副干酪乳酪杆菌属于乳酪杆菌属，是一种革兰氏阳性、兼性厌氧、无芽孢、呈杆状或短杆状的细菌。它广泛存在于乳制品、发酵蔬菜、人体肠道和口腔等微生态环境中，是人体肠道微生物群的重要组成部分。该菌富含碳水化合物代谢、黏附因子编码及应激抗性（如耐酸、耐胆盐）等相关基因，赋予其在胃肠道环境中定植和存活的能力。自20世纪中期起，副干酪乳酪杆菌被率先用于乳制品发酵以改善风味和质地。近年来，因其在抗氧化、调节肠道菌群等方面的益生特性，已逐渐成为功能性食品、膳食补充剂及医药领域的研究热点，并广泛应用于商业化产品。
值得注意的是，益生菌的有益效果并非依赖于活菌本身，其代谢产物或细菌成分也可能是促进健康的动力。然而，活菌的稳定性和活性严重限制了其在调节宿主健康方面的有益作用。后生元（postbiotics）的概念于2013年由西班牙科学家Tsilingiri等提出，指益生菌产生的对宿主健康有益的代谢产物。近几年，国际益生菌和益生元科学协会将其进一步定义为“对宿主健康有益的无生命微生物和/或其成分的制剂”。后生元主要包括肽聚糖、胞外多糖、磷壁酸、细菌素和有机酸等成分，具有维持肠道微生物平衡、增强免疫功能、抗氧化、抗肿瘤、防治抑郁和降血脂等功能，这些优势拓宽了后生元产品的开发和应用。后生元的制备方法包括热灭活、超高压、超声波、脉冲电场、干燥、紫外线灭活等。其中热灭活因为操作简便、成本低而被广泛应用，其原理是通过高温处理使益生菌细胞膜破裂、核糖体发生聚集、酶失活和蛋白质凝固，从而实现完全灭活。
衰老是一个复杂的生物学现象，与人类寿命的延长及心血管疾病、高血压、糖尿病等众多慢性疾病的发生和发展密切相关。近年来，科学研究已提出了多种理论试图阐释衰老的机制。其中胰岛素/胰岛素样生长因子-1信号（IIS）通路是最早被发现且得到广泛验证的衰老调控信号通路，降低该通路活性可以显著延长线虫、果蝇和小鼠的寿命。此外，自由基老化理论指出，衰老可能与活性氧（ROS）自由基的积累有关。正常情况下，细胞内自由基的产生和消除处于动态平衡状态，而年龄增长和外界刺激会逐渐破坏这种平衡，导致氧化损伤加剧，进而破坏生物膜系统，加速衰老。
由于氧化应激与衰老现象密切相关，本研究从该角度出发，探究了后生元对线虫衰老的影响。前期实验表明不同热灭活方式影响后生元抗氧化的能力，其中梯度热灭活的后生元抗氧化效果最好。因此，河北科技大学食品与生物学院的巩若飞、张悦、卢涵*等人以秀丽隐杆线虫为模型，系统评估梯度热灭活后生元对其寿命、产卵、基础运动指标、脂褐素、ROS以及与衰老相关信号通路相关基因的表达情况，为后生元在抗衰老领域的深入研究和应用提供理论依据。
1 后生元对线虫寿命的影响
为了探究后生元是否在秀丽隐杆线虫抗衰老方面发挥作用，通过细菌裂解物和无细胞上清液干预，研究了后生元对秀丽隐杆线虫寿命的影响。如图1A所示，在自然衰老模型中，空白组的平均寿命为（22.02±1.11）d。随着两种后生元干预，秀丽隐杆线虫的存活曲线向右移动，细菌裂解物组和无细胞上清液组秀丽隐杆线虫的平均寿命分别为（22.50±0.80）d和（22.32±1.08）d，与空白组相比没有显著性差异（P＞0.05）。如图1B所示，在氧化应激衰老模型中，H2O2组平均寿命为（7.01±0.21）d，后生元干预后，细菌裂解物组平均寿命为（8.11±0.27）d，无细胞上清液组的平均寿命为（8.98±0.15）d，活菌组平均寿命为（9.13±0.32）d，均显著高于H2O2组（P＜0.05）。秀丽隐杆线虫作为衰老的模式生物，其寿命的长短可以作为衰老的重要指标。结果表明，在氧化应激模型中，细菌裂解物组、无细胞上清液组以及活菌组均能显著延长秀丽隐杆线虫的寿命，其中无细胞上清液组与细菌裂解物组相比，具有更好的延长线虫寿命和延缓衰老的效果。
