田建军，张开屏，李权威，赵艳红，靳 烨,*

（1.内蒙古农业大学食品科学与工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018；2.内蒙古商贸职业学院食品工程系，内蒙古 呼和浩特 010070）

胆固醇是胆汁酸、类固醇类激素和VD合成的底物，也是细胞膜的重要组成部分[1]。胆固醇既是人体生长发育必需的物质，又与许多疾病密切相关，如脂肪肝、胆结石以及糖尿病等[2]。如今随着人们饮食习惯的改变，肉类食品摄入量增加，心脑血管疾病的发病率也在上升。研究表明，血清胆固醇浓度每增加1 mmol/L，心脑血管患病率就升高约35%，猝死率约升高45%[3-4]。

如今降血脂、降胆固醇的药物很多，但是多数药物都具有一定的副作用，长期服用不利于患者健康，人们更希望以非药物、健康的方法来控制血清胆固醇的水平。因此，关于乳酸菌降胆固醇的物质基础及其代谢通路的研究越来越受到国内外学者的高度关注。

1 胆固醇的代谢通路及其调控的物质基础

人体血液中的胆固醇可分为内源性和外源性胆固醇，内源性胆固醇即由体内的肝脏与外周组织细胞利用乙酰辅酶A（acetyl-coenzyme A，Ac-CoA）从头生物合成的胆固醇；外源性胆固醇是指肠道吸收的来自饮食中的胆固醇和胆汁肝肠循环再吸收而获得的胆固醇[5]。胆固醇在体内的代谢途径如图1[6]所示。胆固醇的合成主要在肝细胞和小肠上皮细胞中进行。膳食中胆固醇经胃肠道酶的分解产生游离胆固醇，游离的胆固醇、植物甾醇等会与胆盐复合成可溶于水的微胶粒，经特异介导胆固醇分子吸收的功能蛋白转运经过小肠上皮细胞、淋巴系统转入肝细胞，而低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）和极低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL）是运输内源性胆固醇的主要载体，可将脂类物质由肝脏向外周转运，如果LDL或VLDL含量升高，会引起血浆胆固醇和甘油三酯含量增高，形成高脂血症，所以把与LDL、VLDL结合的胆固醇认为是对人体健康不利的胆固醇。

图1 胆固醇在体内的代谢途径[6]Fig. 1 Cholesterol metabolism pathways[6]

1.1 胆固醇的合成

由图1可知，胆固醇合成的主要场所是在肝细胞和小肠上皮细胞，体内70%～80%的胆固醇是由肝细胞合成，10%由小肠上皮细胞合成。在肝细胞和肠上皮细胞内，以含有两个碳的Ac-CoA为原料，经多步酶促反应而合成含有27 个碳的胆固醇。HMG-CoA R为这一合成过程的限速酶，它催化了胆固醇合成过程中HMG-CoA转化为甲羟戊酸[7]。临床上使用的降血脂药物（Statin）就是通过抑制HMG-CoA R活性来实现降血脂的作用。

HMG-CoA R同时也是转录因子胆固醇调节元件结合蛋白（sterol regulatory element binding protein，SREBP）2调控的靶基因之一[8]。SREBPs是体内重要的调控脂质合成的核转录因子，有SREBP1和SREBP2两种亚型结构，其中SREBP1优先调控与脂肪酸合成有关的基因，而SREBP2则优先调控与胆固醇合成和摄取相关的基因，如SREBP2可直接调控负责外源胆固醇摄取的LDLR基因和负责内源胆固醇生物合成速率的HMG-CoA R基因[9-10]。

