促生素概念的科學基礎
促生素(Probiotic)這個名詞於西元一九六五年首次被Lilley & Stillwell用來描述一種原生動物被另一種原生動物刺激所產生的物質。西元一九七四年Parker在不知道先前已被引用的情形下，也用這個名詞來描述一種動物飼料的補助品，經由影響腸內的菌叢，而對其宿主產生有益的效果。他的原始定義是"對腸道微生物的平衡有貢獻的有機物質"。這樣的定義太籠統，我已將它修正為：
"一種活菌的飼料補助品，經由改善其宿主的腸道微生物平衡，而對其宿主產生有益的影響。"這個經修正過的定義，強調活細胞被作為製備的基本構成要素的重要性，及除去由於使用物質(substances)這個含有化學補助品包括抗生素在內的調彙所引起的混淆。
甚至這個經修正過的定義可能最後必須擴大，涵蓋邦那些以活菌處理的實例，處理方式不必經由口服亦不需經由腸內菌叢，如經由皮膚、呼吸系統。
腸道菌叢的組成
除了通過產道時的少量細菌外，剛生下來的動物是無菌的。在出生之後，它快速獲得由不同種類組成的腸道菌叢。這些腸內細菌的主要來源是來自直接環境，而來自於母體的細菌又很嚴重地污染此直接環境。如此可確定，那年輕動物所得到的是針對它的個別種類，特殊的腸道菌叢。
曾經被估算在腸道內有十兆個細菌數，然而構成人體的真核狀態細菌總計只有一兆個(Luckey,1972)。這個龐大的可代謝活菌群數，在研究動物生理學或營養學時，是一個很重要的因素。
在這個菌群裡面，大約有四百種不同的細菌(Moore & Holdeman,1974)，彼此之間作用而且也與其宿主相互作用。即使有很多的細菌能夠在腸內生長，但仍有許多是辦不到的。因此經不斷地選出能在不同腸道環境下生長、增殖的細菌，最後形成針對宿主個別種類的特殊腸道菌叢。有部份的選擇環境是受化學影響的，起因於像揮發性脂肪酸、硫化氫、膽汁酸、溶菌酵素與脫脂酸卵磷脂等抑制作用物(Fuller,1982)。但即使細菌能夠在有抑制效果的腸環境下殘存，它們還必須能夠抗拒食物因腸蠕動自腸道的前段移動到後段時產生的沖洗效果。為了達到這點，有二種方法：1)依附在沿著腸道整排的上皮細胞上；2)生長的速度要比因腸蠕動而被移動的速度還要快。當要選擇細菌作為促生素的製備時，對於這些細菌增殖因素的認知是重要的。
促生素的概念
在抗生素被使用的早期，門診醫師們不久即了解到，給病人口服抗生素通常會引發腸道感染。類似的情形，一些雞飼料的含有抗菌性生長促進劑，會延長糞便中沙門氏桿菌的排釋(Smith & Tucker,1975)。得到的結論是，原本菌叢扮演保護的角色，能夠允許病原菌的增加，然而抗生素卻會抑制一部份的菌叢。在老鼠身上有類似的不平衡發生：先讓老鼠容易受鼠傷寒桿菌、副痢疾桿菌與霍亂弧菌等的感染，再給它們口服抗生素(Freter,1955 & 1956)。
經由給剛孵出的小雞服下成雞的糞便的實例，腸道菌叢的保護效果再次被證實(Nurmi & Rantala,1973)。當小雞服下成雞的糞便之後，小雞變得更有抵抗力來對付Salmonella infantis。在需氣培養破壞破壞效果的情況，粗製的盲腸培養菌在厭氧狀態下被培養出來之後，菌叢的保護效果仍然會有的(Rantala,1974)。世界上幾個團體接著確認了小雞腸道菌叢抵抗沙門氏桿菌的保護效果，而且也對其能產生防護作用免於受其它腸道病原菌感染加以論證(Fuller et al., 1986)。
至於要加以鑑定是何種特殊細菌產生保護效果，則已被證明是有困難的。在英國西部的Bristol、Mead以及他的團體已鑑定出四十八種有保護作用的菌株，包括乳酸菌、鏈球菌、大腸菌與嚴格厭氧菌。但即使是這麼大數目的菌種，也只有其中的部份是有保護作用的(Impey,Mead & Geroge,1982)。
Barrow與Tucker(1986)以不同方法著手研討此問題。他們的目的在"找出一種可能可以估據與沙門氏桿菌相同活動空間的像沙門氏桿菌的細菌，因此可抑制有害的沙門氏桿菌的繁殖。" 三種分離自污水的菌株加上一種屠宰場菌株，此混合的確能抑制腸內的沙門氏桿菌。接著Barrow,Tucker & Simpson(1987)證實，用與鼠傷寒桿菌相同種類的有害菌株在小雞身上作預先處理，小雞能夠得到保護以抵抗鼠傷寒桿菌的感染。至於他們是用什麼方法使這些革蘭氏陰性菌能夠抑制沙門氏桿菌的繁殖。並沒有被交待清楚，但其作者認為不太像是利用與上皮的附著部位相競爭以產生效果。
