微生物资源在自然生态系统中广泛分布，约占地球生物量的17%[1]；微生物个体相对微小、种类繁多[2]、具有繁殖速度快、代谢旺盛、生理功能多样、易改造等特征。在数量庞大的微生物中，存在一类活性微生物，被称为益生菌，其能成功在宿主体内定殖、并在足够量摄入后对机体产生有益影响[3]。益生菌(probiotic)一词源于希腊语，指的是“有益于生命”。Werner Kollath最早使用“益生菌”，用于描述为有助于恢复营养不良病人健康的各种含菌补充剂[4]，之后“益生菌”首次被定义为由一种微生物产生的对其他微生物具促生作用的物质[5]，而随着相关安全法规的完善，益生菌的定义最终被修改为：“严格选择的微生物菌株，如果给予足够的量，能够为宿主带来健康益处”[6]。对于益生菌的发展简史，详见表 1。

众多研究者都认为益生菌与人体健康之间存在着密切的关系，这些微生物可以通过肠道激活胃肠道效应，或直接作用于口腔、阴道、皮肤等其他部位对宿主健康进行调控[7]。随着现代生物技术的不断发展和人们健康意识的提高，益生菌产业得到了井喷式发展，越来越多的益生菌产品以膳食补充剂、乳制品、酶制剂及或其他微生态制剂的形式相继问世。这些益生菌产品已被广泛应用于食品、种植业、畜牧业和医疗业中，成为改善人类健康的有力工具[7]。

虽然在益生菌菌种资源发掘和产品开发等方面取得了一定成果，但目前，我们关于对益生菌作用机制的研究大多都是基于动物、细胞培养或体外人体模型。益生菌的益生机制往往只在体外或动物体内发挥作用，在动物体内的研究并不总能在人体内被证实[8]，如在动物模型中能改善克罗恩病和恢复心理健康的益生菌，在临床实验中并没有益生作用[9-10]。此外，在治疗疾病方面，不同益生菌菌株之间亦存在显著差异。例如，使用植物乳植杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)联合低聚果糖，可有效预防新生儿败血症[11]，但使用短双歧杆菌(Bifidobacterium breve)则无法预防早产儿坏死性小肠结肠炎和晚发型败血症[12]。对益生菌如何调控人或动物的微生态机制研究的不清晰及对益生菌菌种本身特性认识的不足，使益生菌的深度研究及其产品的开发受到限制。

益生菌在食品、农业和医疗业等生命健康领域的应用潜力巨大，但我国的益生菌菌种资源发展仍较落后、新型益生菌资源发掘较少，严重制约了相关产业的健康发展，充分挖掘和利用我国宝贵的益生菌资源是促进益生菌产业健康可持续发展的关键。在这篇综述中，我们讨论了关于益生菌资源的一些见解，并将益生菌大致分为了两类，包括已被安全有效使用的传统益生菌：乳酸菌(lactic acid bacteria)、酵母菌(Saccharomyces)和放线菌(Actinomycetes)等，以及具有广泛应用前景的下一代益生菌(next-generation probiotics, NGPs)，包括普拉梭菌(Faecalibacterium prausnitzii)、嗜黏蛋白阿克曼菌(Akkermansia muciniphila)、脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)、普雷沃氏菌(Prevotella copri)和活体生物药(live biotherapeutic products, LBP)等[7]，同时，针对上述益生菌的功能的发掘与应用进行了综述，并对益生菌新型资源开发前景进行了展望。

乳酸菌(lactic acid bacteria)是指一类可发酵糖类产生乳酸的革兰氏阳性细菌的总称，广泛分布于土壤、食品以及植物、动物、人类的体内和体表，在系统分类学上分别隶属于厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)。2020年，Zheng等将1901年Beijerinck提出的乳酸菌的分类重新进行了注释，将其中的乳杆菌属重新划分为25个属[13]。目前，应用最多的乳酸菌主要有双歧杆菌属(Bifidobacterium)、乳杆菌属(Lactobacillus)、乳球菌属(Lactococcus)、肠球菌属(Enterococcus)、链球菌属(Streptococcus)、片球菌属(Pediococcus)、明串菌属(Leuconostoc)和魏斯氏菌属(Weissella)[14]。我国2013年公布的《可用于食品的菌种名单》和《可用于饲料的菌种名单》中，乳酸菌分别有32种和24种，详见表 2。乳酸菌可以代谢产生乳酸、短链脂肪酸、γ-氨基丁酸、细菌素、有机酸、维生素、胞外多糖和乳糖酶等多种效应分子，赋予乳酸菌具有促进营养物质吸收、抗菌、抗感染、抗肿瘤、调控肠道菌群、调节免疫、代谢和生物修复等作用[15-17]。乳酸菌已成为商业发展的理想选择，被广泛应用于食品、医疗和农业等领域。

乳酸菌是食品酿造、加工和保鲜中常用的微生物，通常用于生产传统的功能性食品，如酸奶、奶酪、酸菜、泡菜、发酵谷物餐和饮料。在食品生产中，乳酸菌可以改善食品的营养成分、提高营养价值、延长保质期、改善风味、增强抗氧化活性和抗菌活性以及清除食品中毒素等[18]。

在各种发酵食品的生产中，植物乳植杆菌已被广泛作为发酵剂，可以改善食品的风味、质地和感官特性[19]。当植物乳植杆菌P-8与酸奶发酵剂的比例为1:100时，可以获得较好的酸奶风味[20]。虽然麦麸和米糠是小麦和大米加工的主要废料，但它们富含纤维、蛋白质和淀粉。用植物乳植杆菌发酵米糠和麦麸时，可增强硫化物和芳香剂的气味，提升饲料的适口性[21]。此外，植物乳植杆菌还可以提高发酵产物中的核黄素、叶酸、维生素B、胞外多糖和γ-氨基丁酸等各种生物活性成分[22-24]。