1.2 胆固醇的吸收与转运

在肠腔中，胆汁、食物和脱落的小肠上皮细胞是胆固醇的主要来源。膳食中的油脂、磷脂、固醇等脂类物质在胃肠道多种消化酶的作用下，分解消化而释放出游离脂肪酸、单甘油酯、双甘油酯、甘油三酯以及游离的胆固醇，而游离的胆固醇会与胆盐复合成微胶粒，这些可溶于水的微小颗粒能透过细胞膜进入肝肠循环。肠上皮细胞中游离的胆固醇，可由细胞膜上的ABCG5/G8介导外排到肠腔中，进而能够促进体内胆固醇的清除[11]。小肠细胞能够从胆汁和食物中吸收大量胆固醇，NPC1L1是该过程中的关键蛋白，NPC1L1能够特异性参与小肠对胆固醇的吸收过程，是高效、特异介导胆固醇分子吸收的功能蛋白质[12]。NPC1L1是临床上使用的胆固醇吸收抑制剂（Ezetimibe）的作用靶点[13]。小肠吸收的游离胆固醇大部分被ACAT重新酯化形成胆固醇酯[14]，在载脂蛋白的作用下同甘油三酯、磷脂及少部分的游离胆固醇一起装配形成乳糜微粒，经淋巴系统，在脂蛋白脂酶作用下分解成乳糜微粒残体，再由肝细胞摄取进入血液循环[15]。

1.3 调控胆固醇代谢的信号通路

在肝细胞内，调控胆固醇代谢的信号通路主要有以下5 个[16]：1）LDL可将肝细胞中的胆固醇通过低密度脂蛋白受体（low density lipoprotein receptor，LDLR）摄取到血浆中，是负责运输胆固醇到血液中的主要脂蛋白，当LDL特别是氧化后的LDL（oxidized LDL，OX-LDL）过量时，它携带的胆固醇就会在血管壁上积存而引起血管硬化，所以人们也把LDL看作是不好的脂蛋白。2）高密度脂蛋白主要在肝脏细胞和小肠上皮细胞内合成，可以摄取血管壁沉浸下来的胆固醇、甘油三酯、LDL等有害物质，转运到肝脏进而分解后排泄，是一种抗动脉硬化的血浆脂蛋白，俗称“血管清道夫”，是冠心病的预防因子。3）VLDL可通过脂肪酸合成酶、Ac-CoA羧化酶（acetyl CoA carboxylase，ACC）和微粒体转移酶蛋白将胆固醇输送到血浆中，为动脉硬化的诱导因子，代谢的中间密度脂蛋白也被认为有致动脉硬化的作用。4）肝X受体（liver X receptor，LXR）-α蛋白质和胆固醇7α-羟化酶（cholesterol 7 alpha hydroxylase，CYP7A1）可将胞内的胆固醇分解代谢成胆汁酸，研究发现胆汁酸在动物机体内可通过乳化作用扩大脂肪与脂肪酶的接触面积进而促进脂肪的水解代谢，在肠道内转运脂肪，促进脂肪的吸收。5）胆固醇的从头合成，HMG-CoA R是胆固醇生物合成的限速酶，是SREBP2调控的靶蛋白，其活性的高低直接影响着胆固醇合成的速度，影响体内胆固醇的水平。因此，可通过抑制HMG-CoA R的活性来减少胆固醇的合成。

综上可知，机体主要通过胆固醇的肝脏细胞和肠上皮细胞的合成、小肠的吸收以及胆汁和粪便的排泄来维持机体内胆固醇的动态平衡，其中HMG-CoA R、NPC1L1、ABCG5/G8、ACAT是调控胆固醇动态平衡的关键因子，胆固醇的体内代谢平衡关键依赖SREBP2及其下游靶基因LDLR和HMG-CoA R的转录调控。

2 乳酸菌调控胆固醇代谢的物质基础

2.1 体内胆固醇代谢的调控途径

目前调节血清胆固醇含量的主要措施有：控制摄入食物来源的胆固醇、去除食品中的胆固醇、通过药物或某些乳酸菌制品控制血清中胆固醇的含量。乳酸菌可通过抑制NPC1L1表达而抑制胆固醇在体内的吸收、介导ABCG5/G8表达上调以及代谢过程中产生胆盐水解酶（bile salt hydrolases，BSHs）等促进胆固醇的外排，作为调节血清胆固醇含量的主要措施[17-21]。

