益生菌生理功能与健康

本书更新了益生菌的研究进展，涉及生理学、生物学、生物化学等基础科学；增加了临床实验的方法、方案和模型等；引用了一些经典的图表和案例，更加生动、形象。本书从益生菌的分类、鉴定、肠道微生态、生理功能、作用机理、生物活性效应分子以及生物活性评价等方面对近二十年来的研究成果进行了总结，也纳入了本书编写者在上述领域部分的研究结果。

益生菌是大自然赋予人类的宝贵财富。
人类对益生菌认识的质的飞跃是从20世纪90年代至本世纪，科学家通过大量的动物实验和临床干预试验，获得了对益生菌更全面、更客观的认识，在益生菌对高血脂、糖尿病、肥胖、肠易激综合征（IBS）、炎症性肠病(IBD)等的作用以及在改善和预防过敏方面积累了大量的证据，对益生菌相关健康促进作用的作用机理和生物效应分子等进行了阐述，并从总体的角度阐述了益生菌与宿主的行为、认知能力和心情的关系，提出了“脑肠轴”的概念，从单一菌的作用发展到免疫、激素分泌、神经活动等多角度进行综合评价。
微生物有个体特征，对个人而言是一个特定的标签。肠道微生物明显地受到基因、营养和外部因素的影响，随着年龄的增长也会不断变化。不同微生物对健康的影响与不同疾病相关的肠道微生物的特定变化有关。这为用作益生菌的肠道微生物提供了机会，可以预防和缓解某些疾病。
本书从益生菌的分类、鉴定、肠道菌群、生理功能、作用机理、代谢产物以及生物活性评价等方面对近二十年来的研究成果进行了总结，也加入了本书编者在上述领域的研究结果。本书注重科学性和实用性，数据充分，全面概括了益生菌生理功能与健康的各个方面。本书介绍了益生菌的最新研究进展，涉及生理学、生物学、生物化学等基础科学；增加了临床实验的方法、方案和模型等；引用了一些经典的图表和案例，更加生动和形象。
本书得到上海领军人才（编号：2015087）、上海科委项目（编号：19DZ2281400、17391901100）、“十三五”重点研发项目（编号：2018YFC1604200、2019YFF0217600）、国家百千万人才工程人才项目、乳业生物技术国家重点实验室、光明乳业股份有限公司资助出版。
本书由乳业生物技术国家重点实验室、光明乳业研究院多年从事益生菌研究的专家、学者编写而成。全书由刘振民统稿。本书编写过程中查阅了大量的国内外书籍和文献，理论和实践并重，希望可以帮助相关研究人员、教师、学生和生产工作者详细了解和系统学习益生菌相关的知识，同时希望有助于中国乳制品行业的健康持续发展。在此，衷心感谢为本书写作付出大量心血和汗水的朋友和同事们。
限于编者的水平和能力，书中难免有不妥及疏漏之处，敬请读者批评指正。

编者
2022年4月

刘振民，博士研究生导师，教授级高级工程师，担任乳业生物技术国家重点实验室主任、IDF中国国家委员会营养与健康工作委员会首席专家、光明乳业研究院院长。国务院政府特殊津贴专家、2019年入选百千万人才工程国家级人选，授予"有突出贡献中青年专家"，获"上海领军人才""上海市青年科技杰出贡献奖""上海市优秀技术带头人""上海市劳动模范""振兴中国乳业科技创新带头人"等荣誉。
研究领域为益生菌、新型干酪、乳品安全等。主编《干酪科学与技术》《乳脂与乳脂产品科学与技术》等书籍。担任国家十二五科技支撑计划奶酪课题、十三五国家重点研发计划乳品安全项目主持人。授权国际发明专利10项，以第一发明人获得授权中国发明专利12项。带领团队开发多项乳制品，取得良好的经济效益。
科技成果获国家技术发明二等奖、中国轻工业联合会技术发明一等奖、上海市科技进步二等奖等多项省部级奖项。

本书由乳业生物技术国家重点实验室、光明乳业研究院多年从事益生菌科研和应用的专家、学者编写而成。全书共分九章，内容包括益生菌概述、益生菌与肠道菌群 、益生菌主要代谢产物及其生理活性 、益生菌代谢、益生菌与免疫、益生菌与高胆固醇血症、益生菌与糖尿病和肥胖、益生菌与衰老、益生菌与口腔及皮肤健康。
本书理论性、系统性较强，可供从事益生菌研究的科研人员、技术人员阅读参考，也可供高等学校食品科学、生物技术、生物医药等相关专业师生学习参考。

第一章益生菌概述001
第一节益生菌的分类004
一、益生菌及其相关种属004
二、益生菌常用的种属005
第二节益生菌的分离保存015
一、益生菌的分离015
二、益生菌的筛选016
三、益生菌的保存020
第三节益生菌分类鉴定的技术与方法022
一、用于细菌分类鉴定的特征022
二、生理生化试验方法022
三、化学分类特征的分析方法030
四、基于遗传信息的分子生物学鉴定方法034
五、基因组时代的分类工具037
参考文献039

第二章益生菌与肠道菌群043
第一节人类微生物组研究计划044
一、 人类微生物组概述044
二、 人类微生物组计划的启动044
三、 美国的人类微生物组计划045
四、 其他国家的人类微生物组计划进展045
第二节肠道菌群的结构047
一、人肠道菌群的结构组成047
二、人体肠道核心菌群050
三、人体肠道菌群的建立：从出生到衰老052
四、肠道菌群中有重要生理意义的细菌053
五、人肠道菌群的功能055
第三节影响健康人肠道菌群结构的因素058
一、宿主的基因型058
二、年龄因素058
三、饮食因素060
四、城乡生活方式061
五、宿主的性别062
六、运动情况062
七、抗生素063
八、疾病063
第四节益生菌与胃肠道健康066
一、益生菌与胃肠道健康的关系067
二、益生菌治疗各种胃肠道疾病的研究进展068
三、益生菌促进胃肠道健康的机制080
第五节肠道菌群结构与功能的研究方法084
一、基于分离培养的方法085
二、培养组学085
三、分子生态学研究方法086
四、调节肠道微生物的疾病模型091
五、无菌动物模型092
六、研究模型和案例093
参考文献093