乳杆菌属和乳酪杆菌属常用于各种水果、谷物和蔬菜等多种植物的发酵，通过发酵释放活性酚类化合物，改变食品中的酚类成分。在发酵产物中，具有抗炎、抗氧化和抗菌等作用的游离酚类化合物的浓度显著增加，包括没食子酸、丁香酸、咖啡酸、儿茶素、香草酸、对香豆酸、阿魏酸、表儿茶素和原花青素A2等[25]。植物乳植杆菌21802和短乳杆菌6239在葡萄汁中共培养1 h后显著增加了发酵液中原花青素B2、B12、儿茶素和表儿茶素的浓度[26]。使用嗜酸乳杆菌、干酪乳酪杆菌和副干酪乳酪杆菌的混合培养物发酵藜麦后，显著增加了原花青素B2、槲皮素和山奈酚的浓度[27]。同时，不同的乳酸菌在发酵底物的利用和发酵产物的生成中均有较大差异。如，嗜酸乳杆菌在甘薯发酵中可水解4,5-二咖啡酰奎宁酸，而在甘蔗渣为底物发酵时显示出阿魏酸酯酶活性[28-29]。比较分析不同菌中酚类代谢基因分布信息，可为选择新益生菌株以及预测发酵产物提供依据，增加对乳酸菌在发酵食品中作用机制的认识，从而针对性地转化酚类化合物来提高食品质量。

截至目前，超过200种疾病是由摄入被污染的食物引起的，污染食物的有毒成分包含：细菌毒素(志贺毒素、李斯特溶血素、肉毒杆菌毒素)、霉菌毒素(黄曲霉毒素、赭曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、伏马菌素)、不同类别的杀虫剂(有机氯、有机磷酸盐、合成拟除虫菊酯)、重金属和天然抗营养素，如植酸盐、草酸盐和产生氰化物的糖苷[30]。乳酸菌代谢产生的酸、醇、醛、酮、杂环、有机化合物酶、胞外多糖等均有助于抵抗产毒素菌[31-34]。乳酸的抑菌机制可概括为，通过损害细胞内外的pH梯度破坏膜电位来杀死致病菌[32]，代谢过程中产生的异丁酸酯和异戊酸酯[31]、乙酸盐、丁酸盐、甲酸盐、琥珀酸盐、丙酸盐、戊酸盐和己酸也产生了相同的抗菌效果[35]。乳酸菌还可生成苯乳酸、吲哚乳酸、4-羟基苯乳酸和羟基苯乙酸，它们在酸面团中都具有抗菌活性[33]。3种不同的植物乳植杆菌(LP1、LP2和LP3)对大肠杆菌ATCC 25922和金黄色葡萄球菌ATCC 25923表现出高抗菌活性[36]。植物乳植杆菌105对单核细胞增生李斯特菌的抑制作用最强，而植物乳植杆菌106和107对大肠杆菌O157:H7的抑制作用最强[37]。乳酸菌还能产生多种抗真菌物质，进而防止食物被真菌污染。植物乳植杆菌ZZUA493对黑曲霉、米曲霉、长臂木霉、黄曲霉和小麦赤霉病菌表现出广谱抗真菌能力[38]。此外，乳酸菌还可通过细胞表面的吸附作用，来降低环境中的黄曲霉毒素、赭曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、伏马菌素等霉菌毒素的含量[39]。乳酸菌对食品中有机氯、有机磷和拟除虫菊酯农药的降解机制，可能是其代谢产生的羧基酯酶、有机磷酸水解酶、磷酸三酯酶和磷酸酶的酶解[30]。乳酸菌细胞壁表面的肽聚糖、磷酸和S层蛋白使其表面带负电，可与重金属阳离子(Hg2+、Cd2+、Pb2+等)结合，沉降食品中的重金属污染[30]。综上所述，乳酸菌是分解食品工业有毒物质及对抗病原微生物方面的潜在生物防治剂，不仅可持续代替抗生素等抗菌剂，且在功能性食品的开发方面具有广阔的潜力。

乳酸菌的益生作用已在动物模型和临床试验中得到大量研究。这些促进健康的作用包括抗感染、抗炎、免疫调节及预防过敏性疾病等[16]。已有研究报道，包含植物乳植杆菌在内的6种乳酸菌能够增加自然杀伤(natural killing, NK)细胞的数量，并促进NK细胞中干扰素-γ (interferon-γ, IFN-γ)的表达和分泌[40]。IFN-γ不仅改善了结直肠肿瘤HCT116细胞的细胞毒性，还改善了人慢性粒细胞白血病K562细胞的细胞毒性[40]。除植物乳植杆菌活菌外，其胞外多糖也可抑制结直肠癌细胞的增殖[41]。植物乳植杆菌LMT1-48对高脂肪饮食诱导的肥胖小鼠具有抗肥胖作用，该菌株下调了包括过氧化物酶体增殖物激活受体γ (peroxisome proliferator-activated receptor γ, PPARγ)、CCAAT/增强子结合蛋白α (CCAAT/enhancer-binding protein α, C/EBPα)、脂肪酸合酶(fatty acid synthase, FAS)和脂肪酸结合蛋白4 (fatty acid-binding protein 4, FABP4)在内的成脂基因的表达，降低了肥胖小鼠的体重[42]。此外，植物乳植杆菌还可以通过调控肠道微生物群及其代谢物，从而抑制肥胖，减少肝脏脂质积累并改善脂质代谢[43]。植物乳植杆菌可治疗癌症、肠易激综合征和艰难梭菌感染，并可对人体肠道微生物组和免疫系统的组成产生积极改变[44]。可产乳酸及具有降解游离棉酚的凝结魏茨曼氏菌[45]，也已被报道可调节肠道菌群，改善葡聚糖硫酸钠盐(dextran sulfate sodium salt, DSS)诱导的小鼠结肠炎[46]。发酵粘液乳杆菌可通过抑制空肠弯曲杆菌、多重耐药金黄色葡萄球菌及其他食源性细菌的生长，有助于预防和治疗胃肠道感染，并减少结肠炎等炎症的发生。此外，发酵粘液乳杆菌还被认为是一种潜在的抗癌、抗糖尿病药物[47]。除了对肠道和免疫系统有益外，乳酸菌产生的乳酸、过氧化氢和S层蛋白等物质，还能够通过抑制有害菌的生长、减少炎症作用和调控免疫系统等，从而促进阴道健康[48]。