益生乳酸菌调控体内胆固醇的代谢通路如图2所示。乳酸菌菌体细胞可通过菌体表面吸附胆固醇、共轭胆固醇解离促进外排来调控机体内脂质和胆固醇的水平。乳酸菌代谢产生的BSHs能将进入肠道内的牛磺酸胆酸盐、甘氨酸胆酸盐等结合型胆酸盐水解成牛磺酸、甘氨酸等游离胆汁酸，游离的胆汁酸不容易被小肠上皮细胞吸收，进入大肠后直接排出体外，由于反馈调节作用导致胆固醇在肝脏内被进一步分解生成新的胆汁酸，从而可以改变体内胆固醇的水平[22]。Kumar等研究表明，具有产生BSHs活性的植物乳杆菌Lp91和Lp21可将介质中胆固醇分别降低（69.30±0.61）μg/mL和（68.88±0.69）μg/mL[23]。由此可见，实验动物粪便中游离胆酸含量的增加和血清胆固醇水平的减少，间接反映了供试乳酸菌可能是通过其自身产生的BSHs来改变血清中胆固醇的含量。

图2 益生乳酸菌对机体胆固醇代谢途径的调控[19]Fig. 2 Probiotic lactobacilli regulate the metabolic pathways of cholesterol in the body[19]

2.2 乳酸菌对胆固醇的调控作用

图3 益生乳酸菌胆固醇同化机制示意图[21]Fig. 3 Schematic representation of cholesterol assimilation mechanism by probiotic lactobacilli[21]

由图3A可知，进入肠腔的胆固醇，经肠上皮细胞的选择吸附与转运，再经体循环进入血清，提高了血清胆固醇的含量；由图3B可知，如肠腔中含有一定数量的益生菌时，益生乳酸菌可与游离的胆固醇结合，经小肠排出体外，阻止多数游离胆固醇被肠细胞吸附而进入血清中。2014年Catherine等研究了11 株乳酸菌降胆固醇的能力，结果发现L. plantarum ATCC 14917对MRS培养基中胆固醇的降解量为（15.18±0.55）mg/1010CFU，L. reuteri NCIMB 701089在模拟肠道中对胆固醇的降解率超过了67%（（2 254.70±63.33）mg/1010CFU）[21]。2018年郭晶晶等从自然发酵豆酱中分离获得的285 株乳酸菌中选出1 株耐受人工胃肠道环境的植物乳杆菌，研究了该菌株对大鼠血清胆固醇的影响，结果显示，菌液干预组中大鼠血清中总胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白胆固醇的含量显著降低（P＜0.05），相对于高脂模型组分别降低了28.92%、22.47%和28.99%[24]。

乳酸菌是人体肠道中的优势菌群，对维持宿主肠道微生态平衡和提高机体免疫功能起着极其重要的作用[25]。食用活性乳酸菌制品具有预防心脑血管发病的功效[26-28]。田建军[29-31]、张开屏[32-33]等近几年先后筛选出1 株嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）、1 株敏捷乳杆菌（Lactobacillus agilis）、1 株干酪乳杆菌干酪亚种（Lactobacillus casei subsp. casei）和1 株植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum），这些菌株对培养基中胆固醇有明显的降解效果，降解率均高于40%。诸多体外和体内实验表明，乳酸菌及其发酵产品可通过BSHs同化、吸收和共沉淀等作用来降解胆固醇[34-36]。

