益生菌可以产生哪些对儿童健康有益的生物活性分子？

儿童时期是各种生理系统快速生长、发育和成熟的关键时期，包括胃肠道和免疫系统。在这一阶段，保持健康平衡的肠道菌群至关重要，因为它们在营养吸收、代谢、免疫系统发育和抵御病原体等方面起着至关重要的作用。抗生素使用、营养不良或感染等引起的肠道菌群破坏，会导致儿童出现各种健康问题，包括胃肠道疾病、过敏和免疫反应受损。 

益生菌，作为肠道菌群中的守护者，以其独特的生物活性代谢物，为儿童健康筑起了一道坚实的防线。这些代谢物包括短链脂肪酸、细菌素、胞外多糖、维生素和神经活性化合物（比如γ-氨基丁酸），它们是益生菌发挥有益作用的关键介质。例如，乙酸、丙酸和丁酸等短链脂肪酸在维持肠道屏障完整性、调节免疫功能和为结肠细胞提供能量方面发挥着重要作用，这对于免疫和消化系统仍处于发育阶段的婴幼儿来说尤为重要。

益生菌代谢物还有助于调节炎症反应，这对于预防坏死性小肠结肠炎等疾病至关重要，这是一种主要影响早产儿的严重胃肠道疾病。益生菌产生的细菌素等代谢物，可以通过破坏致病菌的细胞膜，帮助阻止致病菌感染，从而预防抗生素相关性腹泻。此外，益生菌产生的胞外多糖可以支持生物膜的形成，促进肠道的长期定植，保护肠道免受病原体侵袭。

此外，这些代谢物对营养吸收具有直接影响，这是儿童时期的一项重要功能，因为这一时期的生长和发育对营养的需求很高。例如，某些代谢物可提高必需维生素和矿物质的生物利用度，这对骨骼生长、认知发育和整体健康至关重要。此外，某些益生菌菌株产生的生物活性分子，比如γ-氨基丁酸，可通过与肠脑轴相互作用，支持神经发育和情绪调节，为他们的心理健康铺设了坚实的基石。

那么，益生菌可以产生哪些影响儿童健康的生物活性代谢物，它们如何促进儿童胃肠道健康、免疫调节、营养吸收和神经发育呢？首先，我们来看看益生菌为什么会产生这些代谢物。

益生菌为什么会产生这些代谢物？

从进化的角度来看，益生菌产生代谢物的能力使它们能够有效地适应宿主。产生有益代谢物的细菌通过与有害微生物竞争并与宿主建立共生关系而获得生存优势。这一进化特征使有益细菌在肠道环境中茁壮成长和增殖，以维持宿主健康并有助于肠道菌群的稳定。

益生菌在肠道环境中产生各种代谢物和分子，作为其复杂生存策略的一部分，确保其生存和竞争力，同时对宿主的健康做出重大贡献。它们通过产生代谢物（比如短链脂肪酸和细菌素）来争夺空间和营养，因为这些代谢物可以抑制致病菌和其它微生物的生长。短链脂肪酸，比如乙酸、丙酸和丁酸，能够降低肠道pH值，创造一个不适合有害病原体生长而有利于有益细菌生长的环境，从而维持它们在肠道菌群中的生态位。此外，细菌素是核糖体合成的抗菌肽，通过渗透竞争细菌的细胞膜来靶向杀死它们，确保益生菌在其生态位中的优势地位。

此外，益生菌分泌的胞外多糖在生物膜的形成中起着至关重要的作用。生物膜是包裹在自产基质中的结构化细菌群落，保护细菌免受环境压力的破坏，包括干燥、抗生素和宿主免疫系统。这种稳定的环境可以提高细菌的存活率，并促进细菌在肠道中的长期定植。

另外，维生素和短链脂肪酸等代谢物的产生会促进与宿主的共生关系。例如，罗伊氏乳杆菌等细菌合成的维生素B12和叶酸对宿主的代谢过程至关重要，包括DNA合成和能量代谢。通过提供这些必需营养素，益生菌有助于改善宿主的营养状况和整体健康，形成一种互惠互利的关系。

益生菌产生的短链脂肪酸还可作为结肠细胞的能量来源，在维持肠道屏障完整性方面发挥作用，这对于阻止病原体和毒素从肠腔转移到血液至关重要，从而保护宿主免受感染和炎症。短链脂肪酸还可以调节宿主免疫系统，促进抗炎反应并增强免疫耐受。

总之，益生菌产生这些代谢物不是出于利他主义，而是它们在肠道环境中生存策略的一部分。这些分子虽然本来主要是为它们自己的持久性和竞争力而服务，但最终也会对宿主的健康产生重大而有益的影响。

益生菌产生的生物活性代谢物如何发挥儿童健康促进作用？

益生菌，特别是乳酸杆菌和双歧杆菌，因其在控制胃肠道疾病和增强免疫功能方面的益处而越来越多地用于儿科保健。益生菌已被证明在治疗坏死性小肠结肠炎、抗生素相关性腹泻和幽门螺旋杆菌感染等疾病方面有效。除了胃肠道健康，益生菌还支持免疫调节、营养吸收和抗炎反应，潜在地减少感染、过敏和炎症相关疾病的发生率。益生菌这些有益作用在很大程度上取决于它们所产生的生物活性分子，那么这些生物活性分子是如何发挥作用的呢？