(1) 乳酸菌在养殖业中的应用

乳酸菌做为畜禽养殖的饲料添加剂，极大地改善了牲畜的生长性能和健康状况。其主要机制可以概括为乳酸菌可以提高饲料转换率、增强宿主吸收营养效率，刺激宿主免疫系统，以及调节宿主肠道微生物组成。如在猪饲料中添加乳酸杆菌可以通过激活Toll样受体2 (Toll-receptor 2, TLR2)、细胞外信号调节激酶1/2/c-jun氨基末端激酶(extracellular signal-regulated kinase 1/2/c-jun N-terminal kinase, ERK1/2/JNK)和c-jun/c-fos信号通路(c-jun/c-fos signaling pathways)诱导防御蛋白的表达[49]，并促进肠淋巴细胞的增殖[50]，从而调控猪肠道免疫，促进其生长。饲料中添加乳酸菌不仅可以促进肉鸡的生长，还可提高肉鸡肠道免疫球蛋白A (broiler intestinal immunoglobulin A, sIgA)和血清白细胞介素(interleukin, IL)-4的分泌[51]，缓解产气荚膜梭菌引起的肠道炎症，重塑肉鸡体内的肠道微生物群落组成[52]。研究表明，在饲料中添加乳酸杆菌后，饲喂北京鸭可提高其肠道中的紧密连接蛋白Claudin、Occludin的转录水平表达，以增强肠道的屏障功能，进而促进宿主免疫力和肠道健康。同时，添加乳酸杆菌，还可以增加有益细菌的丰度，这在改善北京鸭的生长性能和肠道健康方面提供了巨大潜力[53]。

青贮是一种利用乳酸菌在厌氧条件下发酵水溶性碳水化合物的方法，以降低饲料pH值，从而保存新鲜牧草的过程[54]。为了进一步提高青贮发酵质量，现已开发了多种不同的青贮乳酸菌添加剂，并且这些乳酸菌已经被证明在青贮发酵的好氧稳定性和动物生产力的影响方面都起到了重要作用[17]。添加乳酸菌发酵后的青贮饲料除产生有机酸外，还能产生多种有益代谢产物，包含但不限于1, 2-丙二醇、细菌素、3-苯基乳酸、芳香族化合物、胞外多糖、酶和维生素。此外，添加乳酸菌发酵后的青贮饲料还具有降解农药残留、高饲料利用率，以及相对较高的抗氧化活性等益生性能[55-57]。不同种类的乳酸菌接种剂在青贮过程中执行不同的功能并具有不同的发酵模式。一般来说，青贮早期主要由球菌(明串珠菌、乳球菌和肠球菌等)发挥乳酸发酵的作用，而这些菌对低pH值的耐受性低于乳酸杆菌[58]。而在青贮后期主要由乳酸杆菌发挥降低pH值的作用[58]。如在苜蓿青贮时分别接种植物乳植杆菌、戊糖片球菌和粪肠球菌或其组合，在青贮初期，接种戊糖片球菌的青贮饲料中pH值下降最快，乳酸浓度升高最快；同时，经过60 d青贮后，不同接种剂组的代谢产物和微生物群落均有显著差异，这可能是通过调控青贮过程中细菌群落的演变、相互作用和代谢途径来实现的[59]。

乳酸菌可以通过降解膳食纤维来提高饲料的利用率。研究表明，在不灭菌条件下凝结魏茨曼氏菌LA204可以对氢氧化钠预处理的玉米秸秆进行补料分批同步糖化发酵生产高效价乳酸[60-61]，相似地，戊糖乳植杆菌也可利用玉米秸秆分批同步糖化发酵生产高效价乳酸[62]，制备优质乳酸秸秆饲料，提高饲料利用率。而在青贮过程中接种产生阿魏酰酯酶的乳酸菌可促进牧草木质纤维素降解，同时增加青贮饲料中阿魏酸浓度[63]。通过乳酸菌的发酵作用处理青贮饲料，不仅可以提高其利用率外，还能通过乳酸菌产生的阿魏酰酯酶增强宿主动物的抗氧化和免疫力。此外，苜蓿青贮饲料通过接种产生阿魏酰酯酶的乳酸菌进行发酵后，饲喂母山羊时羊奶中的乳脂和乳蛋白浓度也能显著增加[64]。而大麦青贮饲料通过接种布氏乳杆菌、植物乳植杆菌和干酪乳酪杆菌进行发酵后，可以提高青贮饲料的有氧稳定性，饲喂肉牛时其增重效率也显著增加[65]。除了畜牧养殖外，在水产养殖中，使用发酵饲料饲喂小龙虾时，可显著提高其肠道中拟杆菌门的相对丰度，提高其对多糖降解等功能[66]。

除促进发酵外，乳酸菌还可以通过调控发酵过程中的微生物群落的变化来防止饲料霉变及抑制致病菌[17]，同时乳酸菌还可以降解发酵底物中的有毒物质，如农药及有害代谢产物。乳酸菌产生的细菌素是畜牧业中使用的传统抗生素的潜在和有效替代品。细菌素可以在致病菌膜表面形成孔，增加膜的通透性，改变细胞质膜电位和跨膜pH梯度，从而破坏细胞膜的完整性，最终导致致病菌的死亡。已有研究报道，在青贮饲料中添加产细菌素的乳酸乳球菌或乳酸片球菌等可抑制单核细胞增生李斯特菌[67]、酵母菌和霉菌[68]的增殖及提高青贮饲料的发酵质量。此外，青贮玉米、苜蓿和牧草中的乳酸菌代谢产生的3-苯基乳酸也具有抗真菌活性，是饲料、食品、制药和化妆品工业中的重要防腐剂[69]。上述结果表明，这些乳酸菌在预防饲料霉变方面具有重要作用，筛选合适的乳酸菌发酵饲料来提高饲料发酵质量、保证未来饲料质量安全，特别是作为抗生素的替代品也尤为必要。此外，乳酸杆菌和明串珠菌等乳酸菌属已被证明可利用杀虫剂作为碳源和能源进行代谢[70]，这也为在青贮饲料中利用乳酸作为解毒剂降解有毒化合物提供一种创新策略。目前已有研究报道，植物乳植杆菌在小麦发酵过程中可以降解81%的吡啶磷-甲基(农药)，而不会影响细菌生长和发酵活性[71]。从苜蓿青贮饲料中筛选出的新型β-氯氰菊酯降解菌株戊酸乳杆菌在接种发酵时，不仅提高了青贮饲料的发酵质量，且降解了青贮饲料中的β-氯氰菊酯[72]。从山羊粪便中筛选鉴定的高温凝结魏茨曼氏菌可高效降解棉籽粕中的有毒物质游离棉酚，对棉籽粕饲料进行脱毒[45]。从染料污染的土壤中分离出来的粪肠球菌可降解碱性预处理玉米秸秆中的酚类化合物，当与戊糖乳植杆菌共同发酵时，与单独使用戊糖乳植杆菌相比，不仅降解了发酵产物中的有毒酚类，还使其乳酸浓度提高了近2倍[73]。因此，筛选发掘有毒物质降解乳酸菌对减少饲料中农药、有毒代谢产物残留，提高发酵品质具有重要的实用价值。目前有关饲料乳酸菌及其功能的研究仍处于起步阶段，其潜力尚未充分发掘，需要进一步探索乳酸菌与饲料、动物之间的联系，将饲料进一步开发为向动物输送益生菌物质的载体。