2.3 乳酸菌体内降胆固醇的机制

随着人们对乳酸菌调控胆固醇研究的不断深入，乳酸菌体内降胆固醇的机制虽然也相继被提出，但目前主要体现在以下几个方面。

乳酸菌通过介导转运蛋白NPC1L1和ABCG5/G8的表达来调控胆固醇的吸收与转运：肠道内的乳酸菌可通过抑制小肠上皮细胞对胆固醇吸收和促进胆固醇外排来调控体内胆固醇的水平。LXRs包括LXR-α和LXR-β，通过控制转录水平参与脂质代谢，主要介导小肠对胆固醇吸收转运的代谢通路。LXRs被激活后能够诱导一系列与胆固醇吸收、流出、转运和分泌相关基因的表达。比如，乳酸菌可通过激活LXRs来抑制肠道对胆固醇吸收关键转运蛋白NPC1L1的表达，进而抑制肠道对胆固醇的吸收[36]。此外，LXRs的激活可促进胆固醇转运蛋白ABCG5/G8表达上调，ABCG5/G8的过表达将有利于胆固醇从小肠细胞内部排出进入肠腔，进而抑制胆固醇在体内的吸收并促进胆固醇的外排[38-41]。

乳酸菌通过抑制胆固醇合成限速酶HMG-CoA的活性来抑制胆固醇的体内自身合成：乳酸菌能够通过抑制SREBPs的表达途径来抑制HMG-CoA的活性，进而降低大鼠血清胆固醇水平。黄燕燕等研究发现，植物乳杆菌（DMDL9010）具有较高的降解胆固醇的能力，其降解机理主要是通过影响HMG-CoA的活性来抑制胆固醇的自身合成[35]。Fukushima等研究发现，用微生态制剂乳酸菌和粪链球菌发酵的米糠来饲喂高脂模型大鼠，能够抑制大鼠肝脏中HMG-CoA的活性，进而降低血清胆固醇水平[42]。

乳酸菌通过调控CYP7A1和BSHs的活性来促进胆固醇的分解代谢：激活胆固醇分解代谢限速酶CYP7A1和BSHs的活性，促进胆固醇的分解也可调控体内胆固醇的水平。Li Chuan[43]和Degirolamo[44]等研究发现乳酸菌可通过提高肝脏细胞CYP7A1的活性来加速肝脏内胆固醇的分解。Shehata等研究发现，益生菌代谢过程中产生的BSHs能水解肠道中牛磺酸胆酸盐、甘氨酸胆酸盐等结合态胆盐，将其转变为氨基酸和非结合态胆酸，其活性的高低也是控制体内胆固醇的关键因素[45]。

虽然乳酸菌对胆固醇代谢调控的机理有以上几个方面的报道，然而胆固醇代谢是一个多因素、多水平、多蛋白和基因参与的复杂过程，想要厘清乳酸菌与体内胆固醇代谢的关系以及乳酸菌对胆固醇调控的机理，需要从分子水平进行全面系统地研究。目前对乳酸菌调控胆固醇降解机理的研究缺乏系统性，多数研究只针对单个或有限几个代谢酶或蛋白质的表达量和酶活性进行分析测定，乳酸菌调控这些蛋白质的物质基础、信号通路以及这些蛋白质的相互关系等研究的很少[46-47]。国立东等从乳酸菌生长培养基、细胞模型和体内3 个方面综述了乳酸菌降胆固醇的机制[16]。乳酸菌调控胆固醇代谢的物质是菌株代谢产物还是细胞壁组分，是直接调控还是间接调控？这些方面的研究报道相对较少。

3 展 望

乳酸菌降胆固醇机制的研究多是基于生长培养基而提出，不能反映体内的真实情况，因此通过动物机体实验研究乳酸菌降胆固醇的物质基础、代谢途径、信号通路成为当前亟待解决的问题。

3.1 利用差异蛋白质组学分析技术，研究调控胆固醇代谢的功能蛋白质

小鼠、大鼠等啮齿类动物与人类具有相似的消化道解剖结构和代谢过程，因而常被用作建立与人类代谢相关因素的重要模型。分别提取实验小鼠血浆和肝脏组织样品，利用差异蛋白质组学技术从中筛选出表达差异的蛋白质，利用质谱技术进行蛋白质鉴定和功能分析，探究受乳酸菌的影响胆固醇代谢过程中差异蛋白质的功能特性。

