双歧杆菌

双歧杆菌（Bifidobacterium）是一种革兰氏阳性、不形成芽孢、严格厌氧的细菌，^[4]在形态学上分为两种形态：分叉形态定义为Ⅰ型，命名为乳杆菌；杆状则定义为Ⅱ型，命名为副分叉乳杆菌^[5]，细胞呈现多样形态，如短杆较规则型、纤细杆状型、棍棒型等，典型特征是在末端形成“V”形或者“Y”形分叉。^[6]菌落为圆形，表面光滑呈白色或乳白色。^[7][8]最早是由法国巴斯德研究所的学者Tissier发现的^[9]，人类发现的双歧杆菌已经有 40 多种，其中应用和研究比较多的主要有两歧双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、短双歧杆菌、长双歧杆菌、青春双歧杆菌等。^[7][1]

双歧杆菌广泛存在于人、畜、禽肠道及环境中，^[8]是众所周知的益生菌^[10]，作为人类和动物肠道微生物区系中的主要细菌群之一，能够粘附和定植于肠粘膜上皮细胞，^[11][12]具有增强免疫、抑菌拮抗、抑制肿瘤、治疗便秘、降血脂、降胆固醇等重要的生理功能。^[4][13]

双歧杆菌是重要的微生物菌群，凭借其益生特性，在食品、保健品、医药、畜牧等领域用途广泛，如： 发酵乳制品、与益生元联合使用、双歧杆菌三联活菌胶囊、饲料添加剂等。^[14][15]

1890年，法国巴斯德研究所的学者Tissier在Grauche教授指导下开展“对婴幼儿消化不良病因的研究”课题，经过多年努力，Tissier终于在1899年从天然营养婴幼儿正常大便内发现了双歧杆菌，同年12月2日在巴黎生物学会学术会议上发表了他的论文，他指出天然营养婴幼儿和人工营养婴幼儿的大便内有一种革兰氏阳性多形态的杆菌，当婴幼儿患腹泻时，这种杆菌就会减少或消失。从Tissier发现双歧杆菌开始，开辟了双歧杆菌研究的新篇章。^[4][9]

在研究双歧杆菌的历史进程中，双歧杆菌历经了发现、认识、应用三个阶段。它曾先后被归类于奴卡氏菌属、棒杆菌属、乳杆菌属和放线菌属，到上个世纪60年代才把它作为独立的菌属-双歧杆菌属。^[8]

随着实验方法和研究设备的不断完善，不断有双歧杆菌新种被发现^[9]，目前人类发现的双歧杆菌共有 40 多种，其中能够从人体提取，或与人类活动有关的共有 12 种。应用和研究比较广泛的主要有两歧双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、短双歧杆菌、长双歧杆菌、青春双歧杆菌等，^[7]其中婴儿双歧杆菌和短双歧杆菌属于婴儿型，只在婴儿的肠道内生存并占优势，随着人的年龄增高则逐渐减少或消失；两歧双歧杆菌、长双歧杆菌和青春双歧杆菌属于成人型，在成人肠道内存在较多。^[9]

长双歧杆菌是成人肠道中最常见的双歧杆菌之一，发挥着与宿主健康相关的多种生物学作用，包括维护肠道菌群平衡、抑制病原菌生长、抗衰老、抗肿瘤以及为人体提供多种营养素等。长双歧杆菌是常用的基因治疗载体，可用于靶向治疗肿瘤，且已用于制备长双岐杆菌微胶囊，以提高双歧杆菌制剂在肠道内的耐酸性和耐氧性。^[16]

短双歧杆菌不仅是新生儿肠道中的主要菌群之一，还可从母乳中分离得到，具有抑制病原菌、缓解过敏性鼻炎和哮喘、调节脂肪代谢、清除自由基延缓衰老等众多益生功能。短双岐杆菌是常用的双歧杆菌益生菌株之一，还可用于乳腺癌的靶向基因治疗。^[16]

双歧杆菌广泛存在于人体尤其婴儿小肠的下部和大肠（结肠），此外在口腔和阴道中也有双歧杆菌栖居。^[1][8]在自然分娩的母乳喂养的儿童肠道中，高达95%的细菌是双歧杆菌，这使它们成为粪便微生物群中的主要细菌成分，从健康母乳喂养的婴儿中分离出的最常见的双歧杆菌有长双歧杆菌、双歧双歧杆菌和短双歧杆菌。^[4]肠道中的双歧杆菌随年龄增长而逐渐减少，在体弱多病的老年人肠道中所剩无几，而在健康人的肠道中仍可以保持一定数量。^[16]

在许多种温血动物如鸡、猪、犬、鼠、狼、猴、家兔、牛、羊、马，甚至蜜蜂的肠道中也都有双歧杆菌，并且大都以优势菌群存在。^[1][8]同时在许多食品、物品及少数临床样品中也有双歧杆菌分布。^[8]