(2) 乳酸菌在种植业中的应用

乳酸菌因其较高的生物安全性和能产生多种有益代谢产物的优势，已被广泛用于促进作物生长、防治植物病虫害等方面。植物微生物组中常见的乳酸菌主要有肠球菌、乳球菌、乳酸杆菌、明串珠菌、链球菌和魏斯氏菌属[74]。乳酸菌可以通过调节磷和钾等重要营养元素的摄取、固定氮以及植物激素和铁载体的产生，直接抑制植物病害和促进植物生长[75]；同时，乳酸菌还可以产生多种抗菌化合物(包括细菌素、二酮哌嗪、脂肪酸的羟基衍生物、3-苯基乳酸)来协助植物抵御病害，或者分泌植物激素和生长素，如赤霉素(gibberellin, GA)、吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid, IAA)等间接地来促进植物生长[75]。此外，乳酸菌的代谢产物乳酸、乙酸、丙酸、甲酸、苯甲酸、过氧化氢和聚乳酸(polylactic acid, PLA)也被报道可对多种目标微生物发挥抗菌活性[37, 76]。它们的抗菌作用模式是多种多样的，包括干扰细胞壁发育、破坏细胞质膜、抑制蛋白质合成、干扰DNA的复制和转录以及干扰隔膜形成等[77]。尽管乳酸菌在植物微生物组中无处不在，但它们作为生物防治剂和植物发育促进剂的潜在作用仍经常被忽视。大量的研究结果表明，乳酸菌可以安全地投入到农业生产中，用于控制植物病害和促进植物生长。当然，需要进一步的研究乳酸菌在田间条件下的生物防治效率以及乳酸菌作为生物防治剂，与其他生物防治技术使用的综合防治计划，进而提高对植物病原体的抑制效率并实现可持续粮食安全生产。

酵母是一种单细胞真菌，能够发酵糖类，在环境中无处不在。许多传统的发酵食品和饮料中均含有酵母，它们也被广泛应用于工业和医学领域。常见的酵母包括红冬孢酵母(Rhodosporidium)、耶氏酵母(Yarrowia)和酿酒酵母(Saccharomyces)等。不同的环境中其酵母的种类也不同，如在发酵食品和饮料中，德巴利氏酵母丰度最高，其次是念珠菌、毕赤酵母和克鲁维酵母菌等；在酒精饮料中最丰富的是酿酒酵母；发酵乳制品中的优势菌株是克鲁维酵母菌；而在发酵蔬菜中，毕赤酵母、耶氏酵母和梅氏酵母是主要种类；在鱼类发酵品中，异常威克汉姆酵母(Wickerhamomyces)和假丝酵母最为常见；在发酵肉制品中则是德巴利氏酵母和耶氏酵母；而在发酵谷物中为德巴利氏酵母；以及发酵豆类中，孢圆酵母则是主要种类之一[78]。

目前研究发现大部分酵母菌具有多种益生特性，如调节肠道平衡、促进饲料转化以及提高宿主免疫功能等，被广泛应用于畜禽养殖和人类益生菌领域[79]。酿酒酵母的变种布拉迪酵母具有抗菌、抗病毒、抗癌、抗氧化、抗炎和免疫调节特性，因此成为市场上最常见的人类益生酵母。布拉迪酵母可用于预防和治疗人类胃肠道疾病，如抗生素相关性腹泻(antibiotic-associated diarrhea, ADD)、炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)、免疫缺陷患者的慢性腹泻、以及成人和儿童的急性腹泻。此外，它还表现出对治疗艰难梭菌和幽门螺杆菌的感染有积极作用[80]。布拉迪酵母治疗胃肠道疾病的机制涉及多个方面，包括调节免疫、产生抗菌物质、竞争性消除病原体、维持肠道屏障完整性、提高肠道吸收营养效率和抗氧化作用[81]。此外，临床数据证实，布拉迪酵母在治疗多种肝脏疾病，如急性肝损伤/衰竭、纤维化、代谢紊乱或感染引起的肝损伤和梗阻性黄疸中也具有潜在的治疗功效[82]。酵母通过多种机制发挥益生作用，如抑制肠道致病菌生长、减少肠道微生物生态畸变、降低宿主细胞与致病菌的亲和力、阻挠致病受体活性位点、增强艰难梭菌毒素抗体的产生、降低肿瘤坏死因子-α (tumor necrosis factor-α, TNFα)基因的表达、提高肠紧密连接蛋白的合成和刺激调节性T细胞的表达等。

放线菌是一类革兰氏阳性细菌，能够形成分枝菌丝和孢子。它们分布于各种环境中，包括极端环境、未充分开发的栖息地、陆地和海洋、内生植物和红树林等。在土壤中的含量极其丰富，1 g土壤中约含有109 CFU个细菌，其中107 CFU的为放线菌[83]。主要代表菌属有链霉菌属Streptomyces、诺卡氏菌属Nocardia和放线菌属Actinomyces等。其中的链霉菌是放线菌中的一个重要代表，其具有广泛的经济和医学价值，能够产生多种抗生素[84]。链霉菌的基因组为线性，GC含量极高(> 70%)，基因组较大(8–10 Mb)，基因组上有多个生物合成基因簇，是许多具有医疗或农业用途的生物活性化合物的来源。

