乳酸菌降胆固醇作用及降解机制研究进展

刘孝芳，雷文平，2，迟珺曦，刘成国，2

（1.湖南农业大学 食品科技学院，湖南 长沙 410128；2.湖南农业大学 食品科学与生物技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410128）

胆固醇是一种人体必需的甾类化合物，其含量在血液中超出正常值时，人体则患高胆固醇血症。19～20世纪，研究人员就针对胆固醇含量与人体健康的关系进行了大量研究，1847年，VOGEL医生发现动脉血管粥样硬化斑块中存在胆固醇；1913年，NIKOLAI ANITSCHOV发现血液中过剩的胆固醇造成严重的动脉硬化症[1]。过剩的胆固醇含量会引起脑血栓、冠心病等心脑血管疾病，这类疾病一般靠他汀类药物或手术治疗，但手术治疗风险大、价格高，他汀类药物服用后对人体机能有损伤，副作用大、价格高。因此，如何降低治疗的风险和价格是亟待解决的问题。从患者膳食着手，食用乳酸菌制品是治疗高胆固醇血症患者的有效方法[2]，大多数乳酸菌制品具有降胆固醇特性，且安全性高、价格低，可逐步替代药物治疗。

乳酸菌是一类无芽孢、革兰氏染色呈阳性的细菌，它通过乳酸发酵产生有机酸、特殊酶系等物质。以上物质赋予乳酸菌诸多生理功能[3]：维持肠道平衡、增强免疫功能、延缓人体衰老、改善人体机能等。目前已证实乳酸菌对降低胆固醇产生显著作用[4]，主要通过共沉淀作用、吸收吸附及蛋白质调控作用实现。本文就国内外学者关于乳酸菌降胆固醇的体外、体内研究及机制进行总结，并对研究现状进行分析与展望，为后续深入乳酸菌降胆固醇作用研究奠定基础。

1 乳酸菌降胆固醇特性

1.1 乳酸菌体外降胆固醇的效果

乳酸菌体外降胆固醇的效果一般是通过溶钙圈法、甲基红-溴酚蓝显色剂法[5]筛选出乳酸菌，再将菌株培养于含适量胆固醇培养基中，测定菌株对培养基中胆固醇的去除率。体外研究结果能够证明乳酸菌具有降胆固醇的潜力，该结果是进一步研究的基础。范颖等[6]对来源于西藏地区的乳酸菌进行研究，利用邻苯二甲醛方法测定胆固醇去除率，发现20株乳酸菌胆固醇去除率＞20%，其中植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）胆固醇去除率最高，可达47.89%。任大勇等[7]从东北传统食品筛选出57株植物乳杆菌胆固醇去除率＞40%，其中6株去除率＞85%。吴海珍等[8]从酸奶、泡菜和青贮饲料中分离得到90株乳酸菌中，初筛得到18株胆固醇去除率＞35%的乳酸菌，其中植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）JY20和JY41效果最好，将其与山楂混合发酵后，与降脂有关的活性成分含量及胆固醇和胆盐吸附能力显著提高。研究表明，不同地区、不同种的乳酸菌，在体外降胆固醇的效果大多数呈良好状态。

1.2 乳酸菌体内降胆固醇的效果

在体外降解能力的基础上，菌株还必须耐受人体内严苛的消化环境，才能发挥降解体内胆固醇的作用。自1974年以来，MANG G V等[9]研究发现，东非的马赛人血清中的血脂含量普遍偏低，是由于马赛人长期食用含嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）的发酵乳制品，从而猜测这种菌株具有降低人类血清中胆固醇含量的功能。PARK Y H等[10]研究发现，嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）43121能够降低对高胆固醇血症诱导的猪血清胆固醇含量。HEO W等[11]利用泡菜中分离的植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）LRCC 5273喂食LP 5273组小鼠（以高胆固醇食物为食），又利用等量的生理盐水喂食对照组小鼠（以商业正常食物为食），6周后测量小鼠的血脂含量，通过对比对照组和LP 5273组小鼠的胆固醇含量发现植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）LRCC 5273具有体内降胆固醇的作用。SAVARD P等[12]也曾通过58名健康志愿者连续食用4周加拿大Yoptimal酸奶（双歧杆菌（Bifidobacterium）BB12和嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）LA-5在每份酸奶中的含量为109CFU）的试验，发现Yoptimal酸奶中的活菌可降低志愿者血清胆固醇含量并维持在正常范围内。

