根據世界衛生組織（World Health Organization, WHO）的定義，如果攝取足夠分量的活微生物能夠有益宿主的健康，這活微生物便是益生菌（live microorganisms which when administered in adequate amounts confer a health benefit on the host）
人體中存在大量微生物組群（microbiota），當中大部份存活在腸道裡，其餘分佈在口腔、呼吸道、皮膚、陰道等部位。當中對健康有益的微生物就是益生菌。人體微生態平衡與健康息息相關，尤其腸道微生物的組成會直接影響腸道免疫系統，進而影響整體健康。微生態平衡講求擁有足夠數量的益菌，並抑制體內害菌，維持整體健康。
益生菌在何處找？
第一批益生菌
人體上的第一批益生菌其實不假外求，早在母親懷孕的時候，微生物已經從胎盤傳給胎兒，然後在分娩時，母親的陰道內的益生菌便傳給嬰兒，成為寶寶出生的第一份禮物，有利於寶寶健康成長。反之，剖腹產的嬰兒的腸道微生物組群跟順產的不同，她們得到過敏疾病的風險也比較高，而且腸道微生物組群的結構在大約三歲後大致成形，因此益生菌對嬰兒的健康成長非常重要。
找到益生菌的食品
益生菌在很多食品裡可以找到，尤其是奶類製品豆類製品和經過發酵的食品，例如乳酪（yoghurt）、酪漿（buttermilk）、酸菜（pickles）、泡菜（kimchi）、納豆（natto）、克菲爾（kefir）、德式酸菜（sauerkraut）、味噌（miso）、紅茶菌（kombucha）等等。
益生菌的好處
- 腸道健康
- 控制過敏
- 對抗肥胖
- 精神健康
益生菌能夠有效改善腸道環境和消化系統。益生菌能夠產生多種酶消化食物，並製造人體所需的維生素、葉酸、胺基酸等物質，並協助分解有害物，保持腸道細胞的緊密連接，阻止有害細菌和病毒入侵。
益生菌可以緩和腸胃不適和腹瀉，包括因服食抗生素或由難辨梭菌（Clostridioides difficle）感染引致的腹瀉。益生菌會製造不同抗菌物質，抵禦細菌和病毒入侵。另外，益生菌會調節腸道活動，增加蠕動，改善便秘。另外，益生菌亦有減低發炎的功能，所產生的短鏈脂肪酸（short chain fatty acids, SCFAs），可以降低發炎程度，促進腸道內微生態回復平衡。
益生菌有助調控免疫系統和對抗過敏。大量科學研究佐證益生菌可以應用於與免疫系統和過敏有關的疾病，例如食物過敏等。通過調和免疫反應機制間的平衡，例如調控輔助T細胞中（helper T cells）Th1和Th2的數量和活躍程度，調整不同細胞因數（cytokines）的含量，控制過敏反應。
肥胖和糖尿病是非常常見的慢性疾病，都是因為攝取過多能量，引致中央能量代謝失調的結果。過多糖分會使細胞超出負荷，升高血糖，又會轉化成脂肪，然後引致慢性發炎反應；過多膽固醇會形成難以溶解的斑塊（plaque），積聚在血管壁，引起慢性發炎。益生菌能夠調控腸胃激素的分泌，降低血糖，維持糖和脂肪代謝的體內平衡，並降低膽固醇積聚的風險。此外，益生菌也影響對飽餓信號的控制，達到抑制食欲的效果。
很多研究指出，腸道微生物組群會影響大腦的資訊傳遞和精神健康，例如情緒、壓力、焦慮等現象都跟腸道微生物有關，這就是腸道微生物組群調控腸道跟大腦的聯繫機制、即是腸-腦軸（gut-brain axis）。有研究發現益生菌會產生神經傳導物質（neurotransmitters），包括色胺酸（tryptophan）、γ-胺基丁酸（γ-aminobutyric acid）、血清素（serotonin）、去甲腎上腺素（noradrenaline）等等，有助減輕焦慮和憂鬱症狀，甚至改善自閉症。腸道微生物組群、益生菌、和精神健康三者的關係，已經成為生物醫學研究上一個新領域。