调节免疫

益生菌，特别是双歧杆菌和乳酸杆菌，可以产生多种免疫调节代谢物，在维持肠道稳态和调节宿主免疫系统中起着至关重要的作用。这些代谢物包括短链脂肪酸、细菌素、吲哚衍生物和维生素，它们可以通过改变肠道通透性和加强细胞间连接来抑制炎症、增强微生物多样性和改善肠道屏障功能。此外，肠道微生物产生的代谢物，比如多胺、胆碱衍生化合物和次级胆汁酸，已被确定为免疫调节分子，可以特异性地影响适应性免疫反应，特别是辅助性Th17细胞和调节性T细胞，从而影响健康和疾病结局。

益生菌产生的免疫调节代谢物，通过增强先天免疫、调节促炎细胞因子表达和防止过度炎症反应造成的组织损伤，对儿童免疫系统产生积极影响。具体而言，鼠李糖乳杆菌GG可以诱导有益的Th1免疫调节作用，从而通过促进IL-10的产生来帮助管理牛奶过敏和特应性皮炎等疾病。

此外，益生菌调节婴儿肠道菌群，诱导免疫介质的产生，并影响肠细胞的细胞因子产生，显示出它们塑造免疫反应的能力。这些作用是菌株特异性的，并通过多种途径影响免疫系统，比如通过NF-κB途径抑制炎症和增强吞噬活性。益生菌还通过下调Th2免疫反应、抑制促炎细胞因子的产生、调节免疫系统成分，最终促进抗炎和免疫调节作用，从而减少过敏反应。

例如，乳酸菌通过增强机体产生干扰素-γ（IFN-γ）等免疫增强细胞因子的能力，在预防婴儿特应性湿疹等过敏性疾病方面特别有效。特定的益生菌菌株还能显著增加肠道免疫球蛋白A （IgA）的产生，从而增强黏膜免疫力，预防胃肠道感染。此外，益生菌可以通过促进自然杀伤细胞的活性和辅助性T细胞的分化来影响全身免疫，这两者都对于抵抗感染和维持免疫平衡至关重要。

总的来说，益生菌可以产生与免疫系统相互作用和调节免疫反应的代谢物，为儿童的健康提供显著的益处。

抗炎

益生菌产生的乙酸和丁酸等短链脂肪酸也可以作为抗炎代谢物发挥作用，它们可以调节儿童的免疫反应并减少炎症。在患有各种疾病的儿童中，益生菌具有减少全身炎症的潜力，特别是过敏、自身免疫性疾病以及某些严重疾病。

一项体外研究表明，婴儿双歧杆菌和嗜酸乳杆菌分泌的代谢物通过调节参与免疫应答、细胞存活和NF-κB信号传导的基因，在未成熟的人类肠细胞中发挥抗炎作用。这些代谢物会减少IL-6和IL-8的产生，它们有可能减轻儿童坏死性小肠结肠炎等疾病的炎症。此外，另一项评估儿童常用益生菌产生的生物分子的抗炎作用的体外研究表明，乳双歧杆菌产生的代谢物可以抑制脂多糖（LPS）刺激小鼠单核巨噬细胞中TNF-α的产生。

增强营养吸收

益生菌可通过产生有益的代谢物来改善肠道健康和营养摄取，从而增强儿童的营养吸收。这些代谢物包括维生素、矿物质和短链脂肪酸，它们在维持健康的肠道菌群和改善儿童的整体健康结局中起着至关重要的作用。

最近的一项研究表明，益生菌在10周的时间内显著提高了儿童血液中维生素和矿物质的含量，比如维生素D、维生素A、钙、锌和铁。因此，益生菌可以增强这些必需营养素的吸收，有可能改善儿童的营养状况和免疫力。益生菌也可以调节脂质代谢，这对营养吸收至关重要。在超重或肥胖儿童中，益生菌有助于降低低密度脂蛋白胆固醇和瘦素水平，同时增加高密度脂蛋白胆固醇和脂联素水平，从而改善脂质谱和代谢健康。

营养不良的婴儿补充益生菌和益生元可导致短链脂肪酸（如乙酸、丁酸和丙酸）的产生显著增加。这些短链脂肪酸可通过促进有益的肠道菌群组成来增强肠道健康和营养吸收。同样，肥胖儿童补充复合益生菌可增加有益菌的丰度，如乳酸杆菌和双歧杆菌，这与短链脂肪酸的产生和脂质代谢的改善有关。

最近的一项研究评估了益生菌在改善刚果民主共和国严重急性营养不良儿童健康结果方面的有效性。研究结果表明，益生菌有助于改善健康指标，包括体重增加、恢复时间缩短和整体营养改善。因此，将益生菌纳入康复方案可以促进营养不良儿童的恢复。

体外研究表明，布拉酵母菌、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌和短双歧杆菌与淀粉酶结合，可破坏致病性胃肠道生物膜，增强营养物质的通透性，增加蛋白质和维生素的整体吸收。

