對於希望在事業與私人生活中蓬勃發展的人來說，隨著年齡增長，維持認知功能與心理韌性是首要任務。研究指出，隨著歲月流逝，特定的益生菌菌株能夠影響大腦功能及整體認知健康。這種相互作用之所以可能，源於「腸腦軸」——這是一套連結大腦與中樞神經系統的雙向溝通系統。
在人體臨床研究及前臨床研究（以非人類為對象的實驗室研究）中，益生菌菌株B. breve MCC1274 和L. plantarum PS23 展現出支持腦部健康及改善認知功能（包括記憶力）的能力。
雖然人類研究顯示，這些益生菌可能幫助 記憶與認知幫助 ，但並未闡明幫助。然而，動物的臨床前研究讓研究人員得以更深入地探究這些非凡菌株背後的機制。針對 MCC1274 和 PS23 的臨床前研究結果顯示，其作用可能涉及抗氧化功能、免疫反應、神經可塑性等多個層面。
讓我們來看看臨床前研究，了解這些「益腦菌」如何有助於維持人類隨年齡增長的認知健康。
在臨床前研究中，B. breve MCC1274 有助於維護腦部健康
MCC1274 是一種短雙歧桿菌（Bifidobacterium breve）菌株，已有四項人體研究探討其對支持大腦運作及改善認知功能的作用。例如，一項人體隨機對照試驗顯示，MCC1274 能改善疑似輕度認知障礙患者的即時記憶、延遲記憶，以及視覺空間／構建能力（與空間辨識能力相關）。
它是如何做到的？前臨床實驗顯示，MCC1274 能支持認知功能，原因在於：(1) 其抗氧化作用，以及 (2) 其他能促進大腦健康免疫反應及相關神經可塑性的生化過程。
MCC1274 可能具有抗氧化作用
研究人員假設，MCC1274 益生菌菌株可能透過增加從腸道輸送至大腦的抗氧化劑濃度幫助 。為此，研究人員讓健康（「野生型」）小鼠在飲水中添加B. breveMCC1274或 ，持續四個月。隨後，研究人員採集小鼠的血液樣本，並分析其血漿代謝物，以釐清該益生菌產生有益作用的機制。
這些血漿代謝物是存在於血液血漿中的小分子，可能源自微生物的代謝作用。腸道微生物利用酶在腸道內分解食物消化產物，而這些代謝物正是此過程的副產物。在此研究中，研究人員旨在釐清哪些血漿代謝物會受到補充 MCC1274 的影響，以及這些代謝物是否具有任何益處。
研究人員發現，補充短柄芽孢桿菌（B. breve） 顯著改變了小鼠的血漿代謝物。特別是，科學家觀察到異黃酮代謝物的濃度升高——這些抗氧化化合物已被證實有助於維持腦部功能並減輕氧化壓力。
氧化壓力是指體內活性氧（ROS）與抗氧化劑之間失衡的狀態。人體運作需要這兩類分子，但當作為代謝自然副產物的活性氧數量超過抗氧化劑時，便會引發問題。
雖然自由基和活性氧（ROS）有助於維持免疫系統及其他生理過程的運作，但我們僅需低或 中度的濃度即可。當其濃度達到不健康的水平時，便會引發氧化壓力。過量的自由基和活性氧會損害體內細胞，包括大腦內的細胞。在健康老化過程中，氧化壓力已被證實與認知問題（包括記憶問題）有關，而研究顯示，某些天然化合物能夠調節這種失衡。
研究顯示，存在於大豆中的異黃酮（一種類黃酮）能改善健康成年人的認知功能。一項先前的前臨床研究證實 ，B. breveMCC1274 不僅能增強異黃酮的生物轉化，還能影響腸道微生物群落。因此，MCC1274 可能透過增加腸道中有益微生物的總計 來促進這些代謝產物的或 影響其生成。
MCC1274 可能有助於促進大腦的神經可塑性
大腦的一大顯著特徵，在於其透過建立、修改及強化神經連結來重組自身的適應能力。此現象稱為「神經可塑性」，而大腦內稱為「小膠質細胞」的駐留免疫細胞，會對此產生部分影響。在這項以安慰劑為對照的臨床前研究中，研究人員發現 MCC1274 可能幫助 這些小膠質細胞的免疫反應，進而促進神經可塑性並降低氧化活性。
小膠質細胞在維持中樞神經系統功能及促進大腦健康方面扮演著關鍵角色。它們具有高度動態性，並存在於多種不同狀態中，但通常被描述為處於靜息或 活化或 。作為大腦的神經與免疫支持細胞，它們持續感知並調節神經元活動，而在活化時，則負責處理感染或 。
