雙歧桿菌
Bifidobacterium
雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）是放線菌門嚴格厭氧的革蘭氏陽性多形性杆狀細菌。末端常常分叉，故名雙歧桿菌。是人和動物腸道的重要核心菌群和有益生理菌群，也是母乳餵養嬰兒中發現的第二大菌。
肥胖、糖尿病和過敏等各種疾病都與生命各個階段的雙歧桿菌數量減少有關。雙歧桿菌有助於改善消化問題，抗菌和病毒、抗炎、改善血糖控制，降低血脂水平，提高免疫力，表現出抗氧化活性，有助於預防濕疹，緩解壓力和過敏。
從代謝的角度來看，該屬比較典型的特徵是單糖的分解代謝（即所謂的果糖 6-磷酸途徑），主要發酵葡萄糖產生乳酸和乙酸和少量乙醇。
重要的是，雙歧桿菌產生硫胺素（維生素B1）、核黃素（維生素B2）、維生素 B6和維生素 K。可能還具有合成葉酸、煙酸（維生素B3）和吡哆醇（維生素B6）的能力。雙歧桿菌代謝產物還包括γ-氨基丁酸 (GABA)和生物素。比如青春雙歧桿菌是人體腸道微生物群中 GABA生產的關鍵成員。
食用雙歧桿菌食品可以通過降低胃 pH 值（促進礦物質的電離，這是礦物質的吸收所必需的）來提高某些礦物質的生物利用度，包括鈣、鋅和鐵。
多種因素會導致人體腸道內雙歧桿菌變化
導致減少的因素包括：
- 年齡（年齡增加）
- 飲食（精製碳水化合物，如白麵包、糖果、糕點，加工食品等，缺鎂鐵飲食、高脂肪飲食）
- 疾病（腸病，炎症，代謝性疾病）
- 生活方式（缺乏運動、過度使用抗生素、酗酒等）
- 其他因素（比如感染，菌群失衡）
增加雙歧桿菌的因素包括：
補充益生菌：可以通過食物或藥物的方式補充益生菌，可以增加腸道內雙歧桿菌。
吃發酵食品：多吃發酵食品，如酸奶、奶酪、泡菜，適量葡萄酒等，可以增加腸道內雙歧桿菌。
增加特定膳食補充劑，比如低聚果糖，抗性澱粉，白藜蘆醇、鎂、綠茶、水蘇糖，杏仁/杏仁皮、岩藻多糖、大麥、菊芋、阿拉伯木聚糖、菊粉等
多樣性飲食，攝入足夠的蔬菜、水果、豆類和全穀物，定期攝入奶製品。
合理運動和良好睡眠，清潔的水源等。
存在於不同生態位的雙歧桿菌物種與其宿主之間有不同的生態關係
- B. scardovii存在於人類血液中，已經報導了由B. scardovii引起的幾種類型的感染。
- 齒雙歧桿菌是口腔最常檢測到的雙歧桿菌種類，約占從齲齒病變中分離出的可培養細菌的8%。
- 腸道中的雙歧桿菌大部分是對人體健康有益處的，但是在臨床上偶有報導稱在免疫功能低下的宿主和腸道屏障受損的宿主中具有「敗血症樣圖像」的侵襲性，並討論了雙歧桿菌菌血症如何可能是細菌從腸道轉移到血液或其它部位的結果。
抗生素敏感性
藥敏實驗顯示雙歧桿菌對多種抗生素敏感，如氯黴素、四環素、紅黴素等，但對氨苄青黴素、慶大黴素、痢特靈、丁胺卡那黴素、新黴素、環丙沙星等抗生素耐受。
應用
目前雙歧桿菌製劑已經廣泛應用於保健食品、醫藥等領域。比如雙歧桿菌藥品、雙歧桿菌與藥成分搭配的保健藥品、雙歧桿菌與雙歧因子搭配的保健食品以及雙歧桿菌與寡糖、葡萄糖酸、精氨酸配合，對青春雙歧桿菌有選擇的增殖作用，發揮特有的免疫賦活功能等。
開發價值
未來還可能擴大雙歧桿菌利用面，促進雙歧桿菌向多元化方向發展。比如雙歧桿菌富含B族維生素，該菌的代謝產物富含(L+)乳酸和一些酶類，可用來生產微生態護膚品或其他化妝品。除用於特定保健食品和醫藥外，在畜業、水產業和肉製品加工中也廣泛應用，也大有開發價值。
通過補充益生菌或益生元調節雙歧桿菌水平可以改變腸道微生物群的整體組成和代謝。但是雙歧桿菌介導的健康益處是雙歧桿菌、腸道微生物群的其他成員和人類宿主之間建立的複雜動態相互作用的結果。值得強調的是，某些雙歧桿菌定植特徵受腸道因素調節，包括其他微生物的存在。
這體現在具有不同腸道微生物群組成的個體似乎對雙歧桿菌補充劑的反應不同，這一事實提供了雙歧桿菌-腸道微生物群串擾存在的進一步證據。
本文主要討論和介紹雙歧桿菌的菌屬特性，生態代謝特徵，對人體的健康特性以及影響雙歧桿菌在體內定植的主要因素。
—正文—
01 全面認識雙歧桿菌
▼ 發現歷史