但是值得注意的是，益生菌通过产生有益的代谢物来促进营养吸收，但其效果可能因使用的益生菌菌株、补充时间和儿童的健康状况而异。

平衡肠道菌群和增强肠道屏障

健康的肠道菌群需要维持适当的有益微生物的多样性和丰度，这些有益微生物的数量要超过潜在的致病或有害微生物并占据竞争优势。当这种微妙的平衡被改变时，肠道菌群变得不平衡，这种情况被称为菌群失调。在儿童中，肠道菌群失调与肠道功能的改变有关，比如腹泻、婴儿肠绞痛，甚至包括哮喘或鼻炎等自身免疫性和特应性疾病。

平衡肠道菌群对于儿童的最佳消化系统健康至关重要，而益生菌代谢物对这种平衡具有重要作用。益生菌产生的生物活性分子可以通过改善肠道菌群平衡来帮助维持健康的肠道环境。 通过维持多样化和有益的肠道菌群，这些代谢物可以促进消化系统健康，预防腹泻和绞痛等疾病，并有助于儿童的整体健康。

短链脂肪酸是结肠中有益菌在发酵膳食纤维过程中产生的主要代谢物。这些短链脂肪酸，尤其是丁酸，在调节肠道菌群的组成和活性方面起着关键作用。丁酸能够促进有益细菌的生长，比如普氏栖粪杆菌，这是一种具有抗炎特性的细菌。同时，短链脂肪酸有助于降低肠道环境的pH值，创造一个不利于致病菌生长的条件，从而降低儿童腹泻、肠绞痛等胃肠道感染的风险。

除了促进健康的肠道菌群平衡外，短链脂肪酸还可以促进黏蛋白的产生，黏蛋白是肠道黏液层的关键成分，提供抵御病原体的屏障。通过增加黏蛋白的产生，短链脂肪酸也有助于强化肠道内壁，减少病原体粘附和侵入肠道上皮细胞的可能性。此外，丁酸作为结肠上皮细胞的主要能量来源，帮助维持肠道屏障的完整性和功能。

紧密连接是调节肠道屏障通透性的关键成分。益生菌产生的代谢物，比如丁酸，可以上调紧密连接蛋白的表达，这对于维持上皮屏障的完整性至关重要。通过加强紧密连接，益生菌有助于防止肠漏，所谓肠漏就是肠道通透性增加，使毒素、微生物和其它有害物质进入血液，可能引发全身炎症和免疫反应。

此外，益生菌产生的某些代谢物，比如乳酸和过氧化氢，具有抗菌特性，也有助于维持健康的肠道屏障。例如，乳酸可以通过降低肠道环境的pH值来抑制致病菌的生长。同时，过氧化氢对病原体具有直接杀菌作用，可以进一步保护肠道屏障的完整性。

益生菌可以产生哪些对儿童健康有益的生物活性代谢物？

益生菌产生的生物活性化合物，在促进和维持儿童健康方面发挥着至关重要的作用。这些代谢物包括短链脂肪酸、细菌素、胞外多糖和维生素等，它们对宿主具有各种有益作用。 

维生素

益生菌在合成必需维生素方面起着至关重要的作用，对儿童的整体健康和发育有重要影响。这些益生菌，尤其是乳酸杆菌和双歧杆菌的某些菌株，可以产生生长、发育和免疫功能等生理过程所必需的多种维生素。

1、B族维生素

益生菌可以合成多种B族维生素，包括维生素B1（硫胺素）、B2（核黄素）、B3（烟酸）、B5（泛酸）、B6（吡哆醇）、B7（生物素）、B9（叶酸）和B12（钴胺素）。这些维生素对能量代谢、DNA合成、红细胞形成和神经系统的正常运作至关重要。确保这些维生素的充足水平对儿童的生长发育至关重要，因为它们支持许多代谢途径和生理过程。

研究表明，特定的益生菌菌株，比如乳杆菌属和双歧杆菌属的某些菌株，在产生B族维生素方面非常有效。例如，发酵乳杆菌是叶酸和维生素B12的强大生产者。这些菌株可以增强各种食物的营养成分，使它们成为B族维生素的极好来源。

低聚糖作为益生菌的食物来源，可以增强某些益生菌菌株产生维生素的能力。研究表明，低聚糖的存在可以通过增强细菌的疏水性、自凝集和生物膜形成等特性来增加B族维生素的合成。

一些益生菌菌株，包括罗伊氏乳杆菌、嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌和鼠李糖乳杆菌，能够产生必需的B族维生素，比如维生素B12、核黄素、叶酸和硫胺素，这些维生素对许多代谢和生理过程至关重要。例如，罗伊氏乳杆菌可产生与维生素B12相关的类咕啉，而嗜酸乳杆菌在发酵过程中可增加核黄素水平，从而提高豆浆等食品的营养价值。此外，嗜热链球菌可以促进生物活性形式的叶酸的产生。

利用这些益生菌菌株的维生素产生能力可以帮助开发强化的、富含维生素的功能性食品，这对促进儿童的生长发育特别有益。

2、维生素K

维生素K，特别是其K2形式（甲基萘醌），是益生菌合成的另一种重要营养物质。这种维生素在血液凝固、骨骼健康和心血管功能中起着至关重要的作用。肠道细菌对维生素K2的合成在儿童中尤为重要，儿童可能由于挑食或营养不足而限制了这种营养素的膳食摄入量。

