益生菌作為一類具有顯著益生效果的微生物，在維護人體健康方面扮演著舉足輕重的角色。它們憑借強大的腸道定植能力，不僅能夠有效改善腸道菌群的生態平衡，還能顯著提升消化系統的營養吸收效率和機體免疫力，成為現代健康生活的得力助手。目前，市場上對益生菌功能食品的需求日益旺盛，其研發與應用已成為行業內的熱門話題。
斑馬魚與人類的遺傳基因高度相似，且其腸道結構和解剖結構與哺乳動物非常相似，是腸道疾病研究的理想模型。特別是發育至5～6天的幼魚，其腸道會自發蠕動，這一特性使得我們可以通過斑馬魚模型來評價益生菌的相關腸道功能。本文將為大家梳理近年來斑馬魚技術在益生菌領域的最新研究進展。
01、斑馬魚技術在益生菌方向的研究進展——近5年，超180篇研究文獻
近五年來，斑馬魚技術在益生菌方向的研究取得了顯著進展，已發表的相關研究文獻超過180篇，充分展示了斑馬魚技術在益生菌方向研究的活躍度和深度。斑馬魚作為一種理想的實驗動物模型，其獨特的生理特點和繁殖能力使得其在益生菌研究中具有獨特的優勢。這些研究不僅深化了我們對益生菌與宿主相互作用機制的理解，還為益生菌在醫藥、食品等領域的應用提供了重要的理論依據和實踐指導。
圖1. 斑馬魚技術在益生菌方向的研究文獻數據
02、益生菌方向的斑馬魚評價應用相關專利——近2年，78項專利
在益生菌研究領域中，斑馬魚評價應用的相關專利數量在近兩年內迅速增長，達到了78項之多。2023.1月至今，總共發布了78項益生菌斑馬魚相關專利，其中代謝系統（包括血脂血糖、降尿酸、解酒保肝等）專利共計24項，免疫與炎癥相關專利16項，腸道健康（腸道菌群、結腸腸炎、胃功能等）相關專利共計11項，腦神經系統（抗抑郁、改善睡眠、改善認知行為障礙等）相關專利12項，抗衰抗老化相關專利11項，抗寒專利2項，眼保護1項，腫瘤專利1項。
其中大部分單菌專利為乳桿菌相關專利，其中乳桿菌38項專利，雙歧桿菌20項專利，芽孢桿菌5項，其他（如索氏鯨桿菌、丁酸梭菌、益生菌工程菌等）類別的共計8項，多元益生菌共計7項。
這些專利的涌現，不僅彰顯了斑馬魚在益生菌研究中的重要作用，也預示著斑馬魚技術將在益生菌產業的創新發展中發揮更加關鍵的作用，同時也有助于推動益生菌領域的技術進步和產業升級。
圖2. 斑馬魚在益生菌研究中的專利分類
03、運用斑馬魚技術在益生菌領域的最新研究菌種及功能方向
斑馬魚技術也幫助我們更精確地了解這些益生菌在宿主內的作用機制，為益生菌的功能優化和應用開發提供了有力的科學依據。科研人員運用斑馬魚模型，對多種新型益生菌菌種進行了深入探索，這些菌種在調節腸道微生態、抗病毒抗感染、組織再生等方面展現出獨特的潛力。同時，這些最新研究成果不僅拓展了益生菌的研究領域，也為未來益生菌產品的創新和應用提供了廣闊的前景。
①抗感染，抗病毒（乳酸桿球菌KUST48、枯草芽孢桿菌RODK28110C3、干酪乳桿菌、鼠李糖乳桿菌GCC-3、嗜酸乳桿菌La-14和鼠李糖乳酪桿菌等）
郭亞娟等人研究發現嗜酸乳桿菌La-14和鼠李糖乳酪桿菌HN001復合益生菌具有較高的安全性，且可以定植在斑馬魚腸腔，并發揮抗大腸桿菌感染、白色假絲酵母聯合陰道加德納氏菌感染作用以及改善大腸桿菌引起的炎癥。（郭亞娟,喻勤,嚴建剛,等.復合益生菌抗斑馬魚感染及對炎癥的抑制作用[J].現代食品,2023,29(11):176-180+193.）
Jiayu Chen等人研究發現乳酸乳球菌KUST48處理后，感染嗜水氣單胞菌的斑馬魚的死亡率顯著降低，并對斑馬魚脾臟轉錄進行分析發現差異表達基因參與信號轉導、內分泌系統癌癥和免疫系統。（Chen J, Li Q, Fan L, et al. The impact of Lactococcus lactis KUST48 on the transcription profile of Aeromonas hydrophila-infected zebrafish spleen[J]. Microbiol Spectr. 2024 Apr 2;12(4):e0392723. ）
②調節腸動力，改善腸道菌群結構，緩解炎癥性腸?。ㄊ罄钐侨闂U菌GG、植物乳桿菌、雙歧桿菌乳酸亞種LKM512、大腸桿菌Nissle 1917、枯草芽孢桿菌KM0、葡萄球菌FCW1、雙歧乳桿菌F1-7、長雙歧桿菌BL986、乳桿菌LC122、益生菌復合制劑等）