体外呈现良好降胆固醇效果的菌株，在体内不一定呈现。LIN S Y等[13]研究发现，服用了嗜酸乳杆菌（具备体外降胆固醇能力）的354名志愿者血液中的胆固醇含量并无显著变化，由此说明具备体外降解能力的菌株，还要根据其对人体消化环境的耐受性及在胃肠道的定植情况，判断是否可降低人体内胆固醇含量。

2 乳酸菌降胆固醇作用机制

关于乳酸菌降胆固醇作用机制的假说，主要有以下几类：①乳酸菌可分泌胆盐水解酶，该酶将结合态胆盐水解成游离的胆汁酸，在酸性环境下，游离的胆汁酸与胆固醇共同沉淀，以沉淀的形式排出体外；②乳酸菌的细胞膜通过吸附固定或直接吸收将胆固醇截留；③乳酸菌对胆固醇合成与分解中的关键酶、前体物质等起调控作用，调控胆固醇在人体内的代谢，进而减少胆固醇在血液中的含量；④乳酸菌代谢产物能与游离的胆汁酸结合，游离的胆汁酸被结合后能抑制肠肝循环的进行，以减少胆固醇的吸收。

2.1 乳酸菌自身酶的水解产物与胆固醇发生共沉淀

血液中胆固醇的来源主要有两种，一种是通过外源性食物获取的，另一种则是通过内源性代谢自身合成的[14]。胆汁酸的生物合成与内源性胆固醇的主要代谢去路有关，同时胆汁酸作为胆汁的重要组成成分具有乳化等作用，又与胆固醇的排泄有关，由此可见胆汁酸的代谢过程对人体内胆固醇的排泄起着重要作用。

胆汁酸按照结构分为两类，一是游离型胆汁酸；二是结合型胆汁酸，由游离型胆汁酸与甘氨酸或牛磺酸所结合而成，结合型比游离型胆汁酸更稳定，在酸和Ca2+存在的情况下不易沉淀析出[15]。胆汁酸还可按来源分为两类，一是初级胆汁酸，由胆固醇直接合成；二是次级胆汁酸，是初级胆汁酸在肠道中，由7α-羟化酶催化，经脱羟基作用形成的。ISHIMWE N等[16]研究报道，初级胆汁酸是由食品中的胆固醇形成的，初级胆汁酸又与甘氨酸或牛磺酸通过酰胺键结合成甘氨胆酸或牛磺胆酸最终形成结合型胆汁盐。结合型胆汁盐的溶解性较好，易被人体吸收进入肠肝循环，导致胆固醇再血液中的积累。大量研究表明，乳酸菌能合成胆盐水解酶，此酶作用导致酰胺键断裂，将结合型胆汁盐水解成游离的初级胆汁酸，而游离的初级胆汁酸溶解性差，不易被肠道吸收，以粪便的方式排出体外，最终使人体内胆固醇含量降低或维持平衡。

“共沉淀”现象[17]是大多学者较认可的降解机制，即乳酸菌发酵液pH值＜6.0时，体系中游离的胆汁酸开始沉淀，但此时的胆固醇未沉淀；一旦将pH值调节到＜5.5时，体系中的胆固醇会随着游离的胆汁酸一起沉淀。“共沉淀”现象受到体系中pH值和胆固醇胶束稳定状态的共同影响[18]，游离的胆汁酸的酸度系数（pKa）较低，一般为5.0～6.0，当环境中的pH值＜5.0时，游离胆汁酸的溶解性变得极差，由TAHRI K 等[19]的体外试验证明，体系中的pH值为4.0～5.5时，游离的胆汁酸和胆固醇共沉淀，当利用缓冲剂将pH值回升到7.0时，沉淀发生了可逆性的溶解，以上可见“共沉淀”在4.0＜pH＜5.5的范围内发生。另外，在培养基中，当胆固醇以胶束状态存在时，结合型胆汁盐有利于维持它的稳定存在，但在酸性环境下，游离的胆汁酸可以打破胆固醇胶束稳定的状态，从而发生共沉淀；若胆固醇以非胶束状态存在，即便体系中的pH值降至4.0，这种非胶束状态的水溶性胆固醇也不会随游离的胆汁酸沉淀而共沉淀[20]，由此说明“共沉淀”现象的发生与胆固醇存在的形式及胶束状态下的稳定性密切相关，只有当体系环境pH值处于4.0～5.5，且胆固醇以胶束状态存在时，这一降解机制才成立。BRASHEARSM M等[21]利用干酪乳杆菌探索菌株去除胆固醇机制的实验也证实了此观点。

