bax/Bcl-2比值,減少IPEC-J2細(xì)胞的活性氧和凋亡。因此,癌癥可以通過(guò)不同的機(jī)制觸發(fā)或抑制活性氧的產(chǎn)生,因此調(diào)節(jié)活性氧的產(chǎn)生對(duì)于癌癥治療非常重要。
抗氧化酶(超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物還原酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶)有一個(gè)結(jié)合銅(Cu2+)和鐵(Fe2+)等金屬離子的位點(diǎn),這些金屬離子被稱為輔因子,對(duì)它們的酶活性至關(guān)重要。根據(jù)超氧化物歧化酶活性位點(diǎn)的不同,可分為三種形式:SOD1(Cu/Zn-SOD)和SOD2(Mn-SOD)分別是位于細(xì)胞質(zhì)和線粒體中的細(xì)胞內(nèi)金屬酶,此外,SOD3(Cu/Zn-SOD)位于細(xì)胞外環(huán)境。在腫瘤形成的早期階段,活性氧水平升高并誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡。在這種情況下,癌細(xì)胞需要對(duì)抗高水平的活性氧以維持生存,因此,它們能夠呈現(xiàn)出強(qiáng)大的抗氧化活性來(lái)對(duì)抗這種挑戰(zhàn)。
有研究表明,在非小細(xì)胞肺癌等多種癌癥中,SOD1在癌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)并積累,從而誘導(dǎo)腫瘤壞死因子-α和氧化應(yīng)激信號(hào),增加細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移。因此,抑制該酶可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期阻滯,因此它可以成為癌癥治療的合適靶點(diǎn)。螯合劑可以與金屬離子結(jié)合,阻止這些金屬酶的活性。
結(jié)果表明,許多益生菌具有螯合能力。一項(xiàng)研究評(píng)估了19種菌株的金屬螯合能力,嗜熱鏈球菌821螯合Fe2+金屬離子的能力最強(qiáng),長(zhǎng)雙歧桿菌15708螯合Cu2+的能力最強(qiáng)。另一項(xiàng)研究報(bào)道,干酪乳桿菌KCTC 3260可去除金屬離子,最終阻斷氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。研究人員用艱難梭菌感染的胃腸道模型模擬氧化還原狀態(tài)的改變,結(jié)果發(fā)現(xiàn)益生菌可以通過(guò)鐵還原能力和銅螯合作用抵消氧化還原狀態(tài)的失調(diào)。
總之,益生菌可通過(guò)如下抗氧化機(jī)制與癌細(xì)胞作斗爭(zhēng):
活性氧在癌細(xì)胞中增加,并作為一種信號(hào)分子激活MAPKs和NF-κB途徑,導(dǎo)致癌細(xì)胞存活,益生菌通過(guò)抑制MAPKs和NF-κB通路,誘導(dǎo)不同腫瘤細(xì)胞系的細(xì)胞凋亡,從而抑制細(xì)胞增殖。
超氧化物歧化酶SOD1在各種癌癥中也會(huì)增加,從而誘導(dǎo)腫瘤壞死因子-α和氧化應(yīng)激信號(hào),增加細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移,益生菌可通過(guò)其抗氧化酶減少活性氧,并通過(guò)其螯合能力抑制超氧化物歧化酶。
益生菌可誘導(dǎo)對(duì)抗應(yīng)激的熱休克蛋白和調(diào)節(jié)Nrf2/Keap1信號(hào)通路,從而減少活性氧的產(chǎn)生。
3、衰老
衰老是一個(gè)不可逆的復(fù)雜生物過(guò)程,是遺傳和環(huán)境因素引起的細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外各種損傷隨時(shí)間積累的結(jié)果。在衰老過(guò)程中,細(xì)胞和組織的細(xì)胞和分子功能下降,引起許多生理變化、炎癥,最終導(dǎo)致癌癥、心血管疾病和神經(jīng)退行性疾病等疾病。