關於原腸道菌叢能產生保護效果的證據，得自於研究無菌的與平常的動物之間對於腸道疾病的相對感受性。舉例來說，對無菌老鼠而言，十個沙門氏腸炎桿菌就能夠確立對它們致命的感染，然而要使平常老鼠死亡卻需達一百萬個沙門氏腸炎桿菌(Collins & Carter,1978)。如果經由靜脈或腹膜內注射方式，將取自於平常動物體內有害菌叢的沙門氏腸炎桿菌，接種到無菌與平常的老鼠身上，限定這些菌生長在它們的腸道內，因而致使它們對於沙門氏腸炎桿菌的感染有高度抵抗能力，在此實驗方法之下所得到的對於無菌與平常老鼠的半致死劑量，之間的差異小。
明白可見於正常狀況下，腸道內有複合菌叢保護其宿主動物抵抗某些感染性疾病。這個現象已經被多方面提及，如在"細菌對立論"(Freter,1956)、"細菌的干擾"(Dubos,1963)、"阻礙效果"(Ducluzeau,Bellier & Raibaud,1970)、"增殖抵抗"(Vander Waaij,Berghuis-de Vries & Lekkerkerk-Van der Wees,1971)、"競爭性排斥"(Lloyd,Cumming & Kent,1977)。這些細菌最重要的來源是來自於母體。與母體親密的接觸確保菌體能夠自母體快速移轉至剛生下來的動物身體內。
引起腸道菌叢改變的因素
有某些因素會影響菌叢的獲得與發展，其中最重要的是：a)過度衛生；b)抗生素治療；c)緊迫。
關於過度衛生的非常例子是小雞的孵化。雞蛋被移離開其母親且送至乾淨的孵化器上，當小雞孵出時，它從它的直接環境獲得細菌，而不是經由直接接近它的母親或是它母親的腸道菌叢。對剛孵出的小雞而言，經由雞蛋來與其母親的直接接觸不是很有效的一種接種方法。因為只有很少數的細菌堅固附在蛋殼上。除非在剛孵出的小雞吃下蛋殼的情形下，那些少數細菌才得以被用來作為接種物。
相同的情形也發生在剛出生的哺乳動物身上，不過介在幼子與母親之間的障礙物有所不同。甚至，早期的離乳與過度注意衛生都會有類似的影響而使幼子的腸道菌叢重要地改變。
疾病發生接著給予抗生素治療，意味著對於腸內具有保護作用的菌叢會產生一種抑制效果。實驗研究已顯示，被給予抗生素的老鼠比較容易受到念珠菌的感染(Huppert,Cazin & Smith,1955；Seeling,1966)。經由利用含嗜酸性乳酸桿菌與雙叉桿菌的牛奶製備來處理可以限制念株菌的增加(Tomoda,Nakano & Kageyama,1983)。抗生素也會影響乳酸桿菌在腸內的增殖；Bhattacharya & Majundar(1983)接著把人的嗜酸性乳酸桿菌菌株建立在老鼠體內，發現那菌株在老鼠被給予口服抗生素的情形下，能夠更成功地增殖。
Van der Waaij與他的同事們已檢定過一般被使用的抗菌性藥物在老鼠身上所帶來的妨害細菌增殖效果(Thijm & Van der Waaij 1979, Van der Waaij, Hofstra & Wiegersma,1982；Wiegersma Jansen & Van der Waaij,1982)。他們發現，根據其妨害細菌增殖方面的影響，這些藥物可被分為三類：a)在妨害細菌增殖方面，完全沒有效果；b)使用高劑量，也只能夠對妨害細菌增殖效果有影響；c)使用低劑量，妨害細菌增殖的效果也就減少。在老鼠體內，之於妨害細菌增殖效果有所反應的細菌，已被另一些作者鑑定為嚴格厭氧菌(Van der Waaij et al., 1971)，而被另一些作者鑑定為兼性厭氧菌(Freter & Abrams,1972)。
