발효 기능성 식품은 발효공정 중 생성된 생체활성 대사산물의 미생물 생성과 관련된 생체(biogenic) 특성을 나타낸다. Lactobacillus helveticus는 우유 발효과정 중 항 고혈압성, 항균성 및 면역조절 기능을 내포하는 생체활성 펩티드를 생성하고, 체외에서는 조골세포의 뼈생성을 증가시키는데 사용되어왔다.

유아용 분유조제를 위한 L. paracasei CBA L74 발효유는 체외에서 강력한 항염증작용을 하고, 체내에서는 S. typhimurium에 의한 돌기세포 손상을 감소시킨다. 또한 생쥐 덱스트린 나트륨 설페이드(dextran sodium sulphate) 대장염 모델에서 대장염의 중증도를 줄이고 더 나은 회복을 돕는다. 이러한 활동은 비활성화된 박테리아가 아닌, 발효과정 중에 분비되는 대사산물에 의존한다.

마지막으로 최근에 L. rhamnosus는 잠재적 면역조절 활성을 통해 탈지유에서 박테리아 균주를 생산하는 엑소폴리사카라이드 (exopolysaccharides)를 생산하는 것으로 나타났다. 이 제품들은 사이토카인에 의한 세포 사멸을 억제하고, 쥐 대장염 모델에서 장세포 내 과산화수소 유도 파괴를 약화시킨다.

▲ 활동 메커니즘
L. rhamnosus GG 배양 상등액정제를 통해서 분자량이 약 40 kDa와 75 kDa인, 즉 p40과 p75 두 종류의 단백질이 존재함을 알아냈다. 이 단백질들은 또한 Msp1 (주요 분비 단백질 1 또는 p75) 및 Msp2 (주요 분비 단백질 2 또는 p40)로도 명명되었다.

이들의 효과는 몇몇 쥐와 인간의세포주(cell line, 細胞株) 및 체외이식편에서 시험되었으며, 이를 통해 TNF- 유도 장상피세포 및 기관배양 손상을 방지하고, 세포 사멸을 억제하며, 증식성 상피세포 반응을 자극하는 것으로 관찰되었다. 특히 LGG는 장내 dysbiosis를 완화시키고 설사를 완화시킬 수 있다.

이와 병행하여 이러한 유익한 효과를 매개하는데 있어 p40과 p75의 중요성은 다른 여러 증거에 의해 뒷받침되었다. 첫째, 상등액에서 p40 및 p75를 생산하는 Lactobacillus strains 만이 이러한 조절효과를 위한 직접 세균-세포 상호작용의 독립성을 보여준다. 두 번째로, 면역저하 실험은 p40 및 p75이 손실되었을 경우, 결장 상피세포에 대한 L. rhamnosus GG의 항세포사멸 효과가 제거됨을 보여준다.

오늘날까지 p40 및 p75는 특정 세포 신호전달경로를 통해 장상피세포의 항상성을 조절하는 최초로 확인된 probiotic 박테리아 가용성 단백질이다. 가용성 인자들의 항세포자멸 효과는 EGF 수용체(EGFR)의 활성화에 이어, 인산화효소(燐酸化酵素)인phosphatidylinositol -30- Kinase(PI3K) 의존성 Akt(단백질 키나아제B)활성화와 관련이 있는 것으로 알려졌다.이Akt는 포도당 대사, 세포 사멸, 세포 증식, 전사 및 세포 이동과 같은 다중 세포 과정에서 중요한 역할을 하는 세린·트레오닌 특이적 단백질 키나아제이다.

이전 연구들은 장 건강 유지 및 손상된 상피세포 복원을 유도하는 EGF의 중요성과 세린 또는 트레오닌의 OH기를 인산화시키는 키나제 효소인serine/threoninekinase Akt가 다양한 세포생리과정.즉 세포분화, 세포주기, 전사, 번역, 대사 그리고 세포예정사(Programmed cell death)의 일종인 아포토시스(Apoptosis)에서 중요한 조절 역할을 한다는 것을 강조했다. Akt는 세포사멸 신호의 비활성화와 항세포사멸 신호의 활성화인 두 가지 방식으로 세포생존을 촉진시킬 수있다.

특히, 상피세포에서, p40은 비수용체 타이로신 인산화효소(tyrosine kinase)의 활성을 자극하여 EGFR 및 그의 하류의 트랜스를 활성화 하기 위한 EGFR 리간드(Lligands)의 방출을 유도하는 단백질분해효소 인매트릭스메탈로프로티아제 (matrix metalloproteinases, MMPs)의 활성화를 통해 EGFR을 직접 또는 간접적으로 활성화시킨다. p40은 또한 염증성 사이토카인 생성을 직접 하향 조절하기 위해 대식세포 및 림프구에 작용하는 관련 면역조절기능을 가지고 있다.

인간의 위장 결장 평활근에서, L. rhamnosus GG 상등액은 병원성 리포 다당류인 LPS(Lipopolysaccharide) 전염증성 파열을 중화시키고, LPS 유발 손상으로부터 보호하는 효과를 보였다. L. rhamnosus GG 상등액활성은 인간 결장 평활근 세포에서 발현된 Toll-like receptor 2 (TLR2)의 직접적인 관련을 통해 일어났다.

TLR2의 세포 표면 발현은 세포가 상등액에 노출되었을 때 감소하였다. 단일클론(monoclonal) 항TLR2 결합을 위한 수용체 부재는 LGG와 막 수용체의 상호작용을 간접적으로 입증한다. 다른 종의 심근세포에서 TLR2 수용체는 항염증성 포스포이노시티드 3-인산화효소(PI3K)/ AKT 신호 전달경로와 관련이 있는 것으로 알려졌다.

지금까지 주어진 실험 데이터들은 "postbiotics"로 알려진 probiotic 유래 인자들이 병원체 유발 염증 및 관련 사이토카인 분비의 변화에 대해 유익한 성질을 갖는다는 것을 나타낸다. 장내 상피세포 생존 및 장벽기능의 촉진뿐만 아니라, 선천성 면역 증진과 같은 여러 세포 및 분자 메커니즘이 제안되고 기술되었다.

Probiotics의 유익한 효과를 매개하는 가용성 인자의 발견은 미세작용 메커니즘의 이해를 도울 뿐만 아니라, 살아있는 박테리아와 치료제의 작용을 통합하는 효과적인 약리학적 전략을 개발할 수 있는 기회를 제공할 것이다.

동물 모델을 통한 미래의 생체내 연구는 장염증 반응을 조절하고 장 상피세포의 항상성의 유지를 촉진시키기 위한 연구의 타당성을 입증할 것이다.