双歧杆菌大小为（0.5~1.3）μm×（1.5~8.0）μm，^[1]在形态学上主要定义为两种形态，分叉形态定义为Ⅰ型，命名为乳杆菌；杆状则定义为Ⅱ型，命名为副分叉乳杆菌。在肠道内，双歧杆菌多呈直杆状，极少以分叉状、弯杆状的形态呈现。初次分离时，由于相应的培养条件不足，通常呈现为Ⅰ型，菌株形态主要包括不分叉、分叉两种形态，其中，分叉状呈现为 V 字型、Y 字型，但于后续的培养中，分叉状通常呈现为弯曲、杆状。显微镜下菌体呈 Y 字型、勺状、V 字型、弯曲状、棍棒状等，经由一定程度培养后，将转变为Ⅱ型，且长时间、稳定性的遗传。因此，临床上认为Ⅱ型向Ⅰ型的转变是由于对环境、温度等不适应造成的退化，而Ⅰ型向Ⅱ型的转变则是由于可更好地适应环境、温度等而出现的进化。^[5]

但同种不同菌株形态也不尽相同，即使同一菌株在生长的不同时期或培养于不同的条件下也可能显现不同的形态，^[9]如婴儿双歧杆菌呈短杆较规则型、嗜热双歧杆菌呈纤细杆状型、兔双歧杆菌呈球型、齿双歧杆菌呈棍棒型、长双歧杆菌呈勺型等，单个或链状、栅栏状排列，或聚集成星状。^[6]在实验室厌氧培养箱内，双歧杆菌在血平板上37℃恒温培养48小时，形成圆形光滑、凸起、边缘整齐菌落，奶油色到白色，反光。^[7][8][17]

双歧杆菌是一种不能移动、不形成芽孢、不产气、革兰氏阳性细菌，G+C含量高达55%至67%，^[4]可使石蕊牛奶产酸、凝固，不还原硝酸盐、过氧化氢酶阴性、吲哚反应阳性、明胶液化阴性、联苯胺反应阴性。^[6][18]

双歧杆菌的糖代谢采用了特殊的双歧之路方法^[19]，可发酵葡萄糖，主要产生乙酸和乳酸，能发酵乳糖和麦芽糖产酸，发酵蔗糖和蜜二糖微产酸，不发酵核糖、阿拉伯糖、棉子糖、木糖等。

双歧杆菌严格厌氧，由于双歧杆菌细胞内缺乏超氧化歧化酶（superoxidedismutase，SOD）和过氧化氢酶（catalase，CAT），在有氧条件下无法把代谢产生的活性氧（ROS）清除，ROS会破坏双歧杆菌细胞壁磷脂、蛋白质和代谢过程中的重要酶等，对双歧杆菌产生毒害作用，导致双歧杆菌代谢失调、生长停滞甚至死亡，因此双歧杆菌不能在有氧条件下存活。^[13]

双歧杆菌是一种专性厌氧菌，对环境条件和营养要求严格，因此影响其生长繁殖的因素也很多。^[9]双歧杆菌最适合的生长温度且能保证更多的活菌数为37~41℃，最适发酵温度的范围一般为35~40℃，最低生长温度且不能再低于25~28℃；最适宜的起始生长pH值为6.7~7.0，在pH值为8.0~8.5以上的环境中一般不生长。^[8][7]双歧杆菌生长繁殖所用的培养基中氨基酸、维生素、核酸物质和盐类是必不可少的，同时能够促进双歧杆菌生长的生长因子主要有以下六类：纯寡聚糖类物质（如乳果糖、果聚糖等）、蛋白水解产物及一些蛋白质类物质（如酪蛋白水解物、乳铁蛋白等）、多糖类物质、短链脂肪酸类物质、天然植物及中草药的提取物及其他类物质（如双泛酞硫乙胺和泛酞硫氢乙胺等）。^[9][8]

双歧杆菌定植于肠黏膜上皮细胞上是它发挥生理作用的前提，首先双歧杆菌通过粘附素初步粘附到肠道细胞上，粘附后的双歧杆菌进一步改变肠道环境而实现对肠道细胞的定植，定植后的双歧杆菌通过多种方式来限制致病菌群的生存繁殖，如占位性保护（占据肠道上皮细胞的空间）、营养争夺、产生有机酸（将葡萄糖分解为醋酸和乳酸，降低了肠道的 pH值，抑制致病菌）、分泌双歧杆菌素及胞外糖苷gān酶等。^[20]

人们想要促进体内双歧杆菌增殖的方法有两种，一种办法是直接摄入含有双歧杆菌的微生态制剂，^[21]第二种就是还可以摄入含有双歧因子的产品来促进人体自身固有双歧杆菌的生长繁殖。^[22]

双歧杆菌具有营养作用，主要是与其能够合成多种营养物质有关，如消化酶、乳糖酶、多种氨基酸及维生素等，还降低肠道内环境的 ph 值，利于铁、钙吸收，同时可以改善肠道环境。^[7][23]

双歧杆菌可以作用于人体的免疫细胞，通过激活和强化其免疫能力，达到抗感染、抗病毒的作用，还可以过与机体产生的细胞因子发生作用，保持人体各种免疫细胞的平衡，人体的免疫功能过高或过低都会对机体产生损坏，对免疫功能的调节保证了免疫功能在正常范围内发挥作用。^[6]