2.2 乳酸菌对胆固醇的吸收与吸附作用

乳酸菌不仅能利用自身酶的作用，使体系降低对胆固醇的吸收，还能通过自身组织结构截留胆固醇。乳酸菌能直接吸收胆固醇至细胞内，也能将胆固醇吸附在菌体的细胞膜表面，从而达到去除胆固醇的目的。目前已有研究报道乳酸菌对胆固醇的吸收吸附作用，NOH D O等[22]研究发现，嗜酸乳杆菌ATCC 43121具备吸收胆固醇的能力。李雅迪[23]通过实验得到植物乳杆菌S11菌株在含有胆固醇的培养基中培养后，菌株针对培养基中的胆固醇去除率高达79.17%，同时检测到实验组以下组分中胆固醇的含量：①培养上清液中约为0.021 mg/mL②菌体破碎后洗脱上清液中约为0.036 mg/mL③菌体细胞碎片悬浮液中约为0.002 mg/mL。实验组菌体破碎后洗脱上清液的胆固醇含量比对照组的高0.033 mg/mL，说明该植物乳杆菌S11能直接吸收胆固醇以降低胆固醇含量。LIONG M T等[24]研究也表明，所有的乳酸菌菌株能够吸收胆固醇，其吸收的范围在12.03～32.25 μg/mL。

细胞膜是菌体固有的结构，只要结构存在，胆固醇就能被吸附，KIMOTO H等[25]报道活菌体和热杀死菌体都可以脱除培养基中的胆固醇，但热杀死菌体的胆固醇去除率远不及活菌体。以此可见，细胞膜本能地对胆固醇进行吸附。赵瑞香等[26]利用电镜扫描观察嗜酸乳杆菌菌体吸附胆固醇的现象，在不含胆固醇培养基中的菌体表面平滑、无附着痕迹，形状为细杆状，而在含胆固醇培养基中的菌体表面粗糙、附着痕迹明显，形状为粗短杆状或椭圆状。呈被吸附状态的胆固醇比较稳定，一般的洗涤方式不能破坏这种稳定，但可通过离心方式破坏。此外，菌体吸附胆固醇后可能改变了细胞膜的组成结构，细胞膜的韧度也随着结构的变化而增强[27]，不含胆固醇培养基中的菌体和含胆固醇培养基中的菌体同时进行超声波处理，结果表明后者对超声波的抵抗能力更强，云月英等[28-29]均证实吸附胆固醇的菌株对超声波的抗性强。以上试验均证明菌体能够通过细胞膜吸收、吸附的方式降低胆固醇（吸附作用对降解胆固醇的作用影响甚微），但这些实验现象均出自于体外探究，仅能视为乳酸菌体外降解胆固醇的方式。

2.3 乳酸菌控制胆固醇代谢的相关蛋白质

胆固醇在人体内的吸收、合成、分解均与蛋白质的表达有关。3-羟-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶（3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase，HMG-CoA-R）、胆固醇7α-羟化酶（cholesterol 7 alpha hydroxylase，CYP7A1）控制着体内胆固醇的合成；尼曼-匹克C1型类似蛋白1（niemann-pick type C1 like 1，NPC1L1）参与着胆固醇的吸收过程；CYP7A1、胆盐水解酶（bile salt hydrolase，BSH）能促进胆固醇的分解与排泄。