許多因素,比如端??s短、DNA損傷、腫瘤抑制因子和細(xì)胞周期抑制劑,都與衰老有關(guān)。此外,衰老的自由基理論認(rèn)為,衰老現(xiàn)象是由于氧化損傷隨著時(shí)間的推移而積累。眾所周知,氧化應(yīng)激、高水平的活性氧產(chǎn)生和低水平的抗氧化酶(比如超氧化物歧化酶)是衰老的重要問(wèn)題,過(guò)量的活性氧會(huì)導(dǎo)致DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等大分子的損傷,破壞它們的功能。
研究表明,益生菌具有激活超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、抑制活性氧積累和延緩隨后的衰老過(guò)程的積極作用。植物乳桿菌JBC5可以通過(guò)p38 MAPK信號(hào)通路上調(diào)skn-1基因,導(dǎo)致秀麗隱桿線蟲(chóng)壽命延長(zhǎng)。此外,SKN-1轉(zhuǎn)錄因子的激活可增加抗應(yīng)激基因的表達(dá),比如抗氧化、耐熱和抗致病基因,從而抵抗氧化、熱和病原體誘導(dǎo)的應(yīng)激。此外,植物乳桿菌JBC5可改善線粒體功能,減少細(xì)胞凋亡。它還能改善腸道完整性,減少脂肪堆積。此外,植物乳桿菌JBC5可上調(diào)5-羥色胺信號(hào)相關(guān)的基因表達(dá),改善線蟲(chóng)的學(xué)習(xí)和記憶。
另一項(xiàng)研究揭示了益生菌與衰老相關(guān)損傷減輕之間的關(guān)系。植物乳桿菌DR7、發(fā)酵乳桿菌DR9和羅伊氏乳桿菌8513d可以顯著提高衰老大鼠AMPK亞基-α1的表達(dá),減少端粒縮短。此外,在衰老小鼠模型中,補(bǔ)充瑞士乳桿菌KLDS1.8701能夠清除氧自由基,改善衰老相關(guān)的變化,比如降低臟器指數(shù)和肝損傷。瑞士乳桿菌KLDS1.8701還能調(diào)節(jié)腸道菌群組成,導(dǎo)致丁酸的產(chǎn)生。此外,它通過(guò)腸-肝軸和調(diào)節(jié)Nrf-2途徑減少肝臟氧化應(yīng)激。此外,益生菌(副干酪乳桿菌BCRC 12188、植物乳桿菌BCRC 12251和嗜熱鏈球菌BCRC1386)能夠通過(guò)誘導(dǎo)Nrf2或血紅素氧合酶-1(HO-1)的表達(dá)來(lái)提高超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶等抗氧化酶的活性,抑制脂質(zhì)過(guò)氧化,并通過(guò)降低caspase-3的激活來(lái)抑制細(xì)胞凋亡,這最終導(dǎo)致衰老相關(guān)疾病的改善。
據(jù)報(bào)道,隨著時(shí)間的推移,活性氧在大腦中積累,會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元損傷并導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病。阿爾茨海默病和帕金森病是兩種重要的衰老相關(guān)的進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病,特別影響64歲及以上的老年人。許多因素,比如不健康的生活方式、遺傳、炎癥性疾病、代謝綜合征(高血糖、糖尿病、高血壓)和高水平的氧化應(yīng)激,都與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)退行性疾病有關(guān)。