双歧杆菌对病原性埃希氏大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、痢疾志贺氏菌等多种细菌具有抑制作用。双歧杆菌抑菌拮抗作用主要是通过两种方式进行：一种是代谢乳酸、乙酸、双歧菌素等成分，使致病菌失活，达到抑菌效果；另一种方式就是双歧杆菌具有良好的粘附性，可以在肠道中定植，阻止病原菌的黏附，起到生物拮抗作用。^[24][25]

双歧杆菌还能分泌一种降解N-亚硝胺的酶，能够阻止亚硝胺诱导肿瘤发生，动物试验证实双歧杆菌能耐受胃部酸性条件到达肠道，从而抑制一些致癌前体物质向致癌物质转化的酶生成或降低该类酶的活性。^[24]

牛奶具有丰富的营养，是老年人和婴儿良好的食品，但是有相当一部分人缺乏乳糖酶，不能分解牛奶中的乳糖，常常会出现胃肠道紊乱，双歧杆菌在乳制品发酵过程中可以产生乳糖酶，帮助患者消化乳糖。^[8]

双歧杆菌可以影响胆固醉的代谢，将其转化为人体不吸收的类固醇，降低血液中胆固醇的浓度，对高血压和动脉硬化有一定的防治作用，还可以降低血清胆固醇和甘油三酯，改善脂质代谢紊乱的作用。^[8][26]

双歧杆菌能够改变并调节肠道环境的酸碱性，促使肠道处于酸性环境，有效地阻止了有害细菌造成的不正常发酵，提高肠道壁的收缩运动的频率，而且还能使粪便不再硬化，从而起到有效调节并缓解便秘的效果。^[7]

双歧杆菌在食品中的应用很大程度上趋向于具有保健效果的食物和饮料，最早的双歧杆菌产品是双歧乳，另外还包括酸性稀奶油、酪乳、双歧啤酒、双歧杆菌复合蔬菜汁以及冷冻甜点等。^[27][28]

目前在《可用于食品的菌种名单》里，双歧杆菌属包含 6 种，其中不同食品中可以使用的菌株也有明确的规定：^[4][29]

可用于食品的双歧杆菌有：青春双歧杆菌（B. adolescentis）、动物双歧杆菌（B. animalis）、两歧双歧杆菌（B. bifidum）、短双歧杆菌（B. breve）、婴儿双歧杆菌（B. infantis）、长双歧杆菌（B. longum）。^[29]

可用于婴幼儿食品的双歧杆菌菌株有：动物双歧杆菌（B. animalis）Bb-12、乳双歧杆菌（B. lactis）HN019、Bi-07、短双歧杆菌M-16V、婴儿双歧杆菌R0033、两歧双歧杆菌R0071、长双歧杆菌长亚种BB536。^[30]

最常见的双歧杆菌保健产品与益生元联合使用可达到协同效果，大致分为冲剂类、片剂类等，能够增强免疫力、调节肠道菌群。^[28][31]

双歧杆菌口服后能迅速在肠道下部定植，建立起强大的生物学屏障机制，阻止有害菌的定植和入侵，常选用婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、两歧双歧杆菌、长双歧杆菌或短双歧杆菌而制成的单株或双株（与其他益生菌搭配）活菌制剂。^[32]

双歧杆菌是动物体内重要的益生菌，可以在动物肠道内产生大量乳酸和醋酸，降低肠道PH值，抑制腐败菌与病原菌的生长；增强肠道功能，促进蛋白质消化吸收；减少有害物质如氨气、吲哚等的形成，从而减轻肝脏负担；可以促进胃肠蠕动，提高动物的采食量等。^[2][33][3]

双歧杆菌作为细菌的一种也存在耐药性问题，随着双歧杆菌活菌制剂产品商业化程度的加大，有关双歧杆菌耐药性的研究正逐渐引起重视。^[23]据报道大多数菌抗多粘菌素B、卡那霉素、新霉素、链霉素、奈啶dìng酸、庆大霉素，对青霉素、万古霉素、克林霉素、红霉素、杆菌肽高度敏感，氯霉素和四环素次之。^[34]

目前双歧杆菌相关产品开发的研究方向主要集中在：双歧杆菌生产用菌株的选育与搭配，根据不同的生产要求，选育出不同性能的菌株；联菌株的应用，双歧杆菌与乳酸菌及链球菌（食用型）配合；双歧杆菌与其他功能性成分配合，主要是双歧杆菌与双歧因子配合；双歧杆菌新剂型的开发，有口服液、粉剂、片剂、胶囊、颗粒等制剂；扩大双歧杆菌的利用面，除用于食品医药外，可用来生产微生态护肤品或其他化妆品等。^[8]

近几年来双歧杆菌分子生物学的研究已成为热点，对双歧杆菌从分子水平上进行鉴定、质粒分离、载体构建、基因组测序以及基因治疗上都有了新的研究进展，其中考虑到双歧杆菌高度保守性、种间异质性和均一性等，目前对双歧杆菌的分类都通过测定其16S rDNA／RNA进行的。^[34][35]