益生菌克劳氏芽孢杆菌可以产生维生素K2，通过使凝血酶原水平正常化，有效纠正抗生素治疗后婴儿的凝血障碍。同样，乳酸乳球菌也是维生素K2的生产者，特别是在发酵食品的背景下，不同的菌株产生不同数量的维生素。在特定的培养条件下，这些细菌可以通过细胞外囊泡增强维生素K2的递送。

此外，某些新生儿肠道细菌，比如成团肠杆菌、黏质沙雷氏菌和屎肠球菌，已被确定为甲基萘醌的生产者，甲基萘醌是维生素K2的一种形式。因此，即使在生命早期，肠道菌群也可以显著促进维生素K的产生，而维生素K对于正常的血液凝固过程至关重要。然而，婴儿的抗生素治疗会破坏肠道菌群，导致维生素K的产生减少。研究表明，给予克劳氏芽孢杆菌等益生菌可以帮助恢复正常的凝血酶原水平，这也突出了肠道细菌在维生素K合成和凝血中的作用。

需要强调的是，益生菌不仅能产生维生素，还能提高维生素的吸收和生物利用度。例如，一项针对8-13岁儿童的研究表明，在10周的时间内，与安慰剂组相比，补充益生菌可显著提高血液中维生素D和维生素A的水平，因此，益生菌可以改善必需维生素的吸收和血清浓度。另一项研究报告称，在接受益生元和维生素补充剂的儿童中，肠道健康指标得到改善，比如双歧杆菌增加和炎症标志物减少，因此，益生菌有可能同时改善肠道健康和维生素状态。

益生菌合成和促进维生素吸收的能力对儿童健康有着广泛的影响。通过确保必需营养素的产生，比如B族维生素和维生素K，益生菌可以支持各种生理过程，包括能量代谢、免疫反应和骨矿化。此外，益生菌产生的维生素也可能影响免疫反应，发挥超出基本营养之外的作用，比如调节基因表达和增强营养吸收。

短链脂肪酸

短链脂肪酸是益生菌的关键代谢物，包括乙酸、丙酸和丁酸，它们在支持儿童肠道健康方面起着至关重要的作用。短链脂肪酸对于维持健康的消化系统至关重要。它们的主要功能之一是滋养肠壁细胞，这些细胞对于形成坚固的肠道屏障至关重要，可以阻止有害物质进入血液。此外，短链脂肪酸对免疫系统的发育、调节和成熟至关重要。丁酸是一种具有抗炎特性的短链脂肪酸，有助于预防肠绞痛、胃肠道感染和炎症性肠病。

短链脂肪酸还通过降低pH值来维持最佳肠道环境，从而支持有益菌的生长，同时抑制肠道病原体。此外，黏蛋白是保护肠道内壁并阻止病原体粘附和入侵的物质，短链脂肪酸可通过促进黏蛋白的产生来增强肠道屏障。

某些益生菌菌株，比如乳酸杆菌和双歧杆菌，会在肠道中产生短链脂肪酸。这些有益细菌通常存在于发酵食品（比如酸奶）或专为儿童设计的膳食补充剂中。当儿童摄入富含益生菌的食物时，这些细菌会在肠道内繁殖，并通过发酵水果、蔬菜和全谷物中的膳食纤维产生短链脂肪酸。

抗菌肽

抗菌肽是机体和某些益生菌产生的小分子天然抗生素。抗菌肽可通过调节肠道菌群和提供对病原体的天然防御来增强儿童健康。这些生物活性分子，包括细菌素和其它肽类抗菌剂，可以选择性地抑制有害细菌，同时促进有益微生物的生长。此外，与传统抗生素不同，抗菌肽产生耐药性的倾向较低，这使其成为控制儿科感染和促进整体肠道健康的更安全的选择。

虽然目前益生菌产生的抗菌肽用于儿童健康的直接证据有限，但一些研究表明它们具有作为儿童新型治疗制剂的潜力。大量研究表明，益生菌产生的抗菌肽对人类健康具有更广泛的益处，特别是其抗菌、免疫调节和菌群调节特性。此外，其它来源的抗菌肽已被证明在控制儿科感染方面有效，临床试验强调了阳离子抗菌肽是治疗新生儿和儿童感染的有希望的替代品，特别是在涉及抗生素耐药病原体的情况下。所以，益生菌产生的抗菌肽可能是控制儿童感染和提高儿童健康结果的新型、安全和有效的方法。

酶

益生菌产生的酶通过支持必要的消化功能和促进营养吸收，在改善儿童健康方面具有巨大的潜力。这些有益微生物可产生分解复杂营养物质的酶，使它们更容易被儿童发育中的消化系统所吸收。随着儿童肠道菌群的不断进化，益生菌提供的酶活性在促进肠道环境平衡方面起着关键作用，这对免疫功能、生长和整体健康至关重要。

益生菌产生的其中一种酶是β-葡糖苷酶，这种酶对于将复杂的碳水化合物分解成简单糖很重要，它可以增强益生菌在肠道中的功效性。双歧杆菌是婴儿肠道的早期定植菌，可以产生β-半乳糖苷酶来代谢母乳。该酶通过水解裂解乳糖中的糖苷键，产生葡萄糖和半乳糖，这对婴儿的能量产生和生长至关重要。除了水解外，β-半乳糖苷酶还可以通过半乳糖基转移作用将半乳糖基转移到其它糖分子上。这一活性会形成低聚半乳糖，这是一种有益的益生元，可以促进健康肠道菌群的生长。在患有乳糜泻和囊性纤维化等营养失调的婴儿中，β-半乳糖苷酶活性会受到影响。例如，乳糜泻中乳糖酶活性显著降低，而异β-半乳糖苷酶活性保持相对稳定。