帕金森病的癥狀主要包括運(yùn)動(dòng)癥狀和非運(yùn)動(dòng)癥狀,運(yùn)動(dòng)癥狀主要包括震顫、肌強(qiáng)直、運(yùn)動(dòng)遲緩和姿勢(shì)步態(tài)障礙,非運(yùn)動(dòng)癥狀包括精神健康障礙、認(rèn)知障礙、癡呆和胃腸道問(wèn)題。 同樣,阿爾茨海默病是一種以記憶問(wèn)題、認(rèn)知障礙和運(yùn)動(dòng)障礙為特征的進(jìn)行性疾病。β-淀粉樣蛋白和磷酸化的tau蛋白(軸突微管穩(wěn)定性的重要蛋白)的積累與阿爾茨海默病的發(fā)病機(jī)制有關(guān),可導(dǎo)致神經(jīng)炎癥、神經(jīng)退行性病變和最終的神經(jīng)元死亡。通過(guò)β-淀粉樣蛋白寡聚化,過(guò)氧化氫等活性氧增加,導(dǎo)致線粒體親環(huán)素D活化,釋放凋亡誘導(dǎo)因子、細(xì)胞色素C,最終導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞死亡。
此外,β-淀粉樣蛋白刺激小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生炎癥介質(zhì),穿過(guò)血腦屏障,導(dǎo)致神經(jīng)炎癥。此外,在阿爾茨海默病患者大腦中,高水平的活性氧可增加β-淀粉樣蛋白的形成,促進(jìn)疾病的發(fā)生。因此,活性氧是與阿爾茨海默病相關(guān)的關(guān)鍵機(jī)制之一。
氧化應(yīng)激和炎癥是神經(jīng)退行性疾病的兩個(gè)關(guān)鍵因素。在衰老過(guò)程中,促炎介質(zhì)的增加會(huì)削弱免疫系統(tǒng)。此外,腸道菌群失調(diào)可能與一些神經(jīng)退行性疾病有關(guān),包括帕金森病和阿爾茨海默病。到目前為止,這些進(jìn)行性疾病還沒(méi)有確切的治療方法,服用藥物雖可以減輕癥狀,但化學(xué)藥物治療對(duì)病人有很多副作用。許多研究報(bào)道了益生菌的抗氧化和抗炎作用,它們?cè)谧匀弧踩?、低成本治療神?jīng)退行性疾病方面具有良好的潛力。
益生菌產(chǎn)生的一些代謝物具有積極的免疫調(diào)節(jié)作用,可增強(qiáng)腸道上皮屏障的完整性。此外,它們還能維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài),平衡腸道菌群組成。因此,胃腸道中乳酸桿菌和雙歧桿菌的存在可通過(guò)減少病原體和增加超氧化物歧化酶活性從而減少β-淀粉樣蛋白斑塊的大小來(lái)抑制炎癥和活性氧的產(chǎn)生。其它研究報(bào)道,口服屎腸球菌和鼠李糖乳桿菌可以減少腫瘤壞死因子TNF-α的產(chǎn)生,這是一種促炎細(xì)胞因子,可增加阿爾茨海默病中的β-淀粉樣蛋白。此外,它們還能減少氧化應(yīng)激反應(yīng),激發(fā)大腦中抗氧化酶的活性。
也有研究報(bào)道,益生菌可降低帕金森病患者白細(xì)胞介素IL-1、IL-8和腫瘤壞死因子TNF-α的表達(dá),增加帕金森病患者轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子TGF-β、白細(xì)胞介素IL-10等抗炎因子的表達(dá)。此外,補(bǔ)充益生菌的小鼠的血清和腦組織中IL-6和TNF-α水平較低,TGF-β和IL-10水平較高。
腸道菌群中擬桿菌門細(xì)菌的增加,厚壁菌門細(xì)菌和雙歧桿菌的減少與阿爾茨海默病有關(guān)。此外,在阿爾茨海默病患者中,被稱為促炎細(xì)菌的埃希氏菌/志賀氏菌等病原菌水平較高,而被稱為抗炎細(xì)菌的直腸真桿菌水平較低。腸道菌群失調(diào)為病原體的定植提供了適宜的環(huán)境,這會(huì)增加腸道通透性,破壞腸腦軸。腸道菌群在形成由各種微生物和不同人類細(xì)胞組成的許多網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮關(guān)鍵作用,包括肝細(xì)胞(腸肝軸)和神經(jīng)元(腸腦軸),它們通過(guò)微生物代謝物(比如短鏈脂肪酸)相互交流,以維持腸道和免疫穩(wěn)態(tài)。一些細(xì)菌成分可通過(guò)體循環(huán)從腸道進(jìn)入大腦。比如,在腸道菌群失調(diào)時(shí),一些細(xì)菌成分,比如脂多糖,可通過(guò)體循環(huán)從腸道到達(dá)位于大腦的β-淀粉樣蛋白斑塊,從而增加炎癥、氧化應(yīng)激,最終發(fā)展為阿爾茨海默病。