链霉菌不仅能产生抗菌物质和分泌的消化酶，还能形成的耐热和耐干燥的孢子，使其在水产养殖中被广泛的应用。大量研究表明链霉菌对水产养殖有积极作用，特别是在提高存活率、生长率、饲料转化效率和预防肠道感染方面。如从土壤中分离的S. amritsarensis N1-32可抑制10种鱼类病原菌，显著提高草鱼的存活率[85]。另外，链霉菌不仅在水产养殖中具有益生作用，在陆地脊椎动物中同样也有益生作用。如，从肉鸡中筛选鉴定的Streptomyces sp. JD9作为饲料添加剂可显著提高肉鸡的生长性能，且具有良好的粘附性能和非溶血活性[86]。从海龟蛋壳中分离出的链霉菌，可抵御镰刀菌感染，避免海龟卵融合症的发生[87]。此外，S. fradiae分泌的大环内酯类抗生素泰乐菌素，已被广泛用于饲料添加剂，用作促进动物生长和疾病治疗[88]。目前产自S. toxytricini的抗生素奥利司他已被批准用于合成减肥药，并已开始应用于临床[89]。

链霉素另一个重要的益生菌特性是它的解毒能力。动物饲料中常受到真菌毒素的污染，如黄曲霉毒素、伏马菌素、赭曲霉毒素和玉米赤霉烯酮等。可可链霉菌阿苏亚种(K234)已被证明能有效降解黄曲霉毒素并消除遗传毒性，S. rimosus (K145和K189)几乎可以100%降解玉米赤霉烯酮[90]。筛选和发掘更多的毒素降解链霉菌，使毒素在被肠道吸收之前就将其降解，将为人类的安全饮食提供更多的保障。

近年来，随着测序技术和生物信息学技术的发展，我们发现了一类具有极大益生潜力的微生物，称为下一代益生菌(next-generation probiotics, NGPs)，其定义为，“比较分析微生物群落后确定的活的微生物，当施用足量时，对宿主的健康有益”[91]。目前研究较多的NPGs主要有：普拉梭菌(Faecalibacterium prausnitzii)、嗜黏蛋白阿克曼菌(Akkermansia muciniphila)、脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)、普雷沃氏菌(Prevotella copri)、活体生物药(live biotherapeutic products)、多形拟杆菌(Bacteroides thetaiotaomicron)、金氏拟杆菌(Parabacteroides goldsteninii)、小克里斯滕森氏菌(Christensenella minuta)、霍氏真杆菌(Eubacterium hallii)以及戈氏副拟杆菌(Parabacteroides goldsteinii)等[92-93]。下一代益生菌是一把双刃剑，因此对候选菌株进行系统的安全性评价至关重要。评价内容应包括菌株的稳定性、耐受胃酸和胆盐能力、抗药性、抗生素敏感性、转移性以及移位可能性、产品生产的可控性和稳定性等方面，以确保候选益生菌使用的安全性和有效性。此外，与乳酸菌等传统的益生菌不同，下一代益生菌应把培养目标鉴定在种水平上，且在使用时需严格限定适用人群，以实现精准施用。O’Toole等指出，下一代益生菌应该包括各种未开发和使用的肠道非典型益生菌和基因改造菌种。这些菌种源于宿主的共生菌，目前还处于实验室研究阶段，然而，最终它们可能会被列入益生菌名录或被开发成为生物药物[94]。目前，在下一代益生菌的开发中，主要有两种策略被广泛应用。一种是将特定菌株的存在或缺失与健康表型关联起来，并探索该菌株在一定的数量下其是否可以重现健康表型，这与目前益生菌的开发策略相似。另一种策略则是选择具有明确特征的益生菌菌株，并将其作为特定分子的传输载体。这种策略同样基于对某种机制的了解，表明该分子的添加将解决疾病表型并提高健康状况[94]。

普拉梭菌(Faecalibacterium prausnitzii)是人体肠道中丰度最高的共生菌之一，占健康成人细菌总数的5%以上[95]。属于瘤胃球菌科、厚壁菌门的厌氧革兰氏阳性杆菌，对氧气高度敏感，且极难在实验室中进行培养。目前，随着宏组学测序技术的发展，已鉴定了402种F. prausnitzii菌株，但仅有14种被完整测序。F. prausnitzii菌株中似乎不存在内源性质粒，其染色体呈环状结构，大小约3 Mb，其中编码了约3 000种蛋白质[95]。大多数F. prausnitzii均可利用简单的碳水化合物为碳源，但在发酵复杂的碳水化合物时不同菌株存在明显差异[96-97]。此外，普拉梭菌还可以利用肠粘膜糖蛋白中的N-乙酰葡糖胺作为其碳源[97]。

