益生菌作为一类具有显著益生效果的微生物，在维护人体健康方面扮演着举足轻重的角色。它们凭借强大的肠道定植能力，不仅能够有效改善肠道菌群的生态平衡，还能显著提升消化系统的营养吸收效率和机体免疫力，成为现代健康生活的得力助手。目前，市场上对益生菌功能食品的需求日益旺盛，其研发与应用已成为行业内的热门话题。
斑马鱼与人类的遗传基因高度相似，且其肠道结构和解剖结构与哺乳动物非常相似，是肠道疾病研究的理想模型。特别是发育至5～6天的幼鱼，其肠道会自发蠕动，这一特性使得我们可以通过斑马鱼模型来评价益生菌的相关肠道功能。本文将为大家梳理近年来斑马鱼技术在益生菌领域的最新研究进展。
01、斑马鱼技术在益生菌方向的研究进展——近5年，超180篇研究文献
近五年来，斑马鱼技术在益生菌方向的研究取得了显著进展，已发表的相关研究文献超过180篇，充分展示了斑马鱼技术在益生菌方向研究的活跃度和深度。斑马鱼作为一种理想的实验动物模型，其独特的生理特点和繁殖能力使得其在益生菌研究中具有独特的优势。这些研究不仅深化了我们对益生菌与宿主相互作用机制的理解，还为益生菌在医药、食品等领域的应用提供了重要的理论依据和实践指导。
图1. 斑马鱼技术在益生菌方向的研究文献数据
02、益生菌方向的斑马鱼评价应用相关专利——近2年，78项专利
在益生菌研究领域中，斑马鱼评价应用的相关专利数量在近两年内迅速增长，达到了78项之多。2023.1月至今，总共发布了78项益生菌斑马鱼相关专利，其中代谢系统（包括血脂血糖、降尿酸、解酒保肝等）专利共计24项，免疫与炎症相关专利16项，肠道健康（肠道菌群、结肠肠炎、胃功能等）相关专利共计11项，脑神经系统（抗抑郁、改善睡眠、改善认知行为障碍等）相关专利12项，抗衰抗老化相关专利11项，抗寒专利2项，眼保护1项，肿瘤专利1项。
其中大部分单菌专利为乳杆菌相关专利，其中乳杆菌38项专利，双歧杆菌20项专利，芽孢杆菌5项，其他（如索氏鲸杆菌、丁酸梭菌、益生菌工程菌等）类别的共计8项，多元益生菌共计7项。
这些专利的涌现，不仅彰显了斑马鱼在益生菌研究中的重要作用，也预示着斑马鱼技术将在益生菌产业的创新发展中发挥更加关键的作用，同时也有助于推动益生菌领域的技术进步和产业升级。
图2. 斑马鱼在益生菌研究中的专利分类
03、运用斑马鱼技术在益生菌领域的最新研究菌种及功能方向
斑马鱼技术也帮助我们更精确地了解这些益生菌在宿主内的作用机制，为益生菌的功能优化和应用开发提供了有力的科学依据。科研人员运用斑马鱼模型，对多种新型益生菌菌种进行了深入探索，这些菌种在调节肠道微生态、抗病毒抗感染、组织再生等方面展现出独特的潜力。同时，这些最新研究成果不仅拓展了益生菌的研究领域，也为未来益生菌产品的创新和应用提供了广阔的前景。
①抗感染，抗病毒（乳酸杆球菌KUST48、枯草芽孢杆菌RODK28110C3、干酪乳杆菌、鼠李糖乳杆菌GCC-3、嗜酸乳杆菌La-14和鼠李糖乳酪杆菌等）
郭亚娟等人研究发现嗜酸乳杆菌La-14和鼠李糖乳酪杆菌HN001复合益生菌具有较高的安全性，且可以定植在斑马鱼肠腔，并发挥抗大肠杆菌感染、白色假丝酵母联合阴道加德纳氏菌感染作用以及改善大肠杆菌引起的炎症。（郭亚娟,喻勤,严建刚,等.复合益生菌抗斑马鱼感染及对炎症的抑制作用[J].现代食品,2023,29(11):176-180+193.）
Jiayu Chen等人研究发现乳酸乳球菌KUST48处理后，感染嗜水气单胞菌的斑马鱼的死亡率显着降低，并对斑马鱼脾脏转录进行分析发现差异表达基因参与信号转导、内分泌系统癌症和免疫系统。（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调节肠动力，改善肠道菌群结构，缓解炎症性肠病（鼠李糖乳杆菌GG、植物乳杆菌、双歧杆菌乳酸亚种LKM512、大肠杆菌Nissle 1917、枯草芽孢杆菌KM0、葡萄球菌FCW1、双歧乳杆菌F1-7、长双歧杆菌BL986、乳杆菌LC122、益生菌复合制剂等）