2 后生元对线虫产卵量的影响
秀丽隐杆线虫的产卵能力与其生长发育状况有关。由于后生元在氧化应激衰老模型中能显著延缓秀丽隐杆线虫的衰老，考察其是否对秀丽隐杆线虫的繁殖产生影响。如图2A所示，在自然衰老模型中，空白组总产卵数为（200.80±13.01）个。经过后生元干预后，无细胞上清液和细菌裂解物组总产卵数显著低于空白组（P＜0.05），但两者之间无显著差异（P＞0.05）。图2B表明，在氧化应激衰老模型中，H2O2组总产卵量为（159.33±12.79）个，显著高于无细胞上清液和细菌裂解物组（P＜0.05），但两者之间无显著差异（P＞0.05）。氧化应激会损害线虫的繁殖能力，在正常衰老模型和氧化应激衰老模型中，两种后生元处理均显著降低了线虫的产卵量，这表明后生元可能并非简单的修复氧化损伤，而是通过调节线虫体内的关键信号通路改变其生理状态。有研究表明在遭受急性应激时，线虫可以主动改变饮食策略，以牺牲繁殖维持生存，即线虫能够在繁殖和生存之间进行资源分配的优化，寿命与生殖能力呈反比，这与本实验所呈现的结果类似。
3 后生元对线虫身体弯曲次数和头部摆动次数的影响
如图3所示，自然衰老模型中，在第0、3、12、15天，各组线虫的头部摆动次数均无显著性差异（P＞0.05）。而在第6、9天，活菌组和无细胞上清液以及细菌裂解物组的线虫头部摆动次数显著多于空白组（P＜0.05）。类似地，在第0、3、6、15天，各组线虫的身体弯曲次数均无显著性差异（P＞0.05）。而在第9、12天，活菌组和无细胞上清液以及细菌裂解物组线虫的身体弯曲次数显著多于空白组（P＜0.05）。但活菌组、无细胞上清液以及细菌裂解物组之间没有显著性差异（P＞0.05）。这说明后生元干预主要在线虫生长发育中期显现出保护性作用，而在生长发育初期和末期作用不明显。
如图4所示，氧化应激衰老模型与自然衰老模型类似，在线虫生长发育中期，即2 d和4 d时，与H2O2对照组相比，活菌、细菌裂解物和无细胞上清液的干预显著提高了线虫运动能力，使其头部摆动次数及身体弯曲次数增多。同时在6 d时，活菌、细菌裂解物和无细胞上清液组线虫的身体弯曲次数显著多于H2O2对照组（P＜0.05）。
4 荧光结果分析
脂褐素是一种自荧光的衰老色素，会随着衰老过程在线虫肠道中不断积累，是一种由高度氧化交联的蛋白质组成的聚集体，不被蛋白酶体或溶酶体系统降解。脂褐素在人体中也有类似的作用，因此这种特殊的色素沉积也被作为衰老的经典标志。脂褐素积累水平越高，荧光越亮。线虫衰老的越厉害。由图5可知，与空白组相比，活菌、细菌裂解物和无细胞上清液脂褐素荧光水平都显著降低，说明细菌裂解物、无细胞上清液与活菌作用效果类似，具有延缓衰老的作用。
机体衰老时细胞内部环境稳态渐趋下降，造成大量ROS累积，从而严重破坏细胞结构，影响细胞的生物分子功能，因此评估ROS自由基对于寿命和衰老的影响具有十分重要的意义。由图6可知，与空白组相比，H2O2组ROS荧光积累明显上升，经过活菌、细菌裂解物和无细胞上清液分别干预后，ROS荧光强度明显降低。综合以上结果，细菌裂解物和无细胞上清液在线虫中表现出抗氧化活性，并显著抑制ROS积累。这也提示后生元的抗衰老功能可能有应激调节相关通路参与，为后续的实验提供了依据。
5 IIS通路基因表达分析