F. prausnitzii具有抗炎特性，在肠道生理和宿主健康中起着至关重要的作用。该菌在发酵葡萄糖时可产生短链脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)，甲酸以及d-乳酸等代谢产物[92, 96]。它是肠道中最重要的产生丁酸盐的细菌之一，而丁酸盐是一种短链脂肪酸，可为结肠细胞提供能量、增强上皮屏障的完整性和黏膜免疫、调节肠-脑轴、抑制组蛋白的脱乙酰化等[98]。研究表明，在结肠炎重、中度模型中，灌胃给予F. prausnitzii可通过下调MPO+、促炎细胞因子和T细胞的表达来显著降低结肠炎疾病指数[99]。有趣的是，F. prausnitzii分泌到培养基上清液中的七肽微生物抗炎蛋白(15 kDa蛋白)也具有阻断核因子κB (nuclear factor kappa-B, NF-κB)通路的能力[100]，可通过释放增强肠道屏障功能和影响细胞膜通透性的代谢物来减轻炎症[101-102]。此外，F. prausnitzii还可以保护结肠上皮屏障免受辐射的损害，在大鼠体内接种该菌株可减轻辐射诱导的细胞膜高通透性和结肠粘膜中中性粒细胞的浸润，同时提高结肠隐窝上皮细胞白细胞介素18 (interleukin-18, IL-18)的含量[103]。F. prausnitzii已被开发为治疗癌症的潜在药物。在乳腺癌患者中，F. prausnitzii的丰度降低，与各种磷酸胆碱呈负相关。研究表明，接种F. prausnitzii可以通过抑制白细胞介素6/信号传导转录启动因子3 (interleukin-6/signal transducer and activator of transcription 3, IL-6/STAT3)途径抑制乳腺癌(breast cancer, BC)细胞生长[104]。同时，F. prausnitzii菌群及其代谢物(如磷胆碱)的变化似乎可用于生物标志物检测乳腺癌[104]。在慢性肾病(chronic kidney disease, CKD)患者中，补充F. prausnitzii可改善CKD小鼠的肾功能障碍和肾脏炎症，并降低血清中各种尿毒症毒素的水平，这可能归因于丁酸盐介导的G蛋白偶连受体43 (G-protein coupled receptor-43, GPR-43)信号通路，改善了肠道微生态和肠道完整性[105]。近年来，肠道微生物菌群在评估疾病诊断和/或预后方面引起了人们的兴趣。据报道，粪便或粘膜相关的F. prausnitzii的丰度是可作为潜在生物标志物检测肠道疾病的指标[106]，低F. prausnitzii丰度与肠道疾病(如结直肠癌、克罗恩病和溃疡性结肠炎等)的发生有关[107]。目前需要进一步的前瞻性研究来确定这些生物标志物的可靠性，以便长期监测治疗的疗效。

嗜黏蛋白阿克曼菌(Akkermansia muciniphila)是一种耐氧厌氧细菌、属于革兰氏阴性菌，其形状多为椭圆形。该菌定殖于人类胃肠道的黏液层、多分布于结肠中、占粪便菌群的1%–4%[108]。该菌株属于疣微菌门、Akkermansia属，目前从不同肠道环境中已分离出多个A. muciniphila亚群。在临床和人体实验中应用最多的为人源A. muciniphila MucT。A. muciniphila可在较宽的温度范围和pH值范围内生长，并具有一定的耐氧性[109]。该菌编码567种分泌蛋白，例如糖水解酶、唾液酸酶和硫酸酯酶[110]。这些特性表明，A. muciniphila是一种适应性强的肠道菌群，在肠道健康维护中起着重要作用。

经过巴氏消毒的A. muciniphila是第一个获得欧洲食品安全局(European Food Safety Authority, EFSA)批准的具有益生作用的NGPs，在功能性食品中活细胞数量低于10 CFU/g的条件下，目标人群每天摄入3.4×1010个菌体是安全的[111]。研究表明，A. muciniphila在代谢紊乱、肠道炎症、神经退行性疾病和癌症等方面都具有益生作用[112]。每天口服经巴氏消毒后的A. muciniphila可能会通过减少碳水化合物的吸收和增强肠上皮细胞的功能，来改善因饮食引起的肥胖[113]。研究还发现，在代谢紊乱的糖尿病、肥胖、非酒精性脂肪肝和心血管疾病患者中，A. muciniphila水平显著降低[110, 112]。小鼠接种A. muciniphila后可改善高脂饮食诱导的代谢紊乱，包括脂肪重量的增加、脂肪组织炎症和胰岛素抗性。此外，小鼠胆固醇水平和血清甘油三酯水平也得到了降低[114]。A. muciniphila可以通过多种途径对小鼠肝脏脂质代谢产生积极影响，并预防非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)。具体而言，A. muciniphila可通过调节参与脂肪合成的基因的表达(如，抑制甾醇调节元件结合蛋白的表达)和肝脏中不同的炎症标志物[如下调白细胞介素1β (interleukin-1β, IL-1β)、白细胞介素6 (interleukin-6, IL-6)、谷丙转氨酶(alanine aminotransferase, ALT)和髓过氧化物酶的表达][115]。除上述功能之外，A. muciniphila还表现出在多个方面维护宿主健康的潜力。在动脉粥样硬化的小鼠模型[apolipoprotein E-deficient (ApoE−/−)小鼠]中，补充A. muciniphila成功改善了小鼠动脉粥样硬化病变[116]。A. muciniphila在肠道炎症背景下的益生功能也得到了证实。补充A. muciniphila可恢复结肠炎小鼠的肠道屏障功能、改善DSS诱导的结肠炎、恢复体重和结肠长度[117]。在结直肠癌患者，IL-2和A. muciniphila联合治疗呈现出更强的抗肿瘤效果，口服A. muciniphila可显著增强白细胞介素2 (interleukin-2, IL-2)对皮下黑色素瘤和结直肠癌小鼠的治疗效果[118]。另外，研究还发现，A. muciniphila具有保持肠道健康所必需的多种功能，如能够维持肠道免疫和调节肠道屏障功能。A. muciniphila可通过恢复杯状细胞的数量、增强紧密连接蛋白Occludin和Claudin的蛋白表达来改善粘液厚度[119]。A. muciniphila还可以分泌一种外膜绒毛样蛋白，通过调节特定细胞因子和Toll样受体(TLR2和TLR4.67)来增强宿主的免疫系统、维持肠道屏障的完整性，从而抑制病原菌的感染[120]。

脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)为一种共生的革兰氏阴性专性厌氧菌，在人类胃肠道的下部定殖，约占肠道微生物群的1%[121-122]。近期的研究表明，此菌还广泛存在于口腔、上呼吸道和女性生殖道中。B. fragilis呈杆状、末端为圆形，菌落光滑、几乎无凸起。脆弱拟杆菌属于机会性病原体，包含2种亚型：非产毒型和产肠毒素型(enterotoxin-producing type, ETBF)。大多数ETBF菌株具有编码脆弱拟杆菌毒素(bacteroides fragile toxin, BFT)的bft基因，这是其产毒性的原因[123]。与此同时，一些非产毒型的脆弱拟杆菌被认为对宿主肠道健康具有积极作用。这些菌株通过释放多糖A (polysaccharide A, PSA)等有益物质，来促进肠道健康[124]。