常見益生菌株的功效
乳雙歧桿菌
（Bifidobacterium lactis）
副乾酪乳桿菌
（Lactobacillus paracasei）
植物乳桿菌
(Lactobacillus plantarum)
嗜酸乳桿菌
（Lactobacillus acidophilus）
能夠分泌抗生素相近物質
⾧雙歧桿菌
（Bifidobacterium longum）
鼠李糖乳桿菌
(Lactobacillus rhamnosus)
為腸道黏性強，並且容易在腸道內定 植
乳雙歧桿菌
（Bifidobacterium lactis）
過敏是全世界非常常見的健康問題，包括過敏性氣喘等。過敏是免疫系統過度反應的現象，其中輔助T細胞（T helper cells）中Th1細胞及Th2細胞的平衡是一個關鍵。如果Th2的反應過激，便容易產生過敏，反之Th1可以抑制過敏反應。在一項關於過敏性氣喘的研究中，老鼠被注射卵蛋白（ovalbumin, OVA）用作引發過敏性氣喘的致敏原，其中兩組服食不同劑量的乳雙歧桿菌GKK2菌株製劑，經過氣管收縮藥物刺激後，有服食GKK2的老鼠的呼吸道阻力，在不同的藥物劑量上，都比沒有服食GKK2的明顯下降，顯示GKK2有效改善氣喘現象。
過敏會引發跟過敏相關的IgE抗體增加，和刺激肥大細胞（mast cells）和嗜酸性白血球（eosinophils）釋放，又會觸發巨噬細胞（macrophages）增生以對抗致敏原，引起嚴重免疫反應。餵食高劑量GKK2的老鼠的巨噬細胞數量顯著降低，而且低高劑量GKK2的兩組的血清中針對OVA的IgE濃度和嗜酸性白血球數量都明顯降低，能夠抑制過敏的IgG2a抗體含量也有效提升，證明免疫系統的過敏指標跟改善過敏性氣喘的表現相符合。
抵抗病毒入侵也是乳雙歧桿菌GKK2的重要功能。在培養細胞實驗中，用上不同濃度的GKK2發酵全液，在不同時間加入甲型流感（influenza A）病毒H1N1以模擬預防（pre-treatment）、共培養（co-treatment）、和治療（post-treatment）的不同情境，發現GKK2在上述三種情況下都顯著提高了細胞存活率，而且對細胞沒有毒性。結合其他研究結果，推論GKK2可以阻止病毒與細胞接合，抑制病毒的合成或抑制病毒從細胞中釋放；另外GKK2的代謝物中有醋酸（acetic acid）和丙酸（propionic acid），推測可能有助於治療病毒感染。
在另一項雙盲隨機對照實驗中，參加者接受甲型流感疫苗病毒株注射，治療組參加者服食加入乳雙歧桿菌的牛奶，然後在不同時間量度其血液中針對疫苗的IgG抗體量、唾液中針對疫苗的IgA和IgM抗體量、和其他免疫反應參數，顯示服食乳雙歧桿菌補充劑的參加者的抗體含量明顯提高，反映該菌對黏膜相關免疫反應和系統性免疫反應都有提升，而且不會引致非針對目標的免疫過激反應，效果安全。
腸道主宰人體對營養的消化吸收，被認為是後天之本。乳雙歧桿菌除了調控免疫系統，防止病原體入侵，在調理腸胃功能上也非常有效。乳雙歧桿菌可以促進腸道蠕動，增加排便頻率和軟化大便，改善便秘。另一方面，乳雙歧桿菌可以緩減小兒腹瀉，並減少因服食抗生素引致的腹瀉。在治療幽門螺旋菌（Helicobacter pylori）的過程中，患者服食乳雙歧桿菌補充劑，其成功率比對照組要高，不良副作用也明顯減少。以上的功能都有雙盲隨機對照實驗佐證。
副乾酪乳桿菌
（Lactobacillus paracasei）