IIS通路在秀丽隐杆线虫的衰老调控中起重要作用。该通路中的异常休眠形成基因-2（DAF-2）是线虫衰老的关键基因，为IIS的上游受体。在秀丽隐杆线虫的发育过程中，DAF-2通过下调DAF-16的表达影响寿命。超氧化物歧化酶-3（SOD-3）是DAF-16的下游基因。当秀丽隐杆线虫受到外界应激，如高温和氧化环境的刺激时，DAF-16易位到细胞核，从而上调其下游效应元件，从而提高抗逆性。IIS通路包含许多调控衰老的成分，SKN-1转录因子在维持长寿中起关键作用，在生理应激、解毒、氧化平衡调节、免疫和脂质代谢调节等方面发挥重要作用。它是一些突变体延长寿命所必需的重要调节因子。衰老改变基因-1（age-1）为DAF-2的下游信号，其升高后通常会导致促进衰老，但是有研究表明在age-1表达上升之后会同步强力激活SKN-1，诱导谷胱甘肽转移酶的表达，降低ROS和脂褐素积累，进而延长寿命。因此，通过检测与衰老相关基因的表达水平明确后生元是否通过IIS通路发挥其抗衰老作用，由图7可知，在自然衰老模型中，与空白组相比，活菌、细菌裂解物和无细胞上清液干预后，SOD-3、SKN-1和age-1基因表达水平显著上升，且综合来看，对SKN-1干预的作用最显著。同样的，在氧化应激衰老模型中，与空白及H2O2组相比，活菌、细菌裂解物和无细胞上清液也显著提升了秀丽隐杆线虫SOD-3、SKN-1和age-1基因的表达水平，其中对DAF-2作用最显著。这说明后生元可能通过调控IIS通路中SOD-3、DAF-2、SKN-1以及age-1起到抗衰老作用。
6 讨 论
本研究表明，副干酪乳酪杆菌N1115后生元显著降低了秀丽隐杆线虫氧化应激衰老模型中ROS和脂褐素的积累水平，并提升了自然衰老模型中的相关基因表达，这凸显了其后生元强大的抗氧化能力，后生元的这种功效与其核心物质成分密切相关。后生元主要包含细菌裂解物和无细胞上清液两大类活性组分。在细菌裂解物中，关键活性物质可能是超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等抗氧化酶，这些酶能直接清除过量产生的ROS从而修复氧化损伤。例如，韦兹曼氏凝结菌裂解物中的SOD-3同源物被证明能有效降低氧化应激标志物丙二醛水平，修复乙醇诱导的肝损伤。本研究观察到后生元干预后线虫体内SOD-3表达上调，可能正是裂解物中超氧化物歧化酶等酶直接作用或诱导宿主内源性抗氧化酶表达的结果，从而加速了脂褐素等氧化产物的降解，这也与脂褐素荧光水平的下降结果一致。在无细胞上清液中，起主要作用的可能是短链脂肪酸（SCFAs），如丁酸、异丁酸、戊酸和异戊酸等。这些SCFAs的作用机制更偏向于间接调控，它们能够降低还原性辅酶II的活性，从而从源头上减少ROS的产生，这与本研究中后生元干预组的ROS荧光下降结果一致。因此基于以上讨论，后生元可能通过延缓线虫氧化应激从而实现抗衰老作用。
除了直接的抗氧化作用，后生元（特别是其无细胞上清液中的生物活性物质）还能通过调控关键的衰老和抗氧化信号通路，从根本上增强机体的抗氧化能力并影响衰老进程。核心通路涉及IIS通路及其下游的氧化应激应答调控枢纽SKN-1。无细胞上清液中的丁酸等物质能够抑制DAF-2，导致其下游转录因子DAF-16的激活和核转位，激活的DAF-16不仅自身调控多种抗衰老和应激反应基因，还能促进SKN-1的活化和核定位，SKN-1作为抗氧化反应的总开关，会结合到其靶基因启动子区的抗氧化反应元件上，从而启动包括SOD-3、CTL-1等关键抗氧化酶基因的表达。本研究在自然衰老模型中观察到后生元干预后SOD-3和SKN-1基因表达水平的显著上升，证实了这一通路的激活。然而，由于age-1是DAF-2信号传导的正向调控因子，该模型下age-1的表达也显著上升，可能与DAF-2抑制诱导的反馈调节有关。