造成腸道菌叢不平衡的第三個因素是緊迫。緊迫在腸道菌叢上造成的效果已被詳盡地討論(Tannock,1983)：對於乳酸桿菌，一般趨向會減少，對於大腸桿菌則是會增加。緊迫會因為身體或情緒狀況的激烈變化而被引起。因此生育、斷奶、運輸或是恐懼都是會造成緊迫的一些事件，接著又造成腸道菌叢的改變。緊迫的顯示出來是基於荷蘭蒙方面的。緊迫會使腦下垂體刺激副腎皮質合成腎上腺皮質素因而引起腎上腺皮質荷爾蒙的分泌，接著再影響到體內的生理機能，包括胃腸道黏液的產生。
所以因為上述的某種原因，腸道菌叢的正常平衡都可能被擾亂，而產生在宿主體內有害的反應。於是在這些情況之下，促生素就成為有效果的。藉其有重建腸道菌叢平衡的效果，促生素能夠使宿主回復正常生理機能與行為。
促生素的作用模式
促生素可以有四種方式來產生效果，這四種方式都有其實驗方面的支持。這四種可能的方式是：a)毒性的中和；b)藉著減少其它已知細菌的菌數或是抑制其新陳代謝而產生對立的效果；c)與上皮的附著部位相競爭；d)刺激免疫力。
毒性的中和
Mitchell & Kenworthy(1976)著作中顯示，L. bulgaricus能夠中和大腸桿菌外毒素。這些中知研究是在體外進行，而後用培養的過濾水餵給小豬們。研究並未證明活的L. bulgaricus中和毒素作用在腸道內發生。無論如何，它的確證明乳酸桿菌可作為毒素中和物質的潛在力。
抑制存活的特定細菌的菌數
使用促生素補助品之後，跟著一群細菌的減少或是完全消化可以歸因為給予抗菌劑治療所產生的直接抗菌效果，或是相互之間對於營養物或附著部位的競爭。往往這種效果不用知道原因即能夠被加以證明。
對很多細菌來說，要將它們自己建立在像腸道那樣的移動環境，附著在腸道上皮的能力是一項不可或缺的首要條件。在這種方式之下，它們能夠避免被食物蠕動沖走；它們繼續留下來，一旦新鮮食物抵達它們的附著部位時，就從後面將它們自己接種到食物裡面。接下來用一種防礙病原菌在腸道增殖的方法，就是去滲入上皮的附著部位，以防礙病原菌的附著。這是促生素可以提供抵抗腸疾病的保護作用的一種方式。
有證據證明這種競爭能夠在豬身上提供保護以抵抗下痢。有受過以大腸桿菌K88+非致病性菌株預先處理的小豬，更能抵抗大腸桿菌致病性菌株佔據K88附著部位所造成的感染。處理過的實驗豬群比較不會下痢而且更少死亡(Davidson & Hirsh,1976)。在雞體內附著的菌叢也有涉及競爭排斥沙門氏桿菌的情形。具保護作用的菌叢，在經過四次以緩衝的生理食鹽水沖洗之後，依然繼續附著在盲腸壁上(Stavric,Gleeson,Blanchfield & Pivnick,1987)。
Muralidhara,Sheggeby & Elliker (1977)說明連續將人類的L. lactis菌株餵予剛出生的仔豬會減少其糞便中的大腸桿菌數目。這些實驗豬的小腸上皮所伴隨的乳酸桿菌菌數，要比在控制情況之下的數目還多。分離自實驗動物的腸壁均質物的乳酸桿菌已被生化及血清學的試驗證明是與餵予的L.lactis相同的。
一些有關老鼠的實驗研究(Cole & Fuller,1984)，顯示老鼠在出生之後服用三天的發酵乳，此發酵素是經附著的L. salivarius菌株所發酵的，會明顯減少胃與小腸內的大腸菌菌數。
作促生素菌株的選擇時，應該要細心地使用其附著能力。上皮細胞的附著現象是對特定宿主才有，而且那些附著在豬細胞上的菌株不一定就能附著在雞細胞上，相反地也是如此(Barrow,Brooker,Fuller & Newport,1980)。即使在同種類宿主體內，菌株的附著能力亦不相同。舉例來說，附著在每個豬上皮細胞的細菌有四至四十二種的差異因不同的Strep.alivarius菌株所致(Barrow et al., 1980)。附著的菌數也受到所利用的生長媒介影響。因此Conway,Gorbach & Goldin(1987)發現，沉浸在含有牛奶之培養液中生長的豬細胞更能夠被嗜酸乳桿菌、布國乳桿菌、嗜熱性鏈球菌附著。
乳酸菌已知會產生殺菌素、有機酸與過氧化氫。有些殺菌素已被部份程度化學方面地鑑定，且它們的活動經體外技術證明。不過這些物質在腸內的抗菌活動還未被證實。的確，曾經被敘述過的大分子抗菌性物質所產生的活動，已被建議指出是因主要代謝物質而起，例如乳酸、醋酸與過氧化氫(Ten Brink,Minekus,Bol & Huis in t'Veld,1987)。由於這種混淆，它們將不再被更進一步討論。但是，其它細菌群受到主要代謝物質而產生殺菌性抑制的潛在力仍然是有可能的。