除了降低血糖，副乾酪乳桿菌GKS6也被應用於保護肝臟健康。在老鼠對照實驗中，進食高酒精飲食並服食GKS6的老鼠的血清內穀丙轉氨酶（alanine transferase, ALT）升高幅度明顯比單純高酒精飲食的老鼠要低，並有效降低血清三酸甘油酯和總膽固醇的增加，而且肝臟內三酸甘油酯和總膽固醇含量也比高酒精飲食的老鼠要低。血清內穀丙轉氨酶上升是肝細胞損傷的指標，因此植物乳桿菌可以減少酒精對肝臟的損害。肝臟的其中一個功能是解毒，肝臟細胞有穀胱甘肽（glutathione）和過氧化氫酶（catalase）用於分解有害的自由基（free radicals）和活性氧類（reactive oxygen species）分子，減少氧化物對細胞的破壞。實驗顯示服食GKS6的老鼠肝臟內的穀胱甘肽和過氧化氫酶活性比高酒精飲食的老鼠明顯要高，胃腸組織切片也顯示酒精引致的組織壞死的情況有所改善。
副乾酪乳桿菌GKS6對於保持骨骼健康有特殊功用。有實驗利用切除卵巢（ovariectomy, OVX）的老鼠來模擬激素失衡導致骨質疏鬆的狀態，服食GKS6的OVX老鼠的骨骼健康指標，無論是股骨骨小梁厚度（trabecular thickness）、骨礦物質密度（bone mineral density）和骨小梁間距（trabecular separation）都顯著改善，效果媲美治療骨質疏鬆藥物阿侖膦酸鈉。進一步實驗發現用於造骨的基因表達提高，破骨的基因表達降低，顯示有利於骨骼健康。
人體腸道內住著數以千億計的微生物，跟腸細胞下的免疫系統溝通，進而跟其他器官互通資訊，例如皮膚。跟很多益生菌一樣，副乾酪乳桿菌可以改善腸道微生物生態，調控免疫系統，例如抑制引致發炎的Th1細胞（T helper cells）反應，並促進抑制發炎的細胞因數（cytokines）IL-10和FoxP3+ T調控細胞（regulatory T cells）的產生。最新研究發現副乾酪乳桿菌會產生細胞外囊泡（extracellular vesicles），透過細胞內的內質網膜應激（endoplasmic reticulum stress）機制，加強產生抗炎物質，有助於控制發炎性腸病（inflammatory bowel disease, IBD）。副乾酪乳桿菌也通過促進細胞因數TGF-β的產生以維護皮膚屏障的完整，減輕過敏發炎情況和減少水分流失。
植物乳桿菌
(Lactobacillus plantarum)
攝取過量的脂肪會累積在肝臟和身體其他部位的脂肪細胞，除了引致血液內三酸甘油酯（triglycerides）和膽固醇（cholesterol）升高，也觸發慢性發炎反應。在使用白老鼠的對照實驗中，喂飼高脂飲食加植物乳桿菌的一組老鼠，增重幅度比高脂飲食組和正常飲食對照組還要低，總脂肪量和內臟脂肪量的增加都比正常組要低。如果觀察植物乳桿菌劑量對脂肪攝取量的影響，更加發現血清內三酸甘油酯、低密度脂蛋白膽固醇對高密度脂蛋白膽固醇比例（LDL-cholesterol/HDL-cholesterol ratio）跟劑量呈正向相關，高密度脂蛋白膽固醇（HDL-cholesterol）的增加也跟劑量成正比，而且糞便內三酸甘油酯和膽固醇量也跟劑量成正比。服食植物乳桿菌的老鼠，其肝臟和脂肪組織切片中也發現脂肪顆粒比高脂飲食組的明顯縮小。綜合來說，植物乳桿菌有抑制脂肪積聚、促進脂肪降解代謝及排走的效果。
過多脂肪會扭曲正常的能量代謝路徑，產生酮體（ketone bodies）並引致尿酸（uric acid）積聚，造成痛風（gout）。在老鼠對照實驗中，植物乳桿菌能夠顯著減低血清內尿酸和酮體水準，並呈與劑量正相關。在培養實驗中，植物乳桿菌的消化尿酸前驅物能力比其他益生菌品種更勝一籌。證明植物乳桿菌可以幫助修正過量脂肪對代謝路徑偏離的不良影響。