吴绮霞等人研究发现益生菌复合制剂（主要成分为植物乳植杆菌LPPerfectus 001、鼠李糖乳酪杆菌LRPerfectus 158、鼠李糖乳酪杆菌HN001、嗜酸乳杆菌NCFM、动物双歧杆菌乳亚种HN019）具有良好的肠道定植能力，在斑马鱼肠腔存活时间较长。在健康斑马鱼上可有效促进肠道蠕动，具有润肠通便的功效；在斑马鱼非细菌性腹泻模型上，可有效缓解腹泻症状，减少过度排泄，具有双向调节肠道动力作用。（吴绮霞,高前程,梁枝聪,等.一款益生菌复合制剂双向调节斑马鱼肠道动力作用研究[J].现代食品,2023,29(21):204-209.）
Yinhua Ni等人研究发现长双歧杆菌BL986和乳杆菌LC122治疗均能降低斑马鱼死亡率，促进肠粘液分泌，降低炎症标志物的表达，调节微生物组成，从而改善斑马鱼硫酸葡聚糖钠盐（DSS）诱和2,4,6-三硝基苯磺酸（TNBS）诱导的炎症性肠病。（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缓解金属毒性/污染物毒性/化疗物毒性（大肠杆菌Nissle 1917、双歧杆菌、鼠李糖乳杆菌、短乳杆菌47f、凝结芽孢杆菌XY2等）
Fang Ai等人研究发现凝结芽孢杆菌XY2显著降低了暴露于CuSO4的斑马鱼的死亡率，并减轻斑马鱼侧线中性粒细胞浸润；凝结双歧杆菌XY2通过上调sod1、gstp1和cat基因转录水平和相关酶活性来调节CuSO4引起的氧化应激。（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等人研究发现益生菌EcN（大肠杆菌Nissle 1917）在斑马鱼体内能稳定定植，且对斑马鱼丙烯酰胺诱导的神经毒性的有改善作用，具体表现为运动行为、生化和基因表达。
④调节脂质代谢，改善脂肪肝（戊形片球菌PR-1、加氏乳酸菌L. gasseri等）
Tianhua He等人研究发现用加氏乳酸菌L. gasseri处理改善了斑马鱼肝脏中高脂肪饮食诱导的形态和组织学改变、脂质调节、氧化应激和巨噬细胞聚集。此外，KEGG通路的富集显示，加氏乳杆菌调控的核心通路为白细胞介素-17（IL-17）信号通路、磷酸肌醇3-激酶（PI3K）-AKT信号通路、脂肪分解和脂肪细胞调控以及脂肪酸延伸和雌激素信号传导。（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组织再生（鼠李糖乳杆菌GG）
Ju Wang等研究了土霉素暴露可使切除尾鳍后的斑马鱼活性氧产生减少，中性粒细胞募集增加，凋亡细胞数量增加，Wnt信号通路抑制；而鼠李糖杆菌LGG通过在土霉素处理的幼虫肠道中的定殖率来改善肠道环境，LGG处理后的恢复再生过程伴随着ROS生成增加，中性粒细胞募集受到抑制，凋亡细胞数量减少及Wnt信号通路被激活。（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、运用斑马鱼技术进行益生菌功效评价——9大功效评价，28项评价指标
利用斑马鱼技术进行益生菌功效评价已成为科研领域的一大亮点。目前，已经涵盖了促进消化、调节血脂、预防腹泻及改善便秘、调节预防过敏、降低体脂、增强人体免疫力、改善情绪状态等十大功效评价方向，共计37项评价指标。值得一提的是，斑马鱼技术还在益生菌调节水体污染（如PFBS新污染物）诱导的脂质代谢、益生菌益生元对非酒精性脂肪肝的保护作用以及肠道免疫等前沿领域展现出独特优势。这些深入而系统的研究不仅丰富了我们对益生菌功能的认识，也为益生菌在医疗、保健及环保等领域的应用提供了科学依据。
①-促进消化
益生菌能与机体的消化酶一起参与胃肠道中营养物质的消化，刺激身体分泌更多的消化酶，从而促进肠道蠕动，帮助消化过程更为顺畅。同时，还可以增加钙、铁等营养物质的吸收，同时能合成维生B族及维生素等大量有益物质，从而有助于增强人体的营养代谢，改善消化功能。