近年来的研究表明，脆弱拟杆菌在多种疾病中都具有益生性的作用。脆弱拟杆菌能够介导CD4 T细胞反应，并通过产生多种细胞因子，如白细胞介素IL-2、干扰素γ和白细胞介素IL-10等，来抑制病原菌感染宿主，减轻脓肿的形成[125-126]。在无菌小鼠中补充脆弱拟杆菌后，可促进免疫系统和身体发育[127]。而在结肠炎小鼠中补充脆弱拟杆菌，则可以缓解结肠炎动物模型中的肠道炎症，并可抵抗致病菌的感染[128]。此外，脆弱拟杆菌还可促进短链脂肪酸(SCFAs)的分泌，负调控NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3 (NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3)介导的炎症信号通路，抑制巨噬细胞的激活和白细胞介素IL-18、IL-1β等促炎介质的分泌，从而降低肠道炎症水平，限制结肠炎相关癌症的发展。脆弱拟杆菌的一些菌株，如HCK-B3和卵形拟杆菌ELH-B2，则通过减少促炎因子(如TNF-α)和增加抗炎因子IL-10、恢复Treg/Th-17平衡等方式，来维持肠道微生物群的多样性，并减少脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)诱导的炎症反应[129]。研究发现，自闭症谱系障碍小鼠具有社交障碍和胃肠道屏障缺陷等特征，口服脆弱拟杆菌可以改善这些缺陷，并且对后代的神经发育障碍和胃肠道异常有明显改善作用[130]。除上述疾病之外，在其他疾病模型中也发现了脆弱拟杆菌的益生作用。脆弱拟杆菌释放的PSA还可以通过诱导CD4 T细胞的扩增和IL-10的产生来预防气道炎症和实验性哮喘[131]，通过降低LPS和提高1, 5-无水葡萄糖醇(1, 5-gluconitol anhydrous, 1, 5-AG)水平来改善小鼠的肾纤维化[132]，或通过调节性T细胞介导的炎症途径来预防大鼠衰老相关的心房颤动[133]。脆弱拟杆菌的另一个益生作用是通过抑制其他微生物的生长或易位来抵御细菌感染，而这一作用被广泛应用于不同的细菌感染模型。如，在艰难梭菌感染小鼠模型中，补充脆弱拟杆菌后，可通过预防细胞凋亡以及减少紧密连接蛋白ZO-1和粘蛋白MUC-2的损失，来保持肠道屏障的完整性，从而抑制艰难梭菌的感染[134]。同时，在另一项研究中，脆弱拟杆菌通过抑制沙门氏菌的易位来抵御细菌感染[135]。这些研究结果表明，脆弱拟杆菌在预防和治疗各种细菌感染中具有潜在的应用前景，但仍需深入的研究与实践来验证其益生作用。

总体而言，脆弱拟杆菌通过多种机制发挥益生作用，包括与其他微生物的相互作用，恢复肠道微生物菌群平衡以及维持粘膜免疫和肠道屏障完整性。此外，Tan等对脆弱拟杆菌HCK-B3的安全性进行了评价，并未观察到其在体重、血液参数、肝脏参数、细胞因子以及组织的体内致病特性方面的不良影响[136]。而在健康和免疫缺陷小鼠中给予脆弱拟杆菌HCK-B3，也几乎没有不良影响。这些结果表明脆弱拟杆菌B. fragilis HCK-B3是一个非常安全的潜在的下一代益生菌菌株，但仍需更多的技术手段和多方面的研究来进一步评估其安全性。

普雷沃氏菌(Prevotella copri)是一种专性厌氧的革兰氏阴性菌，具中等的糖解能力和胆盐敏感性，形态为短杆状，无孢子、非运动。目前，关于普雷沃氏菌对人类健康的影响是积极的还是有害仍处于相互矛盾的阶段[137]。部分研究者认为普雷沃氏菌是有害的，与炎症性疾病，如类风湿性关节炎[138]、强直性脊柱炎[139]以及单核细胞增生李斯特菌肠道感染[140]有关。然而，另一些研究者则认为普雷沃氏菌在人体的健康状况改善中是有益的。实际上，使用富含纤维的食物可以增加普雷沃氏菌的丰度，而普雷沃氏菌丰度较高的肠道微生物组可以增强宿主的减肥效果[141]，降低胆固醇水平[142]。此外，一项对1 000多人饮食与肠道细菌之间的关联的研究发现，普雷沃氏菌可能对葡萄糖稳态和宿主代谢是有益的[143]。雷沃氏菌通过膳食纤维发酵产生的琥珀酸，可以改善葡萄糖代谢和胰岛素敏感性[144]。在高脂/高糖饮食小鼠模型中接种普雷沃氏菌后，也发现了该菌的益生表型。通过使用具有肠上皮细胞特异性缺失参与糖异生的限速酶的小鼠模型，证明了由普雷沃氏菌产生的琥珀酸盐是改善葡萄糖代谢和胰岛素敏感性的一个重要机制[144]。此外，普雷沃氏菌还可通过与肠道菌群，特别是法尼醇X受体(farnesoid X receptor, FXR)信号通路相结合，调节胆汁酸(bile acids, BA)的代谢和转运途径，改善原发性硬化性胆管炎的胆汁淤积和肝纤维化[145]。虽然大量的研究报道了普雷沃氏菌的益生作用，但普雷沃氏菌产生这些益生作用的机制仍不明确，这种不确定性可能是关于普雷沃氏菌对人类健康是有益还是有害的争论的原因[137-146]。同时，普雷沃氏菌的物种水平和菌株水平的差异性，极大地影响了宿主体内普雷沃氏菌对不同饮食的反应，也阻碍了明确普雷沃氏菌在肠道健康中的有益作用，目前最可靠的结论是普雷沃氏菌的多样性越高，微生物组的发酵能力就越有利于人体肠道健康。