吳綺霞等人研究發現益生菌復合制劑（主要成分為植物乳植桿菌LPPerfectus 001、鼠李糖乳酪桿菌LRPerfectus 158、鼠李糖乳酪桿菌HN001、嗜酸乳桿菌NCFM、動物雙歧桿菌乳亞種HN019）具有良好的腸道定植能力，在斑馬魚腸腔存活時間較長。在健康斑馬魚上可有效促進腸道蠕動，具有潤腸通便的功效；在斑馬魚非細菌性腹瀉模型上，可有效緩解腹瀉癥狀，減少過度排泄，具有雙向調節腸道動力作用。（吳綺霞,高前程,梁枝聰,等.一款益生菌復合制劑雙向調節斑馬魚腸道動力作用研究[J].現代食品,2023,29(21):204-209.）
Yinhua Ni等人研究發現長雙歧桿菌BL986和乳桿菌LC122治療均能降低斑馬魚死亡率，促進腸粘液分泌，降低炎癥標志物的表達，調節微生物組成，從而改善斑馬魚硫酸葡聚糖鈉鹽（DSS）誘和2,4,6-三硝基苯磺酸（TNBS）誘導的炎癥性腸病。（Ni Y, Zhang Y, Zheng L, Rong N, et al. Bifidobacterium and Lactobacillus improve inflammatory bowel disease in zebrafish of different ages by regulating the intestinal mucosal barrier and microbiota[J]. Life Sci. 2023 Jul 1;324:121699.）
③緩解金屬毒性/污染物毒性/化療物毒性（大腸桿菌Nissle 1917、雙歧桿菌、鼠李糖乳桿菌、短乳桿菌47f、凝結芽孢桿菌XY2等）
Fang Ai等人研究發現凝結芽孢桿菌XY2顯著降低了暴露于CuSO4的斑馬魚的死亡率，并減輕斑馬魚側線中性粒細胞浸潤；凝結雙歧桿菌XY2通過上調sod1、gstp1和cat基因轉錄水平和相關酶活性來調節CuSO4引起的氧化應激。（Ai F, Huang X, Wu Y, et al. Alleviative effects of a novel strain Bacillus coagulans XY2 on copper-induced toxicity in zebrafish larvae[J].J Environ Sci (China). 2023 Mar;125:750-760.）
M Vajagathali等人研究發現益生菌EcN（大腸桿菌Nissle 1917）在斑馬魚體內能穩定定植，且對斑馬魚丙烯酰胺誘導的神經毒性的有改善作用，具體表現為運動行為、生化和基因表達。
④調節脂質代謝，改善脂肪肝（戊形片球菌PR-1、加氏乳酸菌L. gasseri等）
Tianhua He等人研究發現用加氏乳酸菌L. gasseri處理改善了斑馬魚肝臟中高脂肪飲食誘導的形態和組織學改變、脂質調節、氧化應激和巨噬細胞聚集。此外，KEGG通路的富集顯示，加氏乳桿菌調控的核心通路為白細胞介素-17（IL-17）信號通路、磷酸肌醇3-激酶（PI3K）-AKT信號通路、脂肪分解和脂肪細胞調控以及脂肪酸延伸和雌激素信號傳導。（He T, Lykov N, Luo X, et al. Protective Effects of Lactobacillus gasseri against High-Cholesterol Diet-Induced Fatty Liver and Regulation of Host Gene Expression Profiles[J]. Int J Mol Sci. 2023 Jan 20;24(3):2053.）
⑤組織再生（鼠李糖乳桿菌GG）
Ju Wang等研究了土霉素暴露可使切除尾鰭后的斑馬魚活性氧產生減少，中性粒細胞募集增加，凋亡細胞數量增加，Wnt信號通路抑制；而鼠李糖桿菌LGG通過在土霉素處理的幼蟲腸道中的定殖率來改善腸道環境，LGG處理后的恢復再生過程伴隨著ROS生成增加，中性粒細胞募集受到抑制，凋亡細胞數量減少及Wnt信號通路被激活。（Wang J, Wang L, et al. Lacticaseibacillus rhamnosus GG enhances fin regeneration under oxytetracycline exposure via activating Wnt signaling and modulating gut microbiota. Fish Shellfish Immunol. 2023 Nov;142:109155.）
04、運用斑馬魚技術進行益生菌功效評價——9大功效評價，28項評價指標
利用斑馬魚技術進行益生菌功效評價已成為科研領域的一大亮點。目前，已經涵蓋了促進消化、調節血脂、預防腹瀉及改善便秘、調節預防過敏、降低體脂、增強人體免疫力、改善情緒狀態等十大功效評價方向，共計37項評價指標。值得一提的是，斑馬魚技術還在益生菌調節水體污染（如PFBS新污染物）誘導的脂質代謝、益生菌益生元對非酒精性脂肪肝的保護作用以及腸道免疫等前沿領域展現出獨特優勢。這些深入而系統的研究不僅豐富了我們對益生菌功能的認識，也為益生菌在醫療、保健及環保等領域的應用提供了科學依據。