雙歧桿菌屬於放線菌目，雙歧桿菌在細胞壁類型上與其他放線菌（如鏈黴菌和諾卡氏菌）是分開的；雙歧桿菌被指定為具有 VIII 型細胞壁（鳥氨酸濃度相對較高）。
屬水平
雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）於 1899 年首先由 Tissier 從母乳餵養嬰兒的糞便中分離出來，並命名為Bacillus Bifidus。
然而，由於它們與乳桿菌相似的形態和生理特徵，在 20 世紀的大部分時間裡它們被歸類為乳桿菌屬的成員，直到最近才被認為是和乳桿菌不同的屬。
種水平
隨著鑑定方案的技術改進和微生物系統學信息的擴展，該屬中已定義物種的數量已經穩步增加。
Bergey 的系統細菌學手冊(1986) 鑑定了 24 種不同的雙歧桿菌。在這些物種中，被認為主要起源於人類的類型有以下種：
B.bifidum、B.longum、B.infantis、B.breve、B.adolescentis、B.angulatum、B.catenulatum、B.pseudocatenulatum 、B.dentium 。
大多數這些物種在人類結腸中占主導地位，隨後可以在糞便和污水中找到。
在2004共列出了 33 種雙歧桿菌；大多數新添加的物種都是從動物來源中分離出來的。
截止2020年已在該菌屬在分類學上已鑑定出 78 個種和 10 個亞種，而且這個數字每年都在上升。
▼ 簡介和適宜生長條件
雙歧桿菌是革蘭氏陽性、不運動、過氧化氫酶陰性、不形成孢子和非還原細菌的多樣化菌屬。是厭氧菌和多形性細菌，具有單細胞、鏈、聚合物形、V 形或 Y 形或柵欄形等多種排列方式。
適宜生長條件
人源雙歧桿菌的最適生長溫度為 36 至 38 °C，而動物源雙歧桿菌的最適生長溫度為 41 至 43 °C。但蒙古雙歧桿菌和嗜冷雙歧桿菌除外，它們分別可以在 15°C 和 8°C 下生長；最高生長溫度為 43–45°C，但嗜熱雙歧桿菌除外，其最高生長溫度為 49.5°C。
雙歧桿菌的最適生長 pH為 6.5–7.0。pH 值低於 4.5–5.0 或高於 8.0–8.5 時不會一般發生生長。嗜熱雙歧桿菌除外，它可以在 pH 4.5 下生長或 pH 8.0–8.5 下不生長。
雙歧桿菌菌落與乳酸菌易混淆
在瓊脂平板上，雙歧桿菌的菌落與乳酸菌（尤其是乳酸桿菌）的菌落非常相似，容易混淆，經常被錯誤地稱為乳酸菌的一員；然而，雙歧桿菌與發酵食品生產中使用的傳統乳酸菌都沒有密切關係。
與乳酸菌相比，雙歧桿菌的耐酸性較差，它們的生長不能稱為「兼性厭氧」。雙歧桿菌確實會通過碳水化合物的發酵產生乳酸，但通常產生的乙酸量高於乳酸，並且所使用的分解代謝途徑不同於乳酸菌所採用的同源發酵和異源發酵途徑。
乳桿菌的 DNA 的平均(G+C)mol%約為 37%，雙歧桿菌的平均值約為 58%。
▼ 雙歧桿菌通常在哪裡定植
它們是正常人類和動物腸道菌群的天然居民，並且已經從六個不同的生態位中分離出來，雙其中三個與人類和動物腸道環境直接相關：例如人類腸道、動物腸道（牛、兔、鼠、雞和昆蟲）和口腔，而其他（污水、血液和食物）可能是胃腸道污染的結果。
從不同生態位分離出來的雙歧桿菌物種表
▼ 不止是益生菌，還有致病性
通常在我們的認知中，雙歧桿菌是益生菌，但實際上，雙歧桿菌與其宿主之間可以建立不同的生態關係，從機會性致病相互作用（例如齒雙歧桿菌）到共生甚至促進健康的關係（例如雙歧雙歧桿菌和短雙歧桿菌）。
在已知的促進健康的菌群中，雙歧桿菌代表了最主要的群體之一，一些雙歧桿菌物種通常被用作許多功能性食品中的益生菌成分。
動物雙歧桿菌已被證明是在冷藏條件下保持活力的雙歧桿菌物種中最頑強的物種之一，並且一些菌株已被證明可以為人類帶來健康益處，但動物這個名稱在暗示對人類有益方面並不易於使用，尤其是老鼠糞便作為原始來源。
在當前的文獻中，人們越來越意識到雙歧桿菌的潛在致病性。雙歧桿菌的致病潛力尚不清楚；有報導稱在免疫功能低下的宿主和腸道屏障受損的宿主中具有「敗血症樣圖像」的侵襲性。
雙歧桿菌的促炎作用