4、肥胖
肥胖是一種慢性多因素疾病,是心血管疾病、糖尿病、非酒精性脂肪肝和癌癥等非傳染性疾病的危險(xiǎn)因素之一。這些情況會(huì)降低生活質(zhì)量,并可能導(dǎo)致過(guò)早死亡。肥胖被定義為脂肪組織中脂質(zhì)積累增加,這是由于攝入高熱量飲食造成的。
脂肪因子是由脂肪組織產(chǎn)生的生物活性分子,它們具有不同的功能,包括炎癥(IL-6、IL-1β和TNF-α)、調(diào)節(jié)食物攝入(瘦素)和產(chǎn)生活性氧。此外,活性氧的產(chǎn)生會(huì)引發(fā)脂肪因子的不規(guī)則產(chǎn)生,這與代謝綜合征和肥胖有關(guān)。在肥胖人群中,炎癥、氧化應(yīng)激和隨后的損傷都很高,而抗氧化的水平很低。
腸道菌群是影響肥胖和其它代謝綜合征的另一個(gè)因素。高脂飲食可導(dǎo)致腸道菌群組成發(fā)生變化,厚壁菌門/擬桿菌門的比值、乳桿菌屬、雙歧桿菌屬和腸桿菌科的細(xì)菌增加,而腸桿菌屬的細(xì)菌減少。相反,低脂飲食會(huì)導(dǎo)致擬桿菌門細(xì)菌增加,厚壁菌門/擬桿菌門比值、乳桿菌屬、雙歧桿菌屬和腸桿菌科的細(xì)菌減少。
腸道菌群組成會(huì)隨著食物的不同而變化,導(dǎo)致特定菌群占據(jù)主導(dǎo)地位。例如,富含膳食纖維的食物會(huì)增加普雷沃氏菌的數(shù)量。此外,益生菌可以改變腸道菌群,特別是腸道菌群失調(diào)的情況下,并使它們保持平衡。此外,益生菌直接或間接影響脂肪因子,乳酸菌可通過(guò)脂肪組織誘導(dǎo)瘦素等脂肪因子的分泌。因此,口服益生菌對(duì)一些代謝紊亂具有很好的治療能力。
總結(jié)
近年來(lái),益生菌的消費(fèi)越來(lái)越普遍,對(duì)益生菌的研究也成為一個(gè)熱門話題。益生菌是攝入足夠數(shù)量,對(duì)宿主健康有益的活性微生物,常見(jiàn)的包括乳酸桿菌、雙歧桿菌和少數(shù)酵母菌。益生菌在人體腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)的形成中發(fā)揮重要作用。目前,許多研究都集中在腸道菌群的調(diào)節(jié)上。益生菌能夠結(jié)合腸上皮細(xì)胞,占據(jù)細(xì)胞受體,產(chǎn)生抗菌物質(zhì),共同抑制病原微生物的生長(zhǎng)。此外,益生菌可以通過(guò)不同的機(jī)制刺激體液免疫系統(tǒng)和細(xì)胞免疫系統(tǒng)。
抗氧化活性是益生菌對(duì)人體健康的另一個(gè)好處。氧化應(yīng)激與心血管疾病、癌癥和肥胖等多種不同疾病的發(fā)生有關(guān)。因此,維持促氧化與抗氧化的平衡對(duì)健康至關(guān)重要。益生菌作為一種有效的抗氧化劑近年來(lái)受到人們的關(guān)注,某些益生菌菌株單獨(dú)補(bǔ)充或與食物結(jié)合使用具有抗氧化功效,可以減少氧化損傷。益生菌的抗氧化作用主要是通過(guò)螯合金屬離子、利用自身抗氧化代謝物、調(diào)節(jié)宿主抗氧化酶的活性、提高宿主抗氧化代謝物水平、調(diào)節(jié)宿主信號(hào)通路、降低活性氧產(chǎn)生酶的活性、調(diào)節(jié)腸道菌群等機(jī)制發(fā)揮的。
益生菌通過(guò)抑制NADPH、增強(qiáng)內(nèi)皮型一氧化氮合酶磷酸化、降低環(huán)加氧酶-2的表達(dá)、促進(jìn)內(nèi)皮功能而對(duì)心血管健康產(chǎn)生積極影響。
益生菌可通過(guò)其抗氧化酶的作用來(lái)減輕活性氧的有害作用,并通過(guò)其螯合特性抑制超氧化物歧化酶,從而在腫瘤生物學(xué)中獲得有利的結(jié)果。
益生菌通過(guò)提高抗氧化酶水平和減少氧化應(yīng)激,在減緩衰老過(guò)程中發(fā)揮重要作用。
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