蛋白质组学通常有两种研究策略：一种为全谱蛋白质组学；另一种为差异蛋白质组学。差异蛋白质组学着重找出有意义的差异蛋白并不要求捕获全部蛋白，具有较好的应用前景。因此，差异蛋白组学技术已在食物蛋白质的研究、基因工程产物的鉴定、疾病的早期诊断等方面得到了广泛应用。2012年de Magalhães等应用差异蛋白质组学技术，鉴定出47 种芒果不同成熟阶段差异表达的蛋白质，为芒果成熟过程中的生物学变化提供了依据[48]。2018年于长青等研究了降胆固醇能力不同的植物乳杆菌蛋白间的差异蛋白，得到了烯醇化酶、果糖-二磷酸醛缩酶、烯酰-酰基载体蛋白还原酶等24 种与胆固醇代谢相关的差异表达蛋白，并探讨了乳酸菌调控胆固醇的作用机理，其表达量可能与菌株降胆固醇作用有关[49]。

3.2 利用PCR Array技术，分析与胆固醇代谢信号通路相关的多个基因表达变化情况

聚合酶链式反应芯片（polymerase chain reaction array，PCR Array）技术将荧光定量PCR技术与高通量芯片技术相结合，在一张96 孔板上同时对某个信号通路或疾病相关的多个基因的表达量变化情况进行检测，芯片上的基因包括了与研究对象有确定关系的基因或者待研究考证的基因。Qiagen Atherosclerosis PCR Array包含脂蛋白和胆固醇代谢信号通路相关的86 个关键基因PCR Array，可以分析机体肝脏脂蛋白、胆固醇代谢信号通路相关基因mRNA表达的变化情况。Karén等用与人血管生长相关基因的96 孔板PCR Array功能分类芯片分析了在体外丙戊酸对人血管细胞的影响，结果表明，经丙戊酸处理后人体血管细胞中有涉及白介素-8、内皮细胞存活的血管生成素、内皮细胞血管成熟与稳定的成纤维细胞生长因子受体等14 个基因表达的改变与血管的稳定和成熟有相关性[50]。张妮等利用PCR Array技术探讨了丹参酮调控高脂血症大鼠肝脏脂质代谢的机制，结果发现Abca1、Apoa1、Lep、Cyp7a1、Hmgcr、Cyp11a1、Insig2、Ldlr、Lcat、Pcsk9共10 个基因上调不低于200%或下调不超过50%，这些基因与抑制SREBP之间存在相互调控作用[51]。

以上研究提示PCR Array功能分类芯片作为一种快速、准确的技术手段，可应用于探究机理的研究中。乳酸菌对胆固醇代谢影响机理与药物作用机理的研究具有一定的相似性。同时，研究上述蛋白质和相关基因在影响胆固醇代谢过程的相互关系，使蛋白质差异组学分析结果和PCR Array分析结果可以进行相互验证。

4 结 语

近年来，国内外学者从生长培养基、肝细胞模型、肠细胞模型、受试个体等多个层面分别提出了乳酸菌降胆固醇的各种机制假说，但其作用方式受多种因素影响，作用机制复杂，至今尚无定论。随着定量PCR技术和差异蛋白质组学技术的成熟与完善，利用生物组学技术和定量PCR技术从整体上研究同一菌株在不同功能条件下蛋白质表达谱和代谢谱的差异性，为从本质上厘清乳酸菌降胆固醇机理提供新的思路。

对乳酸菌对胆固醇代谢调控物质基础研究的展望能在一定程度上较全面、系统地提供较多的关于胆固醇代谢与肝脏脂蛋白和胆固醇代谢信号通路中相关基因mRNA表达变化的信息。结合差异蛋白质组学分析，研究乳酸菌降胆固醇的物质基础及其对胆固醇调节的信号转导通路，可在分子水平上揭示乳酸菌对体内胆固醇代谢影响的活性物质基础及其调控机理。