同样，乳-N-二糖苷酶（LNBase）在母乳低聚糖的消化中起着至关重要的作用。这种酶主要存在于双歧杆菌中，有助于将复杂的糖分解成更简单的形式，供婴儿的肠道菌群利用。例如，来自两歧双歧杆菌的乳-N-二糖苷酶对于母乳低聚糖（特别是乳-N-四糖）降解为乳-N-二糖I和乳糖至关重要，这对婴儿生命早期的肠道菌群至关重要。乳-N-二糖苷酶在消化过程中保持稳定，而且具有调节肠道菌群组成和增加两歧双歧杆菌等有益菌的丰度的能力，因此在缓解婴儿食物过敏和促进整体肠道健康方面具有潜力。

益生菌的酶活性通过促进消化、营养吸收和肠道菌群组成对婴儿和儿童的健康具有显著贡献。

胞外多糖

胞外多糖是乳酸杆菌、双歧杆菌、链球菌、魏斯氏菌等益生菌在代谢过程中分泌的复杂碳水化合物聚合物。在结构上，胞外多糖主要由葡萄糖、半乳糖、甘露糖和鼠李糖等组成，它们可以形成同多糖或杂多糖，通常由糖苷键连接。

这些多糖既可以固定到细胞表面，形成荚膜多糖，也可以分泌到细胞外环境中，形成粘液层。后一种形式在细菌生物膜的形成中起着关键作用。这些类型的多糖在组成、分支和分子量上差异很大，这有助于它们具有不同的功能特性和活性。

其中最值得注意的是它们作为双歧因子的活性，它们可以有选择性地刺激婴儿肠道菌群特定成员的生长，特别是双歧杆菌。在婴儿中，双歧杆菌通常占肠道细菌的90%左右。

胞外多糖的双歧因子活性源于其复杂的碳水化合物结构，它们不能在上消化道被消化。到达结肠后，这些胞外多糖作为益生元发挥作用。从乳双歧杆菌中分离纯化的胞外多糖，可以通过增加栖粪杆菌、厌氧棒状菌和双歧杆菌的相对丰度，同时降低肠杆菌和克雷伯氏菌的丰度，来调节肠道菌群。此外，这种胞外多糖还能促进肠道微生物产生短链脂肪酸。

胞外多糖还表现出强大的生物活性，包括抗氧化特性、清除自由基和减少氧化应激。粪肠球菌和嗜热链球菌产生的胞外多糖就具有抗氧化潜力，这可能是由于不同的糖及其排列方式会影响胞外多糖与自由基相互作用和中和自由基的能力。

胞外多糖还具有免疫调节特性。婴儿双歧杆菌产生的胞外多糖在体外具有明显的免疫调节和抗炎作用。这些胞外多糖可增强巨噬细胞活性，降低炎症标志物水平，因此对婴儿免疫健康具有潜在益处。此外，一些研究发现益生菌胞外多糖还具有其它特性，比如抗肿瘤活性、抗菌活性、抗病毒保护作用和脂质调节潜力。胞外多糖还能增强细菌在宿主细胞上的黏附和随后的定植。

总之，胞外多糖的不同生物活性组合使其成为功能性食品和旨在改善儿童健康的治疗制剂的极具潜力的候选者。

神经递质

1、γ-氨基丁酸（GABA)

GABA对儿童来说是一种至关重要的神经递质，在大脑发育、情绪调节以及学习和记忆等认知功能中发挥着关键作用。它有助于维持大脑中兴奋和抑制信号之间的平衡，这对于减少焦虑、促进安稳睡眠和管理压力非常重要。适当的GABA水平可以支持健康的神经回路形成，有助于情绪稳定，并帮助儿童控制行为，因此GABA对整体身心健康至关重要。有趣的是，GABA水平会随着年龄的增长而增加，而GABA水平的这种差异似乎与儿童的学习速度更快有关。实验结果表明，与成人相比，儿童表现出更灵活的GABA相关抑制加工，从而能够更快地适应以稳定学习。

乳酸菌被认为是GABA的主要产生菌，双歧杆菌被认为是最有效的GABA产生菌。值得注意的是，在其它一些益生菌菌株中也发现了负责GABA合成的基因。青春双歧杆菌、齿双歧杆菌和长双歧杆菌可以通过其谷氨酸脱羧酶活性使谷氨酸发生脱羧基作用，从而具有合成GABA的能力。这一过程不仅有助于维持肠道的酸碱平衡，而且有助于宿主体内的生物活性GABA水平。

产生GABA的益生菌菌株会显著影响肠脑轴，肠脑轴是胃肠道和中枢神经系统之间的通信网络，涉及肠道菌群、免疫系统、肠道神经系统和中枢神经系统。GABA可以调节肠道神经系统活动，影响肠动力、分泌和血流，并可能通过迷走神经影响中枢神经系统，进而影响神经精神疾病。肠道中GABA水平的增加与压力和焦虑样行为的减少有关，产生GABA的双歧杆菌菌株在维持精神健康和减少情绪障碍与神经退行性疾病相关的全身性炎症中发挥重要作用。