微生物新陳代謝的改變
一種細菌之於另一種的影響效果也能夠經由它對微生物代謝產物濃度或酵素活動的影響而被證實。因為腸道細菌分佈的複雜性，這些代謝活動的改變是否不需改變菌叢組合也能發生，是不可能被知道的。但是是可能發生的，而且當被計量菌群的改變未被察覺時，確實有可能看出代謝的改變。細菌的補充會改變代謝活動，關於其方式有很好的一個例子由Goldin & Gorbach(1977)的著作提供。他們證明老鼠被餵予含嗜酸乳桿菌的補助品的話，腸道中的硝基還原酵素、偶氮基還原酵素與β-glucuronaidase會減少，腸道中β-glucuronaidase類似的減少在豬(Cole,Fuller & Newport,1987)與雞(Cole,Anderson,Philips,Fuller & Hewitt,1984)被餵予酸酪乳的情形下也會產生。所有這些酵素與致癌物質的產生以及活性化都有關聯，而且它們對其宿主可能帶來長期有害的影響。
免疫力的刺激
無菌動物吞噬細胞的活動力減弱與免疫球蛋白的數目降低，證明腸道菌叢在抵抗疾病的發展上所扮演的重要角色。在老鼠身上的實驗顯示一部份的這種效果是因為乳酸桿菌，實驗中讓老鼠口服乾酪乳桿菌以改善其巨噬細胞活動(Perdigon, de Macias, Alvarez,Oliver & de Ruiz Holgado,1986)同時酸酪乳中的活菌增加其免疫球蛋白的數目(Wade,Corthier,Moreau & Besnier,1984)。經過乾酪乳桿菌或嗜酸乳桿菌發酵的牛乳在制激吞噬細胞活動上，比經過這兩種菌同時混合發酵的牛乳要來得有效(Perdigon,de Marcias, Alvarez & Ruiz Holgado,1988)。餵予老鼠酸酪乳會刺激其免疫球蛋的產生，且增加其淋巴濾泡的大小(Bourlioux,1986)。
將多種本土的腸道細菌(乳酸桿菌、腸球菌、大腸菌)的菌株置於平常老鼠靜脈內測試，這些細菌在靜脈內的攻毒之後，老鼠脾臟內的傷寒桿菌數目會減少。streptococcus faecium菌株其中的一種被作用為使無菌老鼠感染的一種傳染體時也是有效果的(Roach & Tannock,1980)。
細菌的遷移自腸道至全身循環與組織的占領可能是這項刺激效果的必備條件。乳酸桿菌能夠遷離腸道而且在靜脈注射之後還能夠殘留於脾臟、肝臟與肺臟許多天(Bloksma,1981)。因此要適切考慮各種非經腸給予乳酸桿菌(即各種注射法)在免疫力方面所帶來的效果。
利用碳肅清力測量得知，經由腹膜內或肌肉注射乾酪乳桿菌可以加強吞噬細胞功能與L.monocytogenes的吞噬作用(Saito,Tomioka & Sato,1981；Kato,Yokakura & Mutai,1993)。經由靜脈注射L.plantarum可刺激碳肅清力與抵抗L. monocytogenes感染的能力(Bloksma et al., 1981)。在老鼠身上肌肉注射乾酪乳桿菌會降低其因Mycobacterium fortuitum所招致spinning disease疾病的發生(Saito,Tokima & Naghima,1987)。最近發現口服乳酸桿菌能夠以非特定方式刺激免疫力的事實，打開許多關於衍生自促生素的潛在利益方面的新領域。它們不僅有潛力影響腸道菌叢的平衡，也能夠對發生於距離腸道遙遠的組織上的疾病造成影響。
摘要
所有動物都能將一種複雜的細菌組合建立在它們的腸胃道裡面。而這種細菌組合可助於保護它們抵抗病原菌以及其它影響它們生長、營養方面的有害細菌的侵襲。相反地，這具保護作用的菌叢組合會受到環境以及其它使宿主動物容易感染疾病或使食物利用效率減低的種種因素影響。
促生素的給予是要追求自然、有保護作用的菌叢的再次建立，而且要使動物復原到它們正常、營養的生長與健康狀態。
(有泉行有限公司提供)
飼料營養雜誌(p.37∼44)─R. Fuller；C.B. Cole、九七年二期