先前的研究表明，最常見的引起雙歧桿菌感染是長雙歧桿菌和齒雙歧桿菌。在兒科和成人菌血症病例中，無論是否使用過益生菌，公認的菌種是嬰兒雙歧桿菌、青春雙歧桿菌、短雙歧桿菌、長雙歧桿菌和齒雙歧桿菌（在較早的文獻中稱為埃里克森雙歧桿菌）。
已經報導了由雙歧桿菌引起的幾種類型的感染。偶爾的感染髮現還包括B. scardovii。
在一項研究中，從無菌場所分離出的 15 種推定的雙歧桿菌分離株或大量存在的雙歧桿菌被鑑定到物種水平，鑑定出四種：A. omnicolens、B. breve、B. longum、B. scardovii ，來自胃腸道或泌尿生殖道，B. breve來自血液。Scardovia wiggsiae 是一種新物種，與嚴重的幼兒齲齒有關。
在血培養分析中，雙歧桿菌約占厭氧血培養分離株的 0.5-3%，截至 2015 年，文獻中僅報導了 15 例成人雙歧桿菌菌血症，因此，雙歧桿菌還是相對安全的。
▼ 代謝特徵
雙歧桿菌屬屬於放線菌門、放線菌綱（高 G+C 革蘭氏陽性菌）、雙歧桿菌目和雙歧桿菌科。
產生B族維生素
雙歧桿菌可產生硫胺素、核黃素、維生素 B6 和維生素 K。還有報導稱它們具有合成葉酸、煙酸和吡哆醇的能力。這些維生素B複合物在人體中被慢慢吸收。
產生乳酸
關於含有雙歧桿菌的發酵乳的營養特性的現有信息表明，與非發酵乳相比，它們的殘留乳糖含量較低，游離胺基酸和維生素含量較高。它們優先含有(+)-乳酸[雙歧桿菌除乙酸外還產生(+)-乳酸，而乳酸菌產生(−)-乳酸]，更容易被人體代謝。這對於 1 歲以下的嬰兒尤為重要，因為在這些嬰兒中代謝性酸中毒可能是一個問題。
所有與人類有關的物種都可以發酵乳糖；在考慮將雙歧桿菌應用於乳製品和作為益生菌培養物以緩解乳糖吸收不良不適的預期效果時，這是一個重要特徵。
主要代謝途徑：果糖 6-磷酸途徑
雙歧桿菌使用果糖 6-磷酸途徑（雙歧途徑）作為碳水化合物代謝的主要途徑，其中Xfp是該途徑的主要酶，具有雙底物特異性，最終代謝產物是乙酸鹽、乳酸鹽和乙醇。
註：Xfp——果糖 6-磷酸磷酸酮醇酶
其他代謝途徑
人們認為，雙歧桿菌能夠與其他胃腸道細菌競爭並在胃腸道區域的細菌菌群中占據很大比例，部分原因可能是它能夠利用多種分子提供能量。雙歧桿菌可能還參與的其它代謝通路如下：
2-氧代羧酸代謝
ABC轉運體
丙氨酸、天冬氨酸和穀氨酸代謝
氨基糖和核苷酸糖代謝
氨醯-tRNA生物合成
精氨酸和脯氨酸代謝
精氨酸生物合成
細菌分泌系統
鹼基切除修復
胺基酸的生物合成
抗生素的生物合成
次級代謝物的生物合成
不飽和脂肪酸的生物合成
生物素代謝
丁酸代謝
C5-支鏈二元酸代謝
碳青黴烯生物合成
碳代謝
氯代烷烴和氯代烯烴降解
檸檬酸循環（TCA循環）
氰基胺基酸代謝
半胱氨酸和甲硫氨酸代謝
D-丙氨酸代謝
D-穀氨醯胺和D-穀氨酸代謝
DNA複製
芳香族化合物的降解
脂肪酸生物合成
脂肪酸降解
脂肪酸代謝
葉酸生物合成
果糖和甘露糖代謝
半乳糖代謝
穀胱甘肽代謝
甘油脂代謝
甘油磷脂代謝
甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝
糖酵解/糖異生
乙醛酸和二羧酸代謝
組氨酸代謝
同源重組
肌醇磷酸代謝
胰島素抵抗
賴氨酸生物合成
代謝途徑
甲烷代謝
不同環境中的微生物代謝
錯配修復
內醯胺生物合成
萘降解
煙酸鹽和煙醯胺代謝
氮代謝
非核糖體肽結構
核苷酸切除修復
一個由葉酸組成的碳庫
其他聚糖降解
氧化磷酸化
泛酸和 CoA 生物合成
戊糖和葡萄糖醛酸相互轉化
戊糖磷酸途徑
肽聚糖生物合成
苯丙氨酸代謝
苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成
磷酸轉移酶系統 (PTS)
聚酮化合物糖單元生物合成
卟啉和葉綠素代謝
丙酸代謝
蛋白質輸出
嘌呤代謝
嘧啶代謝
丙酮酸代謝
RNA降解
RNA聚合酶
核黃素代謝
核糖體
次級膽汁酸生物合成
硒化合物代謝
鞘脂代謝
澱粉和蔗糖代謝
鏈黴素生物合成
硫代謝
牛磺酸和亞牛磺酸代謝
萜類骨架生物合成
硫胺素代謝
雙組分系統
酪氨酸代謝
泛醌和其他萜類醌生物合成
纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸的生物合成
纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸降解
萬古黴素耐藥
維生素B6代謝
β-內醯胺抗性
▼ 基因結構和多樣性
Bifidus在拉丁語中的意思是裂開或分開（當營養受限時，細胞的特徵性分叉很明顯）。
雙歧桿菌屬的物種具有較高的 rRNA 16S 序列相似性，構成了一個連貫的系統發育單元。
2002年，來自長雙歧桿菌的第一個基因組被發表，並且此後公開可用的雙歧桿菌基因組數量穩步增加。截至2016年4月，共有254個公開的雙歧桿菌基因組序列，其中61個代表完整的基因組序列。通過比較不同物種的基因組，揭示了該屬的系統發育和進化適應性。
雙歧桿菌基因組平均長度為2.2 Mb，通常編碼52-58個tRNA基因和3-5個rRNA操縱子。
▼ 在人體腸道內的變化情況
• 通常，在嬰兒腸道內以嬰兒雙歧桿菌和短雙歧桿菌為優勢菌群；
• 而在成人腸道內則缺少這兩種雙歧桿菌，僅有少量雙岐雙歧桿菌、青春雙歧桿菌和長雙歧桿菌存在
通過使用不同的方法和技術，已經觀察到雙歧桿菌的數量和多樣性會隨著年齡的增長而減少（當然這個目前仍然不明確）。
其中能在人體腸道內定植並能用於製備保健食品的雙歧桿菌主要有5種：
- 雙歧雙歧桿菌 (Bifidobacterium bifidum)
- 青春雙歧桿菌 (Bifidobacterium adolescentis)
- 嬰兒雙歧桿菌 (Bifidobacterium infantis)
- 短雙歧桿菌 (Bifidobacterium breve)
- 長雙歧桿菌 (Bifidobacterium longum)
嬰兒：雙歧桿菌占90%，斷奶後迅速下降
雙歧桿菌通常是嬰兒腸道微生物群中最豐富的分類群（高達 90%），其豐富性與對嬰兒健康的各種有益影響有關，包括腸道中葉酸的產生、對疫苗接種的免疫反應增加和預防或減少過敏性疾病。
已知雙歧桿菌產生的緊密粘附菌毛會刺激結腸上皮細胞增殖，從而可能影響新生兒腸道的成熟。富含雙歧桿菌的健康腸道微生物群在母乳餵養期間繼續存在，但相對豐度在斷奶後迅速下降。
成人：雙歧桿菌參與複雜碳水化合物的代謝
存在於成人腸道中的腸道雙歧桿菌基因組，例如青春雙歧桿菌，似乎並不包含與母乳成分利用相關的基因，相反，它們包含大量專門用於成人飲食中常見的複雜碳水化合物的代謝（例如，澱粉和澱粉衍生的碳水化合物）。
到目前為止，飲食類型（西方、亞洲、地中海）與特定雙歧桿菌種類在腸道中的富集之間尚無明確關係，但據報導不同人群和國家之間存在差異。
老人：雙歧桿菌物種水平變化
在老年人（百歲老人）中也提到了物種水平的變化。結果仍然有些爭議。在某些地區，百歲老人的微生物群組成仍然與成年人相似，然而，也有些地方百歲老人的雙歧桿菌比例高於年輕老人。
與衰老過程間接相關的其他外在因素也會影響雙歧桿菌的組成。抗生素在老年人群中的長期使用無疑對腸道菌群組成產生巨大影響，從而減少雙歧桿菌數量。
▼ 與其他菌屬的相關性和串擾相互作用
雙歧桿菌介導的健康益處是雙歧桿菌、腸道微生物群的其他成員和人類宿主之間建立的複雜動態相互作用的結果。
這些錯綜複雜的相關模式尚未在分子水平上得到完全破譯。因此，目前正在努力了解腸道生態系統內的代謝通量，以辨別健康和疾病中的微生物群-宿主串擾。這將為通過以微生物組為目標的方法以更精確、安全和可控的方式調節宿主健康奠定基礎。
在雙歧桿菌益處中，抑制腸病原體和減少輪狀病毒感染是它們最確定的結果。許多體外研究表明，雙歧桿菌可以通過產生有機酸、抗菌肽、群體感應抑制劑來抑制病原體, 或免疫刺激以及其他機制，為它們預防某些感染的能力提供分子線索。
雙歧桿菌的抗菌作用
另一個事實表明，存在一個關鍵的雙歧桿菌-腸道微生物群-宿主串擾，即嬰兒早期微生物群的建立似乎遵循一種精心策劃和有組織的菌群演替模式。
與人類腸道菌群的串擾機制表現在：
第一批腸道定殖者，雙歧桿菌占主導地位
有助於減少環境並產生代謝物，使其他細菌種群能夠穩定地定植腸道。
和其他腸道細菌間存在顯著的共生效應