先前的研究表明，自闭症儿童的肠道菌群多样性发生了显著变化，双歧杆菌的改变与自闭症的严重程度有关。与风险较低的婴儿相比，自闭症风险较高的婴儿双歧杆菌的丰度减少，梭菌和克雷伯氏菌的丰度增加。此外，患自闭症可能性较高的婴儿粪便中GABA水平较低，且GABA水平与双歧杆菌呈正相关。

同样，注意力缺陷多动障碍儿童的GABA水平也较低，乳酸菌的丰度减少。这些细菌参与GABA的产生，因此，注意力缺陷多动障碍婴儿肠道中乳酸菌的减少可能与GABA水平降低有关。

此外，临床试验表明，产生GABA的益生菌可有效治疗胃肠道问题，增强儿童的整体心理健康。

2、其它神经递质

除GABA外，益生菌还能产生其它多种神经递质，这些神经递质可以通过肠脑轴显著影响宿主的健康。其中之一是5-羟色胺，一种对调节情绪、食欲和睡眠至关重要的神经递质。某些益生菌菌株，比如肠球菌和链球菌，可以合成5-羟色胺，它们对情绪和心理健康具有潜在的影响。

多巴胺是另一种与奖赏和动机相关的重要神经递质，可由芽孢杆菌属和乳酸杆菌属的益生菌菌株产生，这些益生菌产生的多巴胺可能影响神经功能和行为。同样，植物乳杆菌可以产生乙酰胆碱，它在学习、记忆和肌肉激活中起着关键作用。

大肠杆菌和枯草芽孢杆菌等益生菌也显示出合成去甲肾上腺素的能力，去甲肾上腺素是一种与警觉性和身体的“战斗或逃跑”反应有关的神经递质。因此，这些微生物可能可以帮助调节压力和情绪反应。

此外，罗伊氏乳杆菌可产生组胺，这对免疫反应和肠动力至关重要。乳酸杆菌和双歧杆菌菌株还可以产生谷氨酸，这是一种兴奋性神经递质，对突触可塑性很重要。

总的来说，益生菌合成这些神经递质的能力，支持了它们通过调节肠脑轴在治疗神经精神疾病和胃肠道疾病方面的潜在作用。

生物活性后生元

国际益生菌和益生元科学协会将后生元定义为“赋予宿主健康益处的无生命微生物和/或其成分”，包括微生物细胞、代谢物和发酵副产物。后生元是微生物与宿主相互作用的关键介质。与益生菌不同，后生元不含活细菌，而是由微生物生命周期中释放的有益副产物组成。后生元可以根据其组成进行分类，包括脂质（如丁酸、丙酸）、蛋白质（比如丝氨酸蛋白酶lactocepin）、碳水化合物（比如多糖、磷壁酸）、维生素、有机酸（比如乳酸）和复合分子（比如脂磷壁酸）。此外，它们还可以根据其生理功能进行分类，比如免疫调节、抗炎、降胆固醇、抗肥胖、降压、抗增殖和抗氧化作用。这些化合物广泛存在于酸奶、开菲尔和腌制蔬菜等食品中，也可以有意地应用于功能性食品，比如婴儿配方奶粉。

与益生菌相比，后生元的重要性在于其潜在的健康益处和更大的稳定性。由于后生元缺乏活菌，因此它们更稳定，保质期更长，使其更容易储存和用于治疗和营养应用。后生元的独特结构可以通过不同的细胞和分子机制对宿主产生一系列有益的作用。后生元对儿童的健康起着至关重要的作用，它支持肠道平衡，增强免疫力，促进消化系统健康。它们还有助于减少炎症，增强营养吸收，防止感染，有助于成长中的儿童的整体健康。此外，与益生菌相比，使用后生元的安全问题更少，因为没有被活细菌感染的风险。这使得它们特别适合免疫功能极其低下的个体。

后生元具有显著的免疫调节和抗炎作用，在增强先天和适应性免疫反应中发挥关键作用。后生元发挥免疫调节作用的关键机制之一是通过激活免疫受体，比如toll样受体（TLRs）。 例如，热灭活的干酪乳杆菌可以通过增加TLR2、TLR3、TLR4和TLR9的转录和刺激促炎细胞因子来增强巨噬细胞介导的先天免疫，从而增强机体对感染的抵御能力。

后生元的抗炎特性同样值得注意。通过调节细胞因子的产生，后生元可以帮助减少炎症反应。例如，普氏栖粪杆菌的培养上清液可以通过增加抗炎细胞因子IL-10的产生和减少促炎细胞因子IL-12的产生，来缓解小鼠结肠炎。此外，副干酪乳杆菌后生元对人类结肠组织中沙门氏菌引起的炎症具有预防作用。后生元免疫调节作用的另一个例子是罗伊氏乳杆菌后生元，它可以促进树突状细胞中抗炎细胞因子IL-10的产生，增强调节性T细胞反应。