喝酒過量也是現代人普遍的健康問題，植物乳桿菌有助緩減脂肪對肝臟的傷害。在老鼠對照實驗中，有高酒精飲食並服食植物乳桿菌的老鼠的血清內穀丙轉氨酶（alanine transferase, ALT）升高幅度明顯比單純高酒精飲食的老鼠要低，並有效降低血清三酸甘油酯和總膽固醇的增加，而且肝臟內三酸甘油酯和總膽固醇含量也比高酒精飲食的老鼠要低。血清內穀丙轉氨酶上升是肝細胞損傷的指標，脂肪在肝臟內過量累積也是異常，因此植物乳桿菌可以減少酒精對肝臟的損害。肝臟的其中一個功能是解毒，肝臟細胞有穀胱甘肽（glutathione）和過氧化氫酶（catalase）用於分解有害的自由基（free radicals）和活性氧類（reactive oxygen species）分子，減少氧化物對細胞的破壞。實驗顯示服食植物乳桿菌的老鼠肝臟內的穀胱甘肽和過氧化氫酶活性比高酒精飲食的老鼠明顯要高，有助於減輕細胞氧化的現象。
植物乳桿菌跟很多益生菌一樣，有調控免疫系統的功能，例如是舒緩濕敏。在一項雙盲隨機對照實驗中，服食植物乳桿菌的患者，其用於評估嚴重程度的SCORAD分數普遍有效降低，引致發炎的白血球介素（interleukins）IL-4和IL-17降低，抑制免疫反應的Foxp3+含量增加，顯示植物乳桿菌有效平衡免疫系統，舒緩濕敏症狀。
一項有趣的發現是植物乳桿菌有保持骨骼健康的作用。有實驗利用切除卵巢（ovariectomy, OVX）的老鼠來模擬激素失衡導致骨質疏鬆的狀態，服食植物乳桿菌的OVX老鼠的股骨骨小梁間距（trabecular separation）縮短，骨質疏鬆的表現降低，進一步實驗發現用於造骨的基因表達提高，破骨的基因表達降低，顯示有利於骨骼健康。
益生菌？益生元？後生元？
人類和益生菌都是生物，我們以為如果益生菌死掉了，她們的功能便失去，不能發揮作用，一切到此為止，原來並不是，科學家發現死菌也有類似活菌的作用。事實上，益生菌活體的衍生物質，包括死菌、細胞碎片、和代謝產物等物質對人體都是有益的東西，統稱為後生元（postbiotics）。至於我們常聽到的益生元（prebiotics），是益生菌的食物、而宿主不能消化的物質，並對宿主的健康有益，常見的有菊糖（inulin）、半乳糖寡糖（galactooligosaccharides）和果糖寡糖（fructooligosaccharides）。很多益生菌產品，有加入益生元一併使用以增進效能，便成為合生元（synbiotics）。
後生元解構
後生元有很多種類，有從培養液提取的無細胞上清液（supernatants）、細胞發酵產物、破碎細胞後的細胞壁碎片、細胞溶解產物（cell lysates）、胞外囊泡（extracellular vesicles）等等。從化學性質來說，後生元也包括胞外多糖（exopolysaccharides）、磷壁酸（teichoic acid）、肽聚醣（peptidoglycan）、酶（enzymes）、短鏈脂肪酸（short chain fatty acids, SCFAs）、有機酸（organic acids）、細菌素（bacteriocins）、維生素（vitamins）、葉酸（folic acid）、多酚（polyphenols）等等，林林總總。其實很多人體必需的營養、例如維生素B12、維生素K、葉酸等，都是由益生菌合成供應，我們的健康真是有賴她們的貢獻。
既生瑜，何生亮？
既然益生菌那麼有益，有效又安全，為什麼需要後生元？雖然益生菌十分安全，安全劑量很高，但是對於部分長期病患、腸道屏障不健全的人來說，都需要慎用，考慮有感染和過度刺激免疫系統的風險，又不能排除得到對抗生素抗藥性的機會，因此後生元可以避免使用活菌的風險，安全性可能更勝一籌。因為後生元不是活菌，所以可以減少依賴低溫儲存，儲存比較容易，保質期可以更長，運輸也更加方便。後生元應用在健康產業的潛力，是未來的新領域。
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