多形擬桿菌能夠在長雙歧桿菌存在下，擴大其利用多糖的能力，這表明常駐腸道共生體能夠調整其底物利用以響應對雙歧桿菌。
通過補充益生菌調節雙歧桿菌
通過補充益生菌調節雙歧桿菌水平可以改變腸道微生物群的整體組成和代謝。
在源自人腸道的微生物群小鼠模型中補充長雙歧桿菌菌株會增加丙酮酸、丁酸和生物素的產量。可能是由於長雙歧桿菌和Bacteroides caccae的共存。
補充長雙歧桿菌還與腸桿菌科的減少和直腸真桿菌的增加相關，支持雙歧桿菌對其他腸道菌群的數量和功能的影響。
雙歧桿菌分子調節腸道菌群
體外研究表明，在雙歧桿菌胞外多糖存在的情況下，脆弱擬桿菌和Faecalibacterium prausnitzii（糞棲桿菌，又名普拉梭菌）會改變它們的代謝。
通過補充益生元調節雙歧桿菌
通過益生元（包括菊粉、阿拉伯木聚糖、低聚半乳糖和低聚果糖）促進雙歧桿菌生長，也與更高的乳桿菌-雙歧桿菌與腸桿菌科比例相關，並調節短鏈脂肪酸，有機酸等的產生。
對益生元代謝分析，了解雙歧桿菌與其他菌群的交叉餵養機制
B. longum NCC2705 和E. rectale ATCC 33656之間的交叉餵養機制，有利於雙歧桿菌菌株和產丁酸菌在同一生態位中共存。為阿拉伯木聚糖寡糖的產雙歧和產丁酸作用提供了新的見解。
理解雙歧桿菌和擬桿菌屬物種以及雙歧桿菌和普拉梭菌之間的交叉餵養機制)，這將有助於理解共培養發酵的產丁酸活性。這些結果也有助於闡明益生元發酵過程中腸道內的細菌相互作用。
雙歧桿菌菌株間的潛在串擾
分析長雙歧桿菌和短雙歧桿菌菌株之間的相互作用，證明它們對碳水化合物利用酶的產生顯著影響。
雙歧雙歧桿菌PRL2010和短雙歧桿菌UCC2003之間存在交叉餵養機制：
短雙歧桿菌UCC2003不能在體外利用唾液酸作為唯一的碳源，儘管它可以以消耗唾液酸的殘留物為代價生長。
雙歧雙歧桿菌PRL2010 從粘蛋白上裂解。事實上，對雙歧桿菌屬糖苷利用能力的詳細分析強調了特定物種專門針對特定碳水化合物的利用，因此表明雙歧桿菌物種可能在腸道內合作利用碳水化合物。
也就是說益生菌菌株的混合物可能會產生協同效應，提高它們對腸道菌群以及宿主健康發揮作用的能力。
值得強調的是，某些雙歧桿菌定植特徵受腸道因素調節，包括其他微生物的存在。具有不同腸道微生物群組成的個體似乎對雙歧桿菌補充劑的反應不同，這一事實提供了雙歧桿菌-腸道微生物群串擾存在的進一步證據。
雙歧桿菌與其他菌群可能的相互影響如下：
儘管這種不同行為背後的串擾的分子機制還遠未被理解，但對它們的理解將極大地幫助設計基於益生菌的療法，即使在目前在臨床試驗中被歸類為「無反應者」的那些亞群中也能發揮作用。
02 雙歧桿菌胃腸道定植和存活因素
雙歧桿菌是革蘭氏陽性菌，必須能夠在胃腸道運輸中存活下來，了解雙歧桿菌對克服胃腸道應激因素的反應，對於合理選擇益生菌菌株和開發分子工具箱以提高其性能至關重要。最近的發展，如表達載體和突變生成系統，以及功能基因組學和其他組學技術的巨大進步，揭示了雙歧桿菌使用多種策略來適應人類腸道的特定環境條件。
▼ 應對胃腸道應激因素
在通過胃腸道期間，口服益生菌會遇到各種惡劣的環境條件（下圖）。這些條件危及這些有益微生物的生存，損害它們的生存能力和功能。這些包括消化酶、胃中的酸性 pH 值、防禦素和腸道中高濃度的膽汁鹽。
人類胃腸道的示意圖和雙歧桿菌對各種環境因素或生態位的反應
低 pH 值
胃液成分造成的強酸性條件是雙歧桿菌在胃中應對的首要障礙之一。除動物雙歧桿菌和嗜酸雙歧桿菌外，雙歧桿菌對酸的耐受性較低。因此，益生菌的使用需要分離具有良好耐酸性的菌株，這些菌株通常對其他技術和胃腸道應激因素表現出交叉抗性。
細菌可能通過一系列酸誘導機制對隨後的酸脅迫產生耐受性。雙歧桿菌中這種耐酸反應 (ATR) 的分子機制在部分研究中已經被報導。長雙歧桿菌中的乳酸和酸適應與 F0-F1-ATP 酶亞基的過量產生有關，這通過增加的 H + 排出活性來抵消這種 H + 積累。
註：暴露於低pH值會影響質子動力，導致H+在細胞內積累。
在雙歧桿菌中發現了環境條件（例如可發酵碳源的可用性或生長期）對酸耐受性的強烈影響。這突出了體外模型模擬雙歧桿菌在腸道中面臨的條件的局限性。