总之，后生元提供了一系列免疫调节和抗炎的好处，使它们成为有希望的治疗制剂。它们调节免疫反应、减少炎症和支持整体免疫健康的能力突出了它们在管理多种健康方面的潜力。

常见的有利于儿童健康的益生菌菌株

鼠李糖乳杆菌

鼠李糖杆菌是一种兼性厌氧细菌，以其广泛的基因组多样性和代谢灵活性而闻名。它的基因组具有高度适应性，具有一系列编码转运蛋白和酶的基因，可以促进各种碳水化合物的利用，包括乳糖、葡萄糖、半乳糖和岩藻糖。这种适应性使鼠李糖乳杆菌能够在胃肠道内的不同生态位中茁壮成长。

细菌代谢各种碳水化合物的能力是由其产生的关键代谢物来补充的。在儿童中，鼠李糖乳杆菌会产生一些重要代谢物，包括乳酸以及乙酸和丁酸等短链脂肪酸，这些代谢物对于维持肠道内的低pH值至关重要，从而抑制致病菌的生长，促进健康的肠道环境。

此外，鼠李糖乳杆菌可通过独特的途径代谢岩藻糖，产生乳酸、1,2-丙二醇、乙酸、甲酸和二氧化碳。这些代谢物对能量产生至关重要，是鼠李糖乳杆菌区别于其它乳酸菌的重要特征。

鼠李糖乳杆菌还具有一些负责合成抗菌肽的基因，包括抑制致病菌生长的细菌素。此外，它还产生对生物膜形成至关重要的胞外多糖。这些胞外多糖可增强细菌黏附到肠道表面和抵抗环境应激源的能力，比如胆盐和低pH。

鼠李糖乳杆菌还含有编码抗氧化酶的基因，比如超氧化物歧化酶和谷胱甘肽还原酶，进一步有助于其保护能力。这些酶有助于保护细菌和宿主细胞免受氧化应激。

鼠李糖乳杆菌还可以通过与树突状细胞相互作用和促进抗炎细胞因子（如IL-10）的产生来调节宿主免疫反应。这种免疫调节作用强调了其在维持肠道健康方面的价值。

此外，鼠李糖乳杆菌还产生肌苷，这是一种具有抗氧化、抗炎、抗感染和神经保护特性的代谢物。与其它乳杆菌物种相比，鼠李糖乳杆菌的肌苷产量明显上调，这一独特的代谢谱可增强其益生菌和后生元活性。

婴儿双歧杆菌

婴儿双歧杆菌特别适应婴儿肠道环境，主要是由于其独特的基因组结构，能够代谢母乳低聚糖。婴儿双歧杆菌的基因组具有独特的代谢途径、遗传稳定性和通过产生细菌素获得竞争优势，使其能够适应婴儿肠道而茁壮成长。婴儿双歧杆菌的基因组包含大量编码糖基水解酶和转运蛋白的基因，这些基因特异性靶向和降解母乳低聚糖，在婴儿肠道中提供竞争优势。

此外，婴儿双歧杆菌产生的关键代谢物，比如乙酸和乳酸，可以通过增强紧密连接的完整性来加强肠道屏障。这种细菌的基因组还包含产生各种短链脂肪酸的基因，这些短链脂肪酸是结肠细胞的能量来源，并在维持肠道稳态中发挥作用。 

另外，婴儿双歧杆菌因其众多的细菌素基因簇（包括羊毛硫肽和硫肽）而在双歧杆菌中脱颖而出。这些细菌素通过抑制有害微生物，为婴儿肠道定植提供了竞争优势。

除了对胃肠道的益处，婴儿双歧杆菌也会产生肌苷，具有心脏保护作用。它通过激活腺苷A2A受体，减少促炎细胞因子的产生和促进ATP的产生，从而减轻心肌缺血/再灌注损伤时的炎症和细胞死亡。

嗜热链球菌

嗜热链球菌是一种广泛认可的益生菌，存在于发酵乳制品中，通过其多种代谢活动对肠道健康和宿主代谢起着关键作用。其主要代谢物之一是乳酸，通过糖酵解途径产生。乳酸对降低肠道pH值至关重要，它不仅有助于发酵过程中的牛奶凝固，还能调节结肠上皮。这种调节影响了各种转运蛋白和参与细胞周期调节的蛋白质的表达，从而对肠道健康和功能产生积极影响。

除了乳酸，嗜热链球菌还产生一系列氨基酸，包括亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、天冬氨酸和色氨酸。这些氨基酸是细菌生长所必需的，对发酵乳制品的感官特性和质量有重要贡献。嗜热链球菌还会产生多种脂肪酸和其它代谢物，如2-羟基丁酸、D-甘油-D-半乳庚糖等，它们会影响发酵过程的风味特征和整体特性。

嗜热链球菌的代谢途径涉及一些氨基酸的分解和利用，包括半胱氨酸、甲硫氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺和丙氨酸。这些氨基酸是合成谷胱甘肽不可或缺的一部分，谷胱甘肽是一种有效的抗氧化剂，可以帮助细菌对抗氧化应激和环境挑战。此外，嗜热链球菌通过改变色氨酸代谢影响肠道代谢，导致吲哚衍生物水平降低和5-羟色胺的产生增加。这种代谢变化对情绪调节和肠脑相互作用具有广泛的影响。

此外，嗜热链球菌会产生一系列抗生素样的化合物和抗菌蛋白，比如细菌素，它们有助于减少尿毒症和抑制致病微生物的生长。这些抗菌特性可增强嗜热链球菌的益处，使其成为肠道健康的重要贡献者，并有效预防有害细菌引起的感染。总的来说，嗜热链球菌的代谢多样性和益生菌特性使其在工业应用和健康相关功能中具有重要意义。