第三章益生菌主要代谢产物及其生理活性098
第一节短链脂肪酸（SCFA）098
一、SCFA的产生及影响因素098
二、SCFA的吸收101
三、SCFA的代谢101
四、SCFA的生理功能102
第二节胞外多糖（EPS）106
一、产EPS的菌株106
二、EPS的种类和结构107
三、EPS的生物合成及遗传调控110
四、EPS的发酵生产及分离纯化115
五、EPS的结构分析119
六、EPS的理化性质123
七、EPS的生物活性124
第三节γ-氨基丁酸（GABA）130
一、GABA的结构和理化性质130
二、GABA的合成和转化途径130
三、GABA的生理作用136
四、GABA产品开发现状137
第四节生物膜138
一、生物膜概述138
二、乳酸菌生物膜139
三、益生菌生物膜对口腔健康的影响146
参考文献149

第四章益生菌的代谢154
第一节组学技术揭示的代谢研究 154
一、糖代谢154
二、脂质的代谢157
三、蛋白质水解系统159
四、柠檬酸代谢和芳香化合物的合成164
五、乳酸菌代谢的研究方法166
第二节转运系统的比较基因组分析171
一、通道形成蛋白172
二、主要易化超家族174
三、其他大型二级载体超家族177
四、ABC转运蛋白178
五、重金属转运载体181
六、原核生物中P型ATP酶182
七、原核生物特异性磷酸转移酶系统（PTS）183
八、多药耐药泵185
九、营养物质转运蛋白185
参考文献186

第五章益生菌与免疫188
第一节免疫系统的组成及免疫应答的主要类型189
一、免疫系统的组成189
二、免疫应答的主要类型192
第二节益生菌的免疫调节作用194
一、益生菌对免疫系统的刺激作用194
二、益生菌发挥免疫调节作用的途径202
三、益生菌的免疫调节作用具有菌株特异性205
四、益生菌免疫调节作用的应用209
参考文献210

第六章益生菌与高胆固醇血症214
第一节高胆固醇血症与益生菌降胆固醇机制215
一、高胆固醇血症215
二、影响胆固醇水平的主要因素215
三、高胆固醇血症的治疗方法216
四、益生菌降胆固醇机制216
第二节胆盐水解酶221
一、理化特性221
二、结构特征223
三、基因分析224
四、进化分析225
五、胆盐耐受性225
六、BSH酶影响宿主代谢225
第三节降胆固醇益生菌的体外筛选与动物实验226
一、降胆固醇益生菌的体外筛选226
二、益生菌降胆固醇的动物实验228
第四节益生菌降胆固醇的临床研究及应用230
一、益生菌降胆固醇的临床研究230
二、益生菌防治高胆固醇血症的应用231
三、益生菌降胆固醇活性的影响因素232
四、益生菌给药新方法232
参考文献234

第七章益生菌与糖尿病和肥胖236
第一节肠道微生物与糖尿病和肥胖236
一、肠道微生物与1型糖尿病236
二、肠道微生物与2型糖尿病238
三、肠道微生物与肥胖240
四、肠道微生物影响肥胖、糖尿病等代谢性综合征的机制243
五、肥胖、糖尿病的综合研究246
第二节益生菌用于糖尿病、肥胖的改善247
一、常见糖尿病、肥胖动物模型247
二、益生菌对糖尿病的宿主葡萄糖内稳态的改善作用机制254
三、益生菌对宿主葡萄糖内稳态的改善作用的研究报道总结254
四、益生菌对糖尿病和体重（肥胖）的预防和控制举例261
第三节相关因果机制研究及功能性益生菌的筛选265
一、相关因果机制研究的一般方法和原理265
二、功能性益生菌的筛选266
参考文献266

第八章益生菌与衰老270
第一节衰老的概念、分类、表现以及研究意义270
一、衰老的概念270
二、衰老的类型270
三、衰老的表现271
四、关于衰老及延缓衰老的研究意义273
第二节肠道微生物与宿主机体衰老274
一、肠道微生物角度274
二、“大脑肠道微生物”相互作用角度277
第三节益生菌对宿主机体衰老的延缓作用283
一、延长机体寿命284
二、调节肠道微生态平衡285
三、抗氧化与抗重金属毒性285
第四节益生菌对宿主认知和情绪障碍的改善作用286
一、改善认知、情绪、记忆286
二、预防神经退行性疾病（脑肠轴）287
第五节功能性益生菌的预筛选291
一、延缓衰老作用的益生菌体外预筛选291
二、调节免疫、护肤抗皱、抑制/预防肿瘤等作用的益生菌体外预筛选292
三、调节血压、血脂、血糖作用的益生菌体外预筛选293
四、精准益生菌筛选策略293
参考文献294

第九章益生菌与口腔及皮肤健康298
第一节益生菌与口腔健康298
一 、人口腔菌群概况298
二、菌群相关的口腔健康问题299
三、益生菌与口腔菌群及健康304
第二节益生菌与皮肤健康305
一、人体皮肤菌群概况305
二、菌群相关的皮肤健康问题305
三、益生菌与皮肤菌群308
参考文献309