膽汁
膽汁的存在是雙歧桿菌在腸道中必須面對的生理障礙之一。膽汁酸是這種生物體液的主要成分，它們具有類似洗滌劑的抗菌特性。這些酸在細胞質中的積累會影響細胞的穩態，導致離子泄漏。
雙歧桿菌對這種腸道疾病的抵抗力取決於物種，儘管它們可以通過接觸膽汁獲得穩定的抵抗表型。這個過程經常涉及對其他壓力因素的交叉抗性的出現、抗生素抗性模式的改變、碳水化合物代謝、細胞表面結構和組成，以及它們與腸道生態系統的相互作用等。
酶和抗菌肽
雙歧桿菌在胃腸道中存活和功能受到多種因素的影響，其中包括消化酶（如胃蛋白酶和胰酶）、腸道抗菌肽（如防禦素和導管素）以及某些益生菌的刺激。
研究表明，消化酶可能影響雙歧桿菌的粘附，而腸道抗菌肽可能影響雙歧桿菌的存活和功能，但其機制尚未完全了解。
某些益生菌會刺激腸道防禦素的產生。B. animalis亞種lactis Bb12導致人體中 β-2-防禦素的產生增加，這可能解釋了雙歧桿菌預防某些感染的能力。
▼ 粘附和腸道定植機制：關鍵參與者
微生物對腸黏膜的粘附是定植過程中的一個重要特徵，並且與菌株與宿主相互作用的能力有關。因此，對黏膜的粘附經常被用作選擇益生菌菌株的標準。
菌株的粘附能力似乎對免疫調節和競爭性排斥病原體也很重要。腸黏膜的外部區域由覆蓋上皮細胞的粘液層組成。這種粘液富含糖蛋白和糖脂，為細菌粘附提供了豐富的目標，包括碳水化合物部分。
競爭性排除腸道病原體
一些益生菌與腸道病原體共享碳水化合物結合特異性，這為使用益生菌對抗過度競爭的病原體以預防感染提供了明確的理由。因此，對人腸粘液和/或人腸上皮細胞系的粘附一直是評估細菌粘附的最常用模型。在這方面，某些雙歧桿菌菌株具有從腸道細胞和人體腸道粘液中競爭性排除腸道病原體的能力。
細菌粘附到胃腸道黏膜的機制很複雜，涉及非特異性現象，細胞壁特性和組成以及粘附素的存在等因素，構成了菌株粘附黏膜能力的最重要決定因素。
03 雙歧桿菌的健康特性
雙歧桿菌在預防疾病方面的作用仍在研究中，但它們的一些有益作用包括：
- 產生抗菌物質
- 與病原菌競爭宿主受體
- 直接與病原菌結合
- 抑制促炎細胞因子水平
- 增加腸道對電解質的吸收
- 修復腸道通透性
- 滅活致癌物
- 降低腸道 pH 值
- 誘導細胞凋亡
- 改善 T 細胞增殖和細胞毒性
- 調節自然殺傷 (NK) 細胞和樹突狀細胞相互作用以及干擾素的產生
補充雙歧桿菌也被證明可以增強腸道新陳代謝，理論支持兩者之間的協同相互作用雙歧桿菌和其他有益的腸道菌種。
治療消化系統疾病中發揮作用
在消化系統中可以看到雙歧桿菌最流行的治療效果之一：
在因使用抗生素而出現腹瀉的嬰兒中，含有雙歧桿菌和嗜熱鏈球菌的益生菌配方可顯著降低腹瀉的發生率。
施用嬰兒雙歧桿菌CECT 7210 和短雙歧桿菌K-110 可成功抑制輪狀病毒並治療腹瀉。
雙歧桿菌的抗病毒作用
動物雙歧桿菌已發現發酵乳製品中的雙歧桿菌可以改善結腸規律性，這引發了關於雙歧桿菌是否可以幫助治療便秘的問題。
治療感染疾病中發揮作用
雙歧桿菌已被證明對產氣莢膜梭狀芽孢桿菌、腸病原性大腸桿菌和輪狀病毒具有作用。雙歧桿菌的另一種普遍嘗試的臨床應用涉及糞便移植作為治療復發性艱難梭菌結腸炎的方法。
研究進一步表明雙歧桿菌在預防艱難梭菌相關性腹瀉、改善幽門螺桿菌根除（與抗生素治療相結合）以及降低結腸手術後術後感染率方面的功效。
雖然作用機制尚不清楚，但研究報告稱，雙歧桿菌可減輕炎症性腸病的症狀，緩解潰瘍性結腸炎，並降低早產兒壞死性小腸結腸炎的發生率。儘管潰瘍性結腸炎症狀有所改善，但益生菌在克羅恩病的治療中沒有顯示出益處。
雙歧桿菌屬的抗炎作用
治療肝病中發揮作用
雙歧雙歧桿菌可能通過幫助重建腸道菌群在慢性肝病的管理中發揮作用，腸道菌群是肝硬化期間受到干擾的環境。在這些患者中，含雙歧桿菌的益生菌補充劑可有效預防肝性腦病的發展，但無法確定對總體死亡率的影響。
免疫反應中發揮作用
雙歧桿菌也可能在刺激宿主的免疫反應中發揮作用：給予長雙歧桿菌的小鼠產生了 T 和 B 淋巴細胞的顯著增加，以及巨噬細胞吞噬活性的增加。有趣的是，已發現乳糜瀉患者腸道微生物組中的雙歧桿菌水平較低，並且在一些研究中，益生菌給藥可降低 TNF-α 水平並改善症狀。