當處於「靜息」狀態時，這些細胞會持續感知環境並修剪神經細胞，這兩項作用皆有助於維持生理平衡與神經可塑性。處於這種非活化狀態的小膠質細胞，參與突觸重塑及整體突觸可塑性，而這兩者對於學習與記憶至關重要。
面對損傷或 ，小膠質細胞會被活化並變更 ，分泌免疫活化蛋白質及活性氧。研究發現，隨著老化，小膠質細胞會轉變為一種過度敏感且過度活躍的狀態，進而干擾突觸可塑性。在這些情況下，若能採取干預措施來減輕或 這種過度活躍的狀態，有助於小膠質細胞恢復至支持神經功能的靜息狀態。
為了確定 MCC1274 是否有助於維持健康小鼠的大腦健康，研究人員讓小鼠攝取該益生菌，並透過一系列測試來評估其效果。小鼠被隨機分配至益生菌或 。在為期四個月的實驗期間，益生菌組每週五次攝取B. breve MCC1274 （10 億 CFU），而安慰劑組則僅給予生理食鹽水。
研究結束時，研究人員觀察到某種免疫反應性蛋白的含量有所下降，該蛋白是腦部免疫細胞——活化小膠質細胞的標記物。因此，MCC1274 似乎能減輕，或 ，健康小鼠體內的小膠質細胞活化。這種對活化小膠質細胞的抑制作用，有助於平衡其過度活化，進而促進神經可塑性。
海馬迴中其他突觸蛋白的變化也顯示出具有神經保護作用。其對免疫反應的調節作用，可能幫助 突觸傳導與可塑性，進而幫助 老化大腦的認知功能，包括記憶功能。
在臨床前研究中，L. paracasei PS23 有助於促進健康老化
L. paracasei PS23 （ ）是乳酸桿菌屬（Lacticaseibacillus paracasei）中的一種菌株，相關人體研究指出其能改善 壓力調節 及 下肢肌肉力量。研究亦顯示，PS23 能加速 恢復進程並提升肌肉力量 。
有趣的是，針對衰老小鼠進行的 PS23 前臨床研究顯示，這種益生菌可能透過協助維持認知功能（包括記憶力）及維持肌肉量，來促進健康老化。雖然仍需進行更多研究才能全面了解其對人類認知功能的影響，但前臨床研究有助於我們理解促成該益生菌有益作用的機制。
在隨後的臨床前研究中，科學家在動物模型身上觀察到大腦健康與行為方面出現了一些顯著的變化。這些變化包括記憶力與空間記憶力的提升，以及焦慮樣行為的減少。
科學家將這些有益的變化歸因於 PS23 組的健康免疫反應、氧化壓力降低以及神經可塑性增強——這些因素皆有助於促進我們隨年齡增長時的大腦健康。這些提出的機制也與 MCC1274 的臨床前研究中觀察到的機制相當相似。
研究加速衰老小鼠中的 PS23
與人類相似，小鼠展現出複雜的認知能力，例如空間記憶、學習能力及社會行為。牠們的大腦老化模式也與人類驚人地相似。研究人員常將加速老化小鼠作為研究模型，用以評估認知功能以及某些干預措施（包括益生菌）的影響。這些臨床前研究幫助 理解益生菌如何發揮作用，以促進老年期的認知健康。
研究顯示，健康小鼠隨年齡增長，可能會出現更多類似焦慮的行為，並伴隨認知功能（即空間學習與記憶能力）的衰退。
近期有兩項關於 PS23 的臨床前研究，採用了經典的加速衰老動物模型，以更深入理解該益生菌對認知功能帶來益處的科學原理。在每項隨機、安慰劑對照研究中，研究人員將加速衰老的小鼠至少分為安慰劑組和益生菌組。隨後，研究人員透過行為測試——包括開放場測試和莫里斯水迷宮（MWM）測試——來觀察與壓力相關及認知方面的行為表現。
PS23 可促進老年小鼠的認知功能
為了研究認知功能，科學家在行為測試中，將服用 PS23 的加速衰老小鼠與服用安慰劑的小鼠進行比較，同時也檢測了血液和腦組織中相關因子的濃度。
在行為測試中，研究人員觀察到年老的安慰劑組出現明顯的空間記憶缺陷。然而，年老的 PS23 組並未出現這些空間記憶缺陷；其結果與非年老小鼠相似。這些結果表明，該益生菌改善了小鼠的年齡相關性記憶缺陷。
PS23 在空間記憶方面的這些優勢，與腦源性神經營養因子（BDNF）及超氧化物歧化酶（SOD）的濃度較高有關。BDNF 是一種關鍵的腦部蛋白質，與神經可塑性密切相關，特別是與學習和記憶有關。
SOD 被視為抗氧化防禦機制中至關重要的酶之一。與服用安慰劑的老化小鼠相比，服用 PS23 的老鼠不僅血液中的 SOD 含量更高，在對記憶至關重要的腦部區域——海馬迴中，其含量也更高。