①-促進消化
益生菌能與機體的消化酶一起參與胃腸道中營養物質的消化，刺激身體分泌更多的消化酶，從而促進腸道蠕動，幫助消化過程更為順暢。同時，還可以增加鈣、鐵等營養物質的吸收，同時能合成維生B族及維生素等大量有益物質，從而有助于增強人體的營養代謝，改善消化功能。
②-調節血脂
人體內的血脂水平受到多種因素的影響，包括飲食、遺傳以及生活習慣等。而益生菌作為一種有益的微生物，能夠通過多種機制減少腸道對脂肪及膽固醇的吸收，維護血脂代謝的平衡。
③-預防腹瀉，改善便秘
益生菌能促進腸道蠕動，增強腸道持便功能。改善便秘、脹氣等腸道癥狀。當致病菌菌侵入時，益生隨能維持腸道菌群平衡，抑制致病菌生長，避免致病菌產生的毒素對腸道粘膜的刺激，從而防止腹瀉。
④-預防過敏
益生菌有助于平衡人體的免疫應答機制避免因接觸過敏原而導致的人體過敏反應，減少皮膚紅及濕疹的發生。
⑤-降低體脂
益生菌可以通過減少脂肪聚積，清理腸道廢物，來降低體脂幫助管理體重，維持良好身材，還能有效護肝，抗炎。
⑥-增強免疫力
益生菌在腸道內存在著非常發達的免疫系統可以通過刺激腸道內的免疫機制，將過低或過高的免疫活性調節至正常狀態。關于益生菌益生元對腸道免疫的研究可在斑馬魚中進行。目前研究關于益生元對微生物群的調節知之甚少，因為大多數審查的研究僅調查了它們的免疫刺激作用。使用斑馬魚作為實驗模型引起了人們的興趣，尤其是開發益生元和益生菌作為免疫和微生物組調節劑。
圖3. 在斑馬魚中進行的關于免疫和微生物群的益生元、益生菌和合生元研究總結
⑦-改善情緒狀態
一些研究表明，腸道內的類癥和氧化應激可能與抑郁和焦慮等情緒障礙有關，益生菌可以通過減少腸道內的類癥和氧化應激，改善情緒狀態。
⑧-調節水體污染
全氟丁烷磺酸鹽（Perfluorobutanesulfonate, PFBS）是我國水體污染嚴重的新興持久性有機污染物，可以干擾魚類腸道菌群組成，導致脂質代謝障礙。有研究通過斑馬魚模型發現益生菌同時抑制了PFBS單獨暴露導致的血液膽固醇的累積，證明益生菌L. rhamnosus對斑馬魚宿主健康的有益作用。
⑨對非酒精性脂肪肝的保護
非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）的特點是在肝臟中積累異位三酰甘油而不消耗過量的酒精。有研究通過斑馬魚模型發現，鼠李糖乳桿菌 GG（LGG）和干酪乳桿菌的胞外多糖（EPS）BL23減少高脂飲食喂養的斑馬魚的肝脂肪變性。
【案例-環特斑馬魚評價益生菌潤腸通便】
斑馬魚發育至5dpf，其消化道出現了自發且有節奏的肌肉收縮活動，與人腸道相似的腸道蠕動功能。一氧化氮（NO）是腸神經系統中最重要的抑制性神經遞質之一，能抑制胃腸道平滑肌的運動。一氧化氮合酶（NOS）是內源性NO產生的關鍵酶，NOS增多可以持續性地抑制胃腸道的運動。斑馬魚NOS基因nos1、nos2a和nos2b分別與人NOS1、NOS2同源。用硫酸鋁誘導斑馬魚便秘模型。硫酸鋁能吸收腸道內水分使形成結晶水，引起大便干燥，同時抑制腸道蠕動和推進，最終引起便秘。
圖4. 斑馬魚腸道益生菌熒光強度變化圖
說明：紅色熒光代表為被標記的益生菌，
腸道內定植的益生菌越多，紅色熒光越強
圖5. 斑馬魚腸道NO熒光強度典型圖
說明：綠色熒光代表NO含量，
便秘越嚴重，綠色熒光越強
【環特斑馬魚益生菌功效評價內容】
環特生物提供28個斑馬魚益生菌功效評價相關模型，涵蓋了腸道、神經、炎癥與免疫、骨骼肌肉、代謝、抑菌消炎等六大類系統疾病。近年來，環特生物與多家國內乳制品行業TOP級塔尖品牌，及益生菌領域頭部企業達成戰略合作，共同致力于相關產品、原料的多維度功效挖掘與研究。另外，在學術研究領域也在不斷深挖，已在《中國實驗動物學報》、《食品科學》、《中國乳品工業》等行業期刊發表數篇斑馬魚益生菌功效研究相關論文，為進一步開發其保健功能提供依據。
圖6. 環特生物斑馬魚模型列表
環特生物作為健康美麗產業CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術應用的全球領導者，將繼續以多維生物技術平臺（人體試食+哺乳動物+斑馬魚），探索多元化CRO與科研服務新路徑，從功效成分篩選、配方研發、產品功效驗證等多方面為健康美麗產品提供全方位解決方案！
【技術咨詢】17364531293（微信同號）