B. animalis、B. longum 和B. bifidum的某些菌株
在體外和體內實驗中展示的對免疫功能影響的示意圖
治療過敏性疾病中發揮作用
服用含雙歧桿菌的益生菌後，患有特應性皮炎和過敏性鼻炎症狀的兒童得到改善。還對高危嬰兒的特應性皮炎的預防進行了研究，一些證據表明對產前或產後婦女給予益生菌有益。
治療代謝性疾病中發揮作用
雙歧桿菌對糖尿病、肥胖症和高脂血症的有益作用也得到了研究，證據顯示其對普通人群的血糖水平和胰島素抵抗具有有益作用，同時還能降低孕婦妊娠糖尿病的發病率。
一些數據也已發表，顯示含有雙歧桿菌的補充劑在降低膽固醇水平方面的功效，儘管更多的證據表明其他益生菌菌株的功效更大。雙歧桿菌屬，也顯示出對減輕體重和減少體脂有益。
治療精神類疾病中發揮作用
雙歧桿菌益生菌干預在改善重度抑鬱症患者的症狀方面顯示出顯著療效，一些數據表明，服用含雙歧桿菌的益生菌補充劑的健康個體和精神分裂症患者的抑鬱和焦慮水平發生率較低。
嬰兒人群中發揮作用
在嬰兒人群中，補充雙歧桿菌可降低極低出生體重嬰兒患壞死性小腸結腸炎的風險、降低全因死亡率以及遲發性敗血症。
雙歧桿菌菌株在人體試驗中顯示出有效性
總之，大量證據支持雙歧桿菌在治療和預防多種人類疾病方面的安全、有益作用。
04 雙歧桿菌在癌症治療中的應用：臨床前工作和潛在的臨床應用
各種研究報導雙歧桿菌通過不同的機制表現出抗腫瘤作用，包括發酵和生物轉化。
雙歧桿菌的抗腫瘤作用
不同種類的雙歧桿菌通過下調和上調抗凋亡和促凋亡基因對結直腸癌細胞表現出抗癌活性。
此外，雙歧桿菌可以與現有的癌症治療手段發揮協同效應，通過調節免疫反應以幫助抗癌。越來越多的證據表明，雙歧桿菌的某些物種和菌株可以改善免疫監視和抗腫瘤反應。
通過對非小細胞肺癌患者隊列中癌症治療有反應者和無反應者的腸道微生物群進行比較，作者發現，對治療有反應的患者的糞便樣本中富含雙歧桿菌。
特定的雙歧雙歧桿菌菌株與癌症治療協同作用
Hall, L.J, et al.,Nat Microbiol 2021
在癌症小鼠模型中測試了四種商業雙歧桿菌菌株。只有那些在細胞壁中表達高水平肽聚糖的菌株在額外處理的同時，才會產生協同效應。產生協同作用的菌株誘導TLR2依賴性反應，導致IFN-γ和IL-2水平升高，並增加抗腫瘤白細胞。研究結果表明，用某些雙歧桿菌菌株補充，可能會使無反應患者變得有反應。
雙歧桿菌在癌症預防中的作用
體內和體外研究表明，長雙歧桿菌和短雙歧桿菌菌株能夠保護 DNA 免受致癌物的侵害，並在大鼠模型中抑制兩種不同致癌物的遺傳毒性作用。
另一項研究表明，動物雙歧桿菌對致癌物喹諾酮具有抗突變活性。在研究雙歧桿菌的潛力在預防和/或治療癌症方面，發現益生菌和細菌的組合可以減少小鼠結直腸癌模型中致癌物誘導的癌細胞。
雙歧桿菌在免疫監視和刺激宿主免疫反應中的作用
一項早期研究表明，將短雙歧桿菌添加到淋巴集結細胞的培養物中會導致免疫反應增強，如抗脂多糖抗體生產。
一項更近期的綜合研究比較了口服或未口服雙歧桿菌的小鼠黑色素瘤的生長情況。接受細菌製劑的小鼠表現出自發的抗腫瘤作用，這些作用在糞便轉移後被逆轉。
此外，腫瘤控制得到了與檢查點封鎖相同程度的改善，兩者的結合幾乎消除了腫瘤的生長。這些作用是通過增加樹突狀細胞功能、增強 CD8 + T 細胞啟動和腫瘤微環境中的積累來介導的。
雙歧桿菌可以作為一種運載工具，這種運載工具可以被設計用來表達感興趣的基因/質粒。
▼ 雙歧桿菌作為免疫調節的載體
雙歧桿菌最有前途的作用，也是未來的藥物輸送載體。作為一種非致病性厭氧共生細菌，它成為了一種有吸引力的藥物遞送候選物，第一個腫瘤靶向研究表明該細菌在艾氏腹水小鼠腫瘤中高度定位。雙歧桿菌對腫瘤組織的獨特定位源於該細菌只能在缺氧條件下生存的厭氧特性：缺氧是惡性腫瘤的普遍現象，在腫瘤中心更為明顯，從而選擇性地吸引雙歧桿菌生物體。
類似的後續工作證明了雙歧桿菌不僅能夠定位於腫瘤組織，而且能夠表達lux報告基因的工程質粒。