在這些研究中，PS23 能維持老化過程中海馬迴或 血液中的超氧化物歧化酶（SOD）水平，而未攝取益生菌的老化組則出現 SOD 水平下降的情況。隨著年齡增長，即使身體其他方面健康，血液中的SOD水平仍會下降。這些小鼠研究結果顯示，PS23 可能有助於改善老化過程中的記憶缺陷，並緩解與焦慮相關的行為。
PS23 可能是目前唯一經研究證實能支持老化大腦中超氧化物歧化酶（SOD）活性的益生菌。
這些結果亦顯示，補充 PS23 可能作為一種策略，用以支持正常老化過程中的認知功能（即記憶力），而此過程可能涉及免疫或 氧化壓力等因素。
PS23 可緩解老年小鼠的焦慮症狀
同樣地，行為與生化測試結果顯示，PS23 在緩解自然老化過程中的焦慮方面具有優勢。在開放場測試中，研究人員將小鼠置於開放式場地，以觀察其認知行為及與焦慮相關的行為。焦慮程度較高的小鼠會迴避開放中心區域，行為更像「壁花」，整體活動量較少。相較於服用安慰劑的老化小鼠，服用 PS23 的老化小鼠在該測試中花費更多時間待在開放區域，且活動更為頻繁，這顯示其焦慮程度較低。
這些行為差異與 PS23 小鼠腦組織中較高的情緒穩定物質——血清素和多巴胺——濃度相吻合。此外，牠們血液中的腦源性神經營養因子（BDNF）濃度也較高。雖然 BDNF 對神經可塑性至關重要，但它對心理健康同樣重要：大腦特定區域的 BDNF 濃度偏低，與焦慮和壓力有關。
MCC1274 和 PS23 如何促進認知功能？
MCC1274 和 PS23 似乎是透過調節免疫平衡及抗氧化作用，經由腸腦軸線對大腦產生益處，從而提升認知功能。
我們已見證 MCC1274 如何提升血液中抗氧化劑異黃酮代謝物的濃度，並有助於安撫大腦的免疫細胞或 ，幫助 神經可塑性。同樣地，這兩項研究的科學家均觀察到，在大腦的記憶中樞——海馬迴中，抗氧化酶 SOD 的濃度有所上升。SOD 是人體對抗過量自由基產生的主要防禦機制，而自由基正是氧化壓力中的關鍵因素。
前臨床模型顯示，PS23菌株能提高關鍵腦部蛋白質BDNF的濃度，該蛋白質有助於促進學習、記憶及神經可塑性。兩款菌株均透過減輕氧化壓力，並藉由腸腦軸支持健康的腦部訊號傳導，在前臨床模型中展現出延緩年齡相關認知衰退的效果。
我們在此討論的臨床前研究，讓我們得以一窺益生菌對腦部健康（尤其是記憶力及與壓力相關的行為）產生正面影響背後，那令人著迷的科學原理。我們發現，MCC1274 和 PS23 之所以能支持認知功能，可能是因為它們對腦部免疫相關路徑產生了影響。正如臨床前及臨床研究均顯示，這些菌株透過腸腦軸發揮免疫平衡與抗氧化作用。
引用
- 肖，J.、勝俣，N.、伯尼耶，F.、大野，K.、山內，Y.、小玉，T.、吉川，K.、伊藤，K. 及 金子，T. (2020)。 DOI：10.3233/JAD-200488
- Ohno, K.、Abdelhamid, M.、Zhou, C.、Jung, C. G. 及 Michikawa, M. (2022)。 DOI：10.3233/JAD-220479
- 崔，C.；比魯，R. L.；斯尼茨，B. E.；伊原，M.；角田，C.；洛普雷斯蒂，B. J.；艾森斯坦，H. J.；洛佩茲，O. L.；馬蒂斯，C. A.；宮本，Y.；庫勒，L. H.；及 關川，A. (2020)。 DOI：10.1093/nutrit/nuz050
- 姚R、黃CB、中村K、三山E、田中A、久原T、小玉T、肖JZ。 DOI：10.3920/BM2018.0179
- Abdelhamid, M., Zhou, C., Jung, C. G., & Michikawa, M. (2022). DOI：10.3390/nu14122543
- 鄭，L. H.、周，P. Y.、侯，A. T.、黃，C. L.、蕭，W. L.、王，S. (2022)。 DOI：10.1039/d2fo00165a
- 黃，S. Y.、陳，L. H.、王，M. F.、徐，C. C.、陳，C. H.、李，J. X.、黃，H. Y. (2018)。 DOI：10.3390/nu10070894