②-调节血脂
人体内的血脂水平受到多种因素的影响，包括饮食、遗传以及生活习惯等。而益生菌作为一种有益的微生物，能够通过多种机制减少肠道对脂肪及胆固醇的吸收，维护血脂代谢的平衡。
③-预防腹泻，改善便秘
益生菌能促进肠道蠕动，增强肠道持便功能。改善便秘、胀气等肠道症状。当致病菌菌侵入时，益生随能维持肠道菌群平衡，抑制致病菌生长，避免致病菌产生的毒素对肠道粘膜的刺激，从而防止腹泻。
④-预防过敏
益生菌有助于平衡人体的免疫应答机制避免因接触过敏原而导致的人体过敏反应，减少皮肤红及湿疹的发生。
⑤-降低体脂
益生菌可以通过减少脂肪聚积，清理肠道废物，来降低体脂帮助管理体重，维持良好身材，还能有效护肝，抗炎。
⑥-增强免疫力
益生菌在肠道内存在着非常发达的免疫系统可以通过刺激肠道内的免疫机制，将过低或过高的免疫活性调节至正常状态。关于益生菌益生元对肠道免疫的研究可在斑马鱼中进行。目前研究关于益生元对微生物群的调节知之甚少，因为大多数审查的研究仅调查了它们的免疫刺激作用。使用斑马鱼作为实验模型引起了人们的兴趣，尤其是开发益生元和益生菌作为免疫和微生物组调节剂。
图3. 在斑马鱼中进行的关于免疫和微生物群的益生元、益生菌和合生元研究总结
⑦-改善情绪状态
一些研究表明，肠道内的类症和氧化应激可能与抑郁和焦虑等情绪障碍有关，益生菌可以通过减少肠道内的类症和氧化应激，改善情绪状态。
⑧-调节水体污染
全氟丁烷磺酸盐（Perfluorobutanesulfonate, PFBS）是我国水体污染严重的新兴持久性有机污染物，可以干扰鱼类肠道菌群组成，导致脂质代谢障碍。有研究通过斑马鱼模型发现益生菌同时抑制了PFBS单独暴露导致的血液胆固醇的累积，证明益生菌L. rhamnosus对斑马鱼宿主健康的有益作用。
⑨对非酒精性脂肪肝的保护
非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）的特点是在肝脏中积累异位三酰甘油而不消耗过量的酒精。有研究通过斑马鱼模型发现，鼠李糖乳杆菌 GG（LGG）和干酪乳杆菌的胞外多糖（EPS）BL23减少高脂饮食喂养的斑马鱼的肝脂肪变性。
【案例-环特斑马鱼评价益生菌润肠通便】
斑马鱼发育至5dpf，其消化道出现了自发且有节奏的肌肉收缩活动，与人肠道相似的肠道蠕动功能。一氧化氮（NO）是肠神经系统中最重要的抑制性神经递质之一，能抑制胃肠道平滑肌的运动。一氧化氮合酶（NOS）是内源性NO产生的关键酶，NOS增多可以持续性地抑制胃肠道的运动。斑马鱼NOS基因nos1、nos2a和nos2b分别与人NOS1、NOS2同源。用硫酸铝诱导斑马鱼便秘模型。硫酸铝能吸收肠道内水分使形成结晶水，引起大便干燥，同时抑制肠道蠕动和推进，最终引起便秘。
图4. 斑马鱼肠道益生菌荧光强度变化图
说明：红色荧光代表为被标记的益生菌，
肠道内定植的益生菌越多，红色荧光越强
图5. 斑马鱼肠道NO荧光强度典型图
说明：绿色荧光代表NO含量，
便秘越严重，绿色荧光越强
【环特斑马鱼益生菌功效评价内容】
环特生物提供28个斑马鱼益生菌功效评价相关模型，涵盖了肠道、神经、炎症与免疫、骨骼肌肉、代谢、抑菌消炎等六大类系统疾病。近年来，环特生物与多家国内乳制品行业TOP级塔尖品牌，及益生菌领域头部企业达成战略合作，共同致力于相关产品、原料的多维度功效挖掘与研究。另外，在学术研究领域也在不断深挖，已在《中国实验动物学报》、《食品科学》、《中国乳品工业》等行业期刊发表数篇斑马鱼益生菌功效研究相关论文，为进一步开发其保健功能提供依据。
图6. 环特生物斑马鱼模型列表
环特生物作为健康美丽产业CRO服务开拓者与引领者、斑马鱼生物技术应用的全球领导者，将继续以多维生物技术平台（人体试食+哺乳动物+斑马鱼），探索多元化CRO与科研服务新路径，从功效成分筛选、配方研发、产品功效验证等多方面为健康美丽产品提供全方位解决方案！
【技术咨询】17364531293（微信同号）