幾項研究證明了雙歧桿菌作為疫苗遞送載體、所需基因質粒的載體、可在無需質粒轉染的情況下富集抗癌物質（如硒）的細菌的廣泛用途。在不同的模式中，雙歧桿菌證明有效地選擇性靶向腫瘤細胞，同時表現出抗腫瘤作用。
▼ 用於遞送抗血管生成因子
當使用青春雙歧桿菌菌株遞送時，內皮抑素是一種廣泛的血管生成抑制劑，可成功並選擇性地抑制血管生成。
肝癌小鼠異種移植模型注射了經改造以表達內皮抑素基因的青春雙歧桿菌。結果與細菌對腫瘤的選擇性定位一致，因為在處死的正常組織中沒有發現桿菌，並且與對照小鼠相比，血管生成受到強烈抑制，腫瘤生長減少。
▼ 用於遞送分子通路調節劑和生物轉化劑
考慮到雙歧桿菌選擇性定位於厭氧腫瘤環境的能力，及其攜帶轉染質粒的能力，「貨物」基因傳遞的可能性幾乎是無限的。這種運載工具已被用於提供靶向分子通路調節劑。
雙歧桿菌遞送PTEN，抑制腫瘤生長
一個例子是使用長雙歧桿菌穿梭載體遞送PTEN，這是一種主要的腫瘤抑制基因，通常在癌發生的早期步驟中丟失，試圖「挽救」其在小鼠實體瘤中的表達，並重建抑癌活性。 儘管結果尚未完全發表，但已描述了攜帶線性質粒的長雙歧桿菌 L17菌株的成功改造，該質粒由pMB1和PTEN cDNA上游的HU基因啟動子組成。當對小鼠實體瘤給藥時，它會顯著抑制腫瘤生長。
雙歧桿菌遞送中草藥
如前所述，通過雙歧桿菌載體遞送藥物/產品的可能性實際上是無限的，並且可能會擴展到包括遞送正在臨床評估的傳統醫學中使用的產品，比如，臭椿酮。
雙歧桿菌遞送生物轉化劑
雙歧桿菌也已被用於將生物轉化劑遞送至腫瘤部位。在該模型中，將無活性前藥轉化為其有效活性形式所需的酶通過雙歧桿菌穿梭輸送，確保在腫瘤內選擇性地發生激活。
這種生物轉化模型實現了兩個目標：
- 它產生了比系統所能達到的更高濃度的活性細胞毒性藥物；
- 它避免了靜脈化療的毒副作用。
此外，在有假體關節或心臟瓣膜等異物的患者中，細菌可能會脫靶到這些厭氧部位，需要高度警惕。
關於雙歧桿菌屬藥物遞送系統的可用臨床前研究
05 增加雙歧桿菌水平的食物
雙歧桿菌是雜食「動物」，許多食物有利於促進其生長。
優質益生元：
低聚半乳糖GOS、低聚果糖FOS 和 母乳低聚糖HMO 已被用於嬰兒配方奶粉，以增強嬰兒腸道中的雙歧桿菌。它們是經過臨床驗證的益生元，對促進腸道中的雙歧桿菌非常有效。
含有多酚的食物：
蘋果皮、紅茶和綠茶、黑巧克力、咖啡、橄欖、橄欖油、薑黃和石榴、蔓越莓、藍莓、黑莓和覆盆子等深色水果，適量葡萄酒等。
含有可溶性纖維的食物：
蘋果、梨、燕麥、大麥、蘿蔔、西蘭花、鱷梨和豆類。
含有抗性澱粉的食物：
綠色或半綠色香蕉、煮熟和冷卻的土豆、煮熟和冷卻的米飯、豆類和豆類。
某些發酵食品：
例如，酸奶，開菲爾，泡菜等。
其他食物：
例如：菊苣、洋蔥、大蒜等。
如何知道這些吃進去的食品或補充劑對雙歧桿菌產生影響？
腸道菌群檢測是目前較為直觀地反映補充劑和食物對腸道雙歧桿菌影響的方法，使用 DNA 測序技術評估腸道中的菌群豐度。
如果通過檢測發現雙歧桿菌處於正常水平，則不需要額外補充，過高的雙歧桿菌水平並不代表更健康；如果發現雙歧桿菌缺乏，那麼通過食物或益生菌補充劑等各種針對性補充方式是有利於健康的手段之一。
結 語
雙歧桿菌是益生菌混合物的重要組成部分，當以適當的劑量給藥時，它基本上具有各種有益健康的特性，包括抗感染、抗炎、抗癌、促進宿主心理和身體健康以及調節宿主免疫系統。
雙歧桿菌通過抑制促炎細胞因子，誘導抗炎細胞因子來調節免疫系統，表明其作為感染性或炎症性疾病或癌症的潛在療法的有效性。
當然，並非所有雙歧桿菌都可以是益生菌菌株，需要正確識別益生菌干預的菌株、病理學和對應人群。深入理解雙歧桿菌在宿主微生物組中的作用機制，從而了解更多未來使用這些微生物治療疾病的影響和安全性。
此外，雙歧桿菌工程可以促進增值化學品的生物產量的增加，同時消耗更少的資源。有必要進一步研究雙歧桿菌作為工程宿主的可行性。
除了特定保健食品和醫藥行業外，雙歧桿菌在微生態護膚、畜業、水產業和肉製品加工中也廣泛應用，大有開發價值。
註：本帳號內容僅作交流參考，不作為診斷及醫療依據。
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