具有降血糖活性的益生乳酸菌：筛选、功能评价与机制洞察

《Food Bioscience》：Probiotic lactic acid bacteria with hypoglycemic activity: screening, functional evaluation and mechanistic insights

　　

摘要

2 型糖尿病 (T2DM) 是一种代谢性疾病，其特征是胰岛素作用受损和慢性高血糖，迫切需要新的治疗策略。近年来，益生菌作为功能性营养药的应用因其稳定血糖和治疗高血糖障碍的功效而得到了广泛探索。本研究旨在鉴定具有降血糖作用的乳酸菌 (LAB)，评估其抗氧化能力、益生菌特性和安全性，并进一步调查其对胰岛素抵抗 (IR) 的调节作用及其潜在调节机制。从发酵泡菜和健康成年人粪便中分离的 206 株乳酸菌中，有 20 株表现出对 α-葡萄糖苷酶和 α-淀粉酶的强烈抑制活性。这些菌株改善了胰岛素抵抗 (IR) HepG2 细胞的葡萄糖利用，促进了糖原合成，并增强了关键糖酵解酶的活性，同时抑制了参与糖异生的关键酶活性。使用主成分分析 (PCA) 得出的最佳评分标准筛选出 5 株乳酸菌：唾液乳杆菌 (L. salivarius) NCUH062013、费氏乳杆菌 (L. fermentum) NCUH003121、鼠李糖乳杆菌 (L. rhamnosus) NCUH061029、戊糖片球菌 (P. pentosaceus) NCUH006024 和费氏乳杆菌 NCUH003117，它们表现出优异的抗氧化活性、益生菌特性和安全性。这 5 株乳酸菌能够激活 AMPK-PI3K-Akt-GLUT4 信号通路，上调 AMPK、PI3K、IRS1、AKT 和 GYS2 的 mRNA 表达。同时，FOXO1 介导的糖异生通路（包括 GSK3β、PEPCK 和 G-6-Pase）的抑制进一步有助于缓解 IR。这些结果有助于高效选择和利用降血糖乳酸菌。

引言

2 型糖尿病 (T2DM) 代表一种长期的代谢功能障碍，其特征是持续的高血糖状态。这种情况源于肝脏、骨骼肌和脂肪区室中葡萄糖处理的异常。如果未得到管理，T2DM 可能导致严重的并发症，包括动脉粥样硬化、酮症酸中毒和各种代谢综合征 (Zhu 等，2021)，以及糖尿病肾病、对炎症损伤的遗传易感性以及心力衰竭等不良心血管疾病 (Wu 等，2024)。预计到 2045 年全球糖尿病负担将达到 7.83 亿 (Yuan 等，2026)，开发有效的预防和治疗策略是全球健康优先事项。目前的治疗方案主要集中于抑制 α-葡萄糖苷酶和 α-淀粉酶活性以延迟葡萄糖吸收，以及激活 AMPK 或 IRS-1/PI3K/Akt 通路以增强胰岛素敏感性 (Wang 等，2024)。尽管合成抑制剂被广泛使用，但其长期给药往往受限于胃肠道副作用。在此背景下，各种天然生物活性分子，包括忍冬来源的生物活性化合物、植物或藻类来源的多糖以及硒修饰纳米颗粒，引起了广泛关注 (Chang 等，2025；Chen 等，2022)。它们在调节葡萄糖和脂质代谢方面的显著潜力为抗糖尿病疗法的开发提供了新的机会。然而，这些天然生物活性化合物的临床转化仍受到生物利用度有限、体内稳定性不足、长期安全性评估不充分以及难以维持其代谢调节作用等因素的阻碍。因此，开发具有高生物利用度、优异稳定性和长期安全性的新型天然降血糖产品已成为当前研究的迫切需求。