甲羟戊酸（mevalonic acid，MVA）是合成胆固醇的前体物质，它是由3-羟-3-甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA）经HMG-CoA-R催化生成的，因此HMG-CoA-R作为胆固醇合成中的限速酶，乳酸菌通过抑制其活性便可降低胆固醇的合成量。胆酸同样作为合成胆固醇的前体物质，其合成过程中的限速酶是CYP7A1，乳酸菌可提高CYP7A1的活性，控制胆酸的合成速率从而抑制体内胆固醇的合成[30]。WANG C Y等[31]发现，用乳酸菌发酵的谷物糊状物喂养高脂仓鼠，能使高脂仓鼠CYP7A1的活性增强，最终将体内富余的胆固醇以粪便的形式排出体外。LI C等[32]发现，高脂大鼠口服植物乳杆菌NCU116后，CYP7A1的表达得以改善，高脂大鼠通过体内对CYP7A1的调控来控制自身脂质代谢，以保持正常胆固醇含量。小肠内胆固醇的吸收与NPC1L1表达密切相关，NPC1L1是胆固醇吸收过程中的转运体。田建军等[33]报道乳酸菌可以抑制NPC1L1的表达，再进一步地抑制胆固醇的吸收，此文还提到CYP7A1在胆固醇分解中起作用，它也是胆固醇分解代谢过程中的限速酶，提高它的活性不仅可以抑制胆固醇的合成还能加强胆固醇的分解排泄。BSH在“共沉淀”现象中也起着关键性作用，由BSH催化形成的游离态胆酸在酸性条件下与胆固醇共同沉淀排出体外，董改香等[34]经研究表明，乳酸菌BSH活性高低影响小鼠血液胆固醇含量。以上提到的蛋白质、前体物质，类似“控制阀”，乳酸菌能对它们进行控制，以便促进或抑制胆固醇在体内的合成、分解。胆固醇血症、心脑血管疾病的治疗，一般采用含以上蛋白质的药物来缓解病症，同样地，乳酸菌也具备这样的潜力。

2.4 乳酸菌的代谢产物与胆固醇黏附

乳酸菌的代谢产物种类繁多，胞外多糖就是其中一类。胞外多糖是乳酸菌在生长代谢途中分泌至细胞壁外的一类碳水化合物。突破以往的机制研究发现，这种由乳酸菌产生的分泌物—胞外多糖，也具备降低血液中胆固醇含量的能力，BHAT B等[35]研究发现，从人乳中分离得到的产胞外多糖副干酪乳杆菌M7有良好的降低胆固醇功能特性，体外试验显示产胞外多糖的副干酪乳杆菌M7能呈现较高的胆固醇降低活性（70.78%）。PIGEON R M等[36]通过研究报道，利用产胞外多糖菌体发酵的发酵乳喂养小鼠，可以降低小鼠的血清胆固醇含量，而不产胞外多糖菌体发酵的发酵乳未能达到此效果。具有降低胆固醇的效果还要归结于产胞外多糖的菌体可以黏附游离的胆汁酸，切断结合型胆汁酸的合成，进而降低胆固醇的合成量。随即猜测胞外多糖可能对胆固醇的结合、吸收、排泄等代谢过程起到了重要的作用。“胞外多糖和游离胆汁酸的黏附”与共沉淀机制中“与游离的胆汁酸结合”颇为相似，前者是胞外多糖与游离的胆汁酸结合，结合后导致胆汁酸无法被肠道吸收，抑制了肠肝循环的进行，而后者是胆固醇与游离的胆汁酸结合，二者在酸性条件下形成沉淀排出体外。

3 结论与展望

人体血液中的胆固醇含量超出正常范围值，随着血液的黏稠度提高，人体的心脏负荷增加。另外黏稠物还可以在血管壁上堆积，出现血管粥样硬化斑块的现象，是心脑血管疾病的前兆。关于乳酸菌各种降胆固醇假说机制，其中游离的胆汁酸去路是值得更深入研究的。起初报道游离的胆汁酸通过直接结合胆固醇的方式降低了胆固醇的溶解性，以沉淀的方式排出体外，再是游离的胆汁酸与胞外多糖的结合，从而抑制肠肝循环和肠道对胆固醇的吸收，那么在胆固醇代谢过程中，游离的胆汁酸产生与排泄途径值得人们更深入的了解和探讨。除此之外，实验筛选出的菌株，其降解胆固醇能力又受自身种类、生长状况及培养条件等影响，不仅同一菌属的菌体降解能力差异大，而且同一株菌在同一批次的实验中表现出的降解能力仍有一定的差异。在未来的研究中，怎样缩小同一菌株降解能力的差异性也显得尤为重要。

如果要将降胆固醇乳酸菌制品应用到生产加工中，首先要保证安全性。因为在胆盐水解酶将结合型胆汁盐水解成游离的胆汁酸时，会伴有脱氧胆酸和石胆酸的产物，而这两种胆汁酸对人体有致癌作用。此外，还可从来源上抑制人类对高胆固醇食物的摄取，进而控制人体内胆固醇的含量，如让牲畜食用降解胆固醇的菌株，家鸡食用后，鸡蛋内胆固醇含量明显降低，食用这种低胆固醇含量的鸡蛋将不会增加人体患高胆固醇血症的风险。微生物降低人类患病概率具有相当多的优势，乳酸菌作为微生物的一种，用来降低胆固醇含量有着广阔的发展前景。