嗜酸乳杆菌

嗜酸乳杆菌是一种以产生一系列有助于肠道健康的代谢物而闻名的益生菌，包括共轭亚油酸、胞外多糖和细菌素。这些代谢物的产生受到某些因素的影响，比如初始pH、温度、培养时间和游离亚油酸的可用性。

细菌素是嗜酸乳杆菌产生的抗菌肽，在抑制病原菌的生长中起关键作用。与传统抗生素不同，这些细菌素具有相对狭窄的抗菌谱，而且可以被胃肠道中的蛋白酶降解。这可能限制了它们的直接抗菌功效，但也降低了它们破坏有益微生物的潜力。某些产细菌素的菌株已被证明可以改变健康小鼠的肠道菌群组成，减少炎症反应，并可能预防代谢性疾病。

嗜酸乳杆菌产生的另一个重要代谢物是戊酸，这也是一种短链脂肪酸，可以通过抑制特定的细胞通路来抑制非酒精性脂肪性肝病相关肝细胞癌的发生。

 嗜酸乳杆菌也产生一些免疫原性蛋白，比如热休克蛋白HSP60、烯醇化酶以及转录因子EF-Ts和EF-Tu。这些蛋白可被儿童血清IgG抗体识别，特别是那些患有自身免疫性疾病（比如1型糖尿病和乳糜泻）的儿童，这表明免疫系统和共生菌之间存在复杂的相互作用。

嗜酸乳杆菌会合成由葡萄糖、半乳糖和葡萄糖胺组成的胞外多糖，可能通过促进有益微生物群落来促进肠道健康。此外，乳酸杆菌产生的生物表面活性剂，比如surlactin，具有降低表面张力和抑制病原体粘附的能力，从而维持肠道菌群平衡并提供抗感染保护。

布拉酵母菌

布拉酵母菌是一种酵母益生菌，以其在胃肠道健康方面的治疗益处而闻名。最近的研究扩大了我们对布拉酵母菌产生的代谢物的了解，强调了它在胃肠道疾病、癌症治疗和作为微生物细胞工厂方面的潜在应用。

布拉酵母菌可合成多种生物活性代谢物，包括多酚类化合物，比如香草酸、肉桂酸和苯乙醇，以及维生素B6等必需营养素。这些化合物有助于其抗氧化能力，并为其抗癌、抗菌、抗病毒和一般健康促进特性提供基础。此外，布拉酵母菌会产生红霉素和安非他明等分子，进一步增强了其治疗效果。

布拉酵母菌产生的最值得关注的代谢产物之一是酵母抗炎因子SAIF，它可以通过抑制人类炎症反应的关键调节因子NF-κB的活化，诱导感染细胞凋亡，抑制IL-8的表达，从而减轻人巨噬细胞胞内分枝杆菌的负担。布拉酵母菌还能合成一种磷酸酶，能够使内毒素（比如大肠杆菌的脂多糖）去磷酸化，从而降低其细胞毒性作用。此外，它还能产生一种丝氨酸蛋白酶，能够降低肠道通透性，抑制水和电解质的分泌，增强其抵御细菌毒素的能力，并在胃肠道内发挥抗炎作用。

此外，布拉酵母菌在37°C时会产生高水平的乙酸，这一特征与SDH1和WHI2基因的独特突变有关，这在酿酒酵母中是不存在的。这些遗传特征使酵母能够在酸性环境中茁壮成长，提供对胃部条件的抵抗力，并支持其作为益生菌的功效。此外，布拉酵母菌产生的丝氨酸蛋白酶，可切割艰难梭菌毒素A，刺激针对该毒素的抗体的产生，并且参与调节炎症反应。

总之，布拉酵母菌产生的一系列生物活性化合物，包括有机酸、酶、多酚和蛋白酶，具有多样化的益生菌活性和治疗潜力，使其成为管理各种健康状况的宝贵工具。

总结

在童年的画卷里，每一个生理系统都在以惊人的速度生长、发育，直至成熟，而在这段旅程中，保持肠道菌群的健康平衡，无疑是最为关键的篇章。它们如同忠诚的卫士，默默守护着营养的吸收、代谢、免疫系统的发育，以及抵御病原体的坚固防线。一旦肠道菌群平衡被打破，儿童的世界便可能陷入健康的阴霾。

益生菌，这些微小的生命奇迹，以其丰富的生物活性代谢物，包括短链脂肪酸、细菌素、胞外多糖、维生素以及神经活性化合物等等，编织出一张调节免疫、对抗炎症、增强营养吸收、平衡肠道菌群、增强肠道屏障的神奇网络。这对于免疫与消化系统仍处于发育阶段的儿童来说尤为重要，这份来自益生菌的礼物，无疑将成为成长道路上一个重要守护者。在童年的黄金时期，适时、适量地补充益生菌，将如同为儿童的成长之路铺设坚实的基石，助力他们向着最佳的生长、发育和整体健康稳步前行。

参考资料：Guamán, L.P., et al. The Impact of Bioactive Molecules from Probiotics on Child Health: A Comprehensive Review. Nutrients 2024, 16, 3706.