在氧化应激衰老模型中，虽然同样观察到SOD-3、SKN-1和age-1基因表达的上调，但后生元却显著延长了线虫寿命，这可能是因为在强烈的外源性氧化压力下，后生元诱导的多层次抗氧化防御带来的保护效应占据了主导地位，有效缓解了氧化损伤对生存的威胁，从而抵消了age-1上调可能带来的负面效应，最终实现了寿命的显著延长。除此之外，笔者推测后生元的作用不只对是单一通路的影响，而是同时激活了多条长寿信号网络，这种多通路协同作用远胜过单一通路的影响。后生元中的特定成分可能作为一种温和的早期刺激提高线虫机体的氧化还原应激信号阈值，使其在面对压力时能有效的将ROS维持在有益的范围内，而非造成损伤。有研究表明，生命早期短暂的ROS增加可通过影响组蛋白甲基化等表观遗传机制，增强机体应激抵抗并延长寿命。轻微的线粒体应激也会促进线粒体ROS的产生并激活线粒体未折叠蛋白反应（UPRmt），有助于维持机体蛋白稳态，延长寿命。因此，后生元可能通过调控DAF-2/DAF-16/SKN-1这一核心衰老与抗氧化通路，系统性地增强宿主的抗氧化防御网络。然而，本研究仍存在一定局限性，如具体是后生元中哪种成分起到了抗衰老的作用，以及关键的作用靶点仍有待确定，因此，在后续的研究中需要进一步分析筛选发挥抗衰老作用的物质，并对其进行深入研究。
综上，副干酪乳酪杆菌N1115灭活后，其无细胞上清液及细菌裂解物作为后生元，能够延缓秀丽隐杆线虫的衰老，其机制可能是通过延缓线虫的氧化应激或者调控IIS通路相关因子等实现。这一研究为后生元抗衰老提供了理论依据，为相关产品开发提供了参考。
作者简介
通信作者
卢涵，副教授。河北科技大学食品与生物学院，博士，硕士研究生导师。河北省健康科学学会入库专家，《食品工业科技》第二届青年编委。主要研究方向为益生菌及后生元功能解析，活菌药物与肠道菌群靶点研究等。目前主持及主研国家自然科学基金青年项目、河北省中央引导地方项目、国家乳业技术创新中心项目、河北省科技厅重点研发项目、河北省教育厅高等学校科学技术研究重点项目等，先后在Food Chemistry、Food and Bioprocess Technology 等期刊上发表高水平文章，以第一及通信作者累计发表论文20余篇。授权发明专利3 项，获得2024年河北省科学技术进步奖一等奖，2024年中国乳制品工业协会技术发明奖二等奖。
第一作者
巩若飞，硕士研究生。河北科技大学食品与生物学院，硕士就读于河北科技大学食品科学与工程专业，主要研究方向为益生菌与功能性乳制品。
引文格式：
巩若飞, 张悦, 纪锡伟, 等. 副干酪乳酪杆菌后生元延缓秀丽隐杆线虫衰老作用分析[J]. 食品科学, 2026, 47(3): 180-189. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250819-145.
GONG Ruofei, ZHANG Yue, JI Xiwei, et al. Anti-aging effects of Lactobacillus paracasei postbiotics in Caenorhabditis elegans[J]. Food Science, 2026, 47(3): 180-189. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250819-145.
实习编辑：安宏琳；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“ 第六届食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到） 在 中国 安徽 合肥 召开。
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