活体生物药(live biotherapeutic products, LBPs)是一种生物制品，含有活的微生物(如细菌、酵母)，用于预防、治疗或治愈人类的疾病，而不是用于疫苗接种[147]。LBPs种类多样[148]，包括单个或多个益生菌、粪菌移植(fecal bacteria transplantation, FMT)、代谢产物及工程菌，其益生功能可通过携带的微生物自身特性实现，也可通过基因工程来赋予。在任何情况下，LBPs都执行特定的治疗功能，这也是其与益生菌的不同之处。LBPs具有广泛的益生功能，如调节黏膜免疫系统、原位生产治疗药物、营养/毒素代谢，甚至可用于活体诊断[149]。与其他治疗方式(如小分子、生物制剂、基因疗法)不同，LBPs是活的、生长的，具有动态相互作用。由于复杂的肠道生态环境，LBPs的设计面临着独特的挑战，必需考虑它们在宿主内所需的存活条件、与宿主免疫系统的潜在相互作用，以及与肠道微生物组的其他菌株之间的竞争关系。

近年来，越来越多的活体生物药进入临床阶段，这些药品使用的菌株也不再限于常见的食品菌株，下一代益生菌也在不断涌现，如国际上首次采用下一代益生菌Bacteroides fragilis开发的活体生物药SK08，在2019年已获中国药监局批准进入临床。最近，SK08联合细胞死亡蛋白-1/程序性死亡配体1 (cell death protein-1/programmed death ligand 1, PD-1/L1)单抗治疗实体瘤在2022年获批临床，这是中国药监局首次批准活体生物药用于肿瘤治疗的临床研究。随着组学与合成生物学的发展，基于组学设计的针对特定疾病治疗的基因工程LBPs也迅速被用于临床试验中。首批的基因工程LBPs之一是乳酸乳球菌，通过改造使其分泌白细胞介素10来治疗肠道炎症[150]。此外，LBPs也可以通过基因工程来感知和响应肠道的动态环境。如，研究发现的一种基因工程乳酸菌响应铜绿假单胞菌特异性群体感应分子后，释放抗菌和抗生物膜蛋白[151]。表达苯丙氨酸降解酶的基因工程菌EcN，可以感知肠道中的氧气浓度的变化而启动治疗功能，广泛用于缺氧环境的苯丙酮尿症的治疗。通过改造，使EcN不仅可定向靶向结直肠，同时也可分泌黑芥子酶，将膳食中的硫甙转化为萝卜硫素，使结直肠癌小鼠模型中肿瘤发生率降低了7倍[152]。总的来说，使用基因工程方法在分子水平上控制了LBPs与宿主间的相互作用，反映了其感应外部环境来诱导分泌治疗的潜力。

虽然益生菌资源是重要的战略资源，然而绝大多数的益生菌都难以进行培养繁殖，为了进一步发掘益生菌资源，各种新型微生物培养技术应运而生。二代测序和流式细胞术等也被用于开发新型培养方法，用来分离以前未培养的细菌或探索目标样品中的活性物质。近年来出现的新型培养技术主要有：共培养、基因组学与流式细胞术结合的反向基因组学培养、高通量培养技术、原位培养技术、细胞微囊包埋技术和基于微流控或膜扩散的培养法等[153-154]。事实上，新型的培养技术在发掘筛选益生菌资源的应用中仍处于探索阶段，复杂的生境、多变的特征，是发掘益生菌资源路上不得不克服的难点。

不论是乳酸菌、酵母菌等传统益生菌，还是普拉梭菌、脆弱拟杆菌、嗜黏蛋白阿克曼菌和普雷沃氏菌等下一代益生菌，都可通过多种机制发挥益生作用。多项研究表明，益生菌能够增强免疫系统，减少LPS相关信号传导，改善肠道微生物群的活性，并通过维持肠道屏障完整性来防止肠漏的发生。尽管如此，益生菌仍不总适用于治疗，它们的增殖能力有限，因此需要根据具体情况选用适当的益生菌菌株和制剂。此外，治疗剂量、时间，以及搭配使用的其他药物等也需要注意，避免不必要的副作用。特别是，对于免疫功能低下或病危的脆弱患者，不建议使用益生菌，因为它可能导致菌血症、心内膜炎、脑膜炎、胸膜肺感染、腹腔脓肿、尿路感染和龋齿[155]。一项研究报告称，大肠杆菌Nissle 1917，一种通常用作益生菌的菌株，具有与其他大肠杆菌菌株中检测到的致病性相同的基因[156]。一旦这些沉默基因被未知触发因素激活，它们可能会对患者造成致病作用，从而大大限制益生菌的安全性。如何规避这些问题，更安全有效地使用益生菌显得尤为重要。

发掘各种益生菌资源，并针对不同的疾病寻找相应的益生菌，是益生菌安全有效使用的关键所在。益生菌资源的开发与利用是目前健康产业领域中关注的一个热点，但目前仍存在不足之处。如，缺乏科学的评价体系来指导益生菌菌株和品种的选择，益生菌开发周期长，益生菌生产技术落后和成本较高等。基于基因重组和基因编辑等技术的研究，已经成功缩短了益生菌开发的周期，并挖掘出更多功能性的益生菌品种。其中，基于内源性CRISPR-Cas系统等高效基因组编辑工具开发的益生菌底盘细胞资源的成功示范[157]，证明了基因重组技术在益生菌开发方面的应用前景，也为益生菌基因层面研究提供了有力支持。为了全面了解益生菌资源，需要将高通量测序、合成生物学等分子工具与新型的培养技术结合。利用高通量测序技术，可以捕获环境中更多的益生菌种群，通过分析宏基因组、宏转录组数据，鉴定相关益生功能基因簇及所有的毒力基因和耐药基因。同时，通过利用新型培养技术，可以有针对性地筛选发掘新型的益生菌资源，找到更有效的单一潜在益生菌品种，为安全高效发掘益生菌资源奠定了基础。为了进一步推动益生菌的开发利用，还需要运用基因编辑技术对益生菌进行基因改造。通过精简基因组敲除可能的致病耐药基因等手段，可以构建更安全的新型益生菌。同时，利用合成生物学技术在益生菌底盘细胞中表达功能基因簇，可以构建超级益生菌。这些技术的综合应用，将有助于鉴定、筛选出更多安全有效的新型益生菌资源，并为开发更多超级益生菌提供更广泛的技术支持。