益生菌，特别是乳酸菌，在活体形式下可以对宿主肠道产生持续影响；它们通过多种机制协同改善葡萄糖和脂质代谢，包括重塑肠道微生物群、增强肠道屏障功能以及调节微生物代谢物和宿主免疫反应 (Hu 等，2026)。最近的研究表明，如从芬兰发酵乳制品中分离的乳杆菌 LN6，以及从赛里木柯特基 (Sayram ketteki) 中筛选的植物乳杆菌 R6-3，均表现出显著的降血糖作用 (Liu 等，2025；Zhou 等，2025)。乳酸菌可能通过调节消化酶、保护胰腺细胞和增强胰岛素信号来发挥作用 (Xue 等，2023)。具体而言，AMPK/IRS-1/PI3K/Akt 通路作为葡萄糖稳态的中心枢纽；其激活触发 GLUT4 的转位，并调节糖酵解的关键酶如己糖激酶 (HK) 和丙酮酸激酶 (PK)，以及糖异生的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 (PEPCK) 和葡萄糖 -6-磷酸酶 (G-6-Pase) (Zhong 等，2024)。然而，大多数以前的研究集中在植物来源的生物活性化合物上。相比之下，乳酸菌通过调节 AMPK/PI3K/Akt 信号通路缓解胰岛素抵抗和改善葡萄糖代谢的分子机制仍不完全清楚。此外，乳酸菌的降血糖潜力具有高度的菌株特异性，筛选和鉴定具有多种有益特性的功能菌株的有效策略仍然有限。

本研究试图通过评估其对 α-葡萄糖苷酶和 α-淀粉酶的抑制活性来鉴定具有潜在抗高血糖特性的乳酸菌。随后在胰岛素抵抗 (IR) HepG2 细胞中研究了它们对糖原合成、糖酵解和糖异生的影响。

此外，成功采用 PCA 筛选并选择了 5 株具有潜在降血糖作用的乳酸菌，随后评估了它们的抗氧化特性、益生菌特征和安全概况。最后，采用定量逆转录 PCR (RT-qPCR) 定量测定参与 AMPK/IRS/PI3K/AKT 信号通路基因的 mRNA 表达水平，从而阐明这些菌株降血糖作用的潜在机制。这些见解为创建和使用包含降血糖益生菌的功能食品提供了重要的理论基础。

章节片段

材料和菌株

参考菌株鼠李糖乳杆菌 GG (LGG, ATCC 53103) 购自美国典型培养物保藏中心 (美国弗吉尼亚州曼纳斯)。人肝细胞癌细胞系 HepG2 由武汉赛维尔生物科技有限公司 (中国武汉) 提供。Dulbecco 改良 Eagle 培养基 (DMEM, 高糖) 购自北京索莱宝科技有限公司 (中国北京)，细胞计数试剂盒 -8 (CCK-8) 购自碧云天生物科技有限公司 (中国上海)。

标本采集和乳酸菌纯化

α-葡萄糖苷酶活性抑制能力

α-葡萄糖苷酶介导纤维素的分解降解和功能低聚糖的产生。通过积极参与糖原和淀粉的代谢途径，它显著促成了餐后血糖的激增 (Tian 等，2021)。肠道黏膜内 α-葡萄糖苷酶的酶抑制延缓了淀粉向葡萄糖的转化。这一作用阻碍了葡萄糖在小肠中的快速吸收，从而

结论

本研究从发酵泡菜和健康成年人粪便中分离了 206 株乳酸菌，并通过多种机制验证了其显著的降血糖潜力。其中，20 株乳酸菌对 α-葡萄糖苷酶和 α-淀粉酶均表现出强烈的抑制能力。此外，乳酸菌处理增强了葡萄糖代谢过程，促进了 IR-HepG2 细胞中的糖原合成和糖酵解活性，同时抑制糖异生。PCA 鉴定了

CRediT 作者贡献声明

Yazhou Xu: 监督，软件。 Xiaoyan Xu: 监督。 Tao Wei: 方法论，数据整理。 Shijin Xiong: 监督。 Huiyu Li: 监督，软件。 Tao Xiong: 写作 – 审查 & 编辑，资源，资金获取。 Fang Ma: 写作 – 原稿，数据整理

利益冲突声明

作者报告没有利益冲突需要声明。

Fang Ma|Tao Wei|Xiaoyan Xu|Huiyu Li|Shijin Xiong|Yazhou Xu|Tao Xiong|Mingyong Xie

食品科学与资源国家重点实验室，南昌大学，江西 330047，中国