综述：微生物胞外多糖作为后生元：结构、功能与转化潜力

　　本综述系统探讨了微生物胞外多糖（EPS）作为后生元（postbiotics）的结构多样性、生物活性与转化前景，重点解析其免疫调节（immunomodulatory）、抗氧化（antioxidant）及抗炎（anti-inflammatory）机制，并展望其在食品技术（如增稠剂、乳化剂）与生物医学工程中的应用挑战及多组学（multi-omics）驱动的研究策略。

　　

分类：同多糖与异多糖

微生物胞外多糖（EPS）根据单糖组成可分为同多糖（HoPS）和异多糖（HePS）。HoPS由单一单糖单元（如葡萄糖或果糖）构成，例如葡聚糖和果聚糖；HePS则包含两种及以上单糖，通常含有葡萄糖、半乳糖、鼠李糖等，形成复杂分支结构。这一分类直接决定其理化特性与生物功能，例如HoPS常作为食品增稠剂，而HePS更易具备免疫调节活性。

微生物来源的EPS

革兰阳性菌与革兰阴性菌均可产生EPS，其中乳酸菌（LAB）和双歧杆菌（Bifidobacterium）因安全性与功能性被广泛研究。常见菌属包括Lactobacillus（现重新分类为Lacticaseibacillus、Lactiplantibacillus等）、Streptococcus thermophilus、Weissella和Leuconostoc。这些菌株已被认定为GRAS（Generally Recognized As Safe）安全菌种，其EPS在发酵食品和益生菌制剂中应用广泛。

微生物EPS的提取：历史演变、方法与工业流程

EPS提取方法从早期的酒精沉淀发展为多步骤纯化流程，旨在保持结构完整性与生物活性。典型步骤包括细胞培养、离心去除菌体、乙醇沉淀、透析及冻干。工业规模生产需优化发酵条件（如pH、温度、碳源）以提高产量，但面临低提取效率与杂质去除的挑战。

EPS生产的遗传与酶学调控

EPS生物合成受基因簇（如eps操纵子）和酶（如糖基转移酶）精密调控。环境信号（营养压力、pH）通过双组分系统影响转录激活，进而调控单糖聚合、链延长及输出。遗传工程与合成生物学策略可定向改造菌株，提升EPS产量与功能特异性。

EPS的理化与结构特性

EPS的功能性取决于单糖组成、糖苷键类型、分支度、分子量及电荷等参数。例如，β-糖苷键增强抗酶解性，而阴离子基团（如磷酸酯）提升乳化能力。结构多样性直接影响其与宿主细胞（如免疫受体TLRs）或微生物群落的相互作用。

核磁共振（NMR）光谱

NMR是EPS结构解析的金标准技术，可通过一维/二维谱（如COSY、TOCSY、HSQC）精确鉴定单糖残基、连接位点与立体化学。例如，研究曾通过NMR揭示S. thermophilus EPS的柔性五糖重复单元结构，为功能机制研究提供原子级依据。

作用机制与功能特性

EPS通过多种途径发挥健康效益：

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  免疫调节：激活树突细胞、调节细胞因子分泌模式，经TLRs/PRRs通路启动先天免疫；
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  抗氧化：清除自由基，抑制氧化应激；
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  抗肿瘤：诱导癌细胞凋亡并抑制转移；
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  肠道保护：增强屏障完整性并促进有益菌（如产SCFAs菌）生长。
  此外，EPS具备类似益生元的特性，可选择性促进共生菌发酵产短链脂肪酸（SCFAs）。

技术与工业应用

食品工业中，EPS作为增稠剂、乳化剂（如酸奶质构改良）广泛应用；制药领域用于药物递送系统（如纳米载体）；生物医学中凭借生物相容性成为组织工程支架材料；化妆品则利用其保水性与成膜性。

临床证据与治疗潜力

临床前研究显示EPS可改善代谢综合征（如血糖调控）、过敏性疾病及感染防御。人类试验初步验证其调节肠道菌群与免疫指标的能力，但大规模临床试验数据仍不足，需进一步研究药代动力学与长期安全性。

安全性、监管现状与商业化挑战

EPS作为后生元面临标准化缺失、菌株特异性产量差异及法规不明确等障碍。GRAS认证需满足纯度、毒理学及功效一致性要求，而行业需建立统一活性检测标准以支持健康声称申报。

当前空白与未来方向

需突破多组学整合（基因组学、糖组学）、AI预测模型、精准营养适配及规模化生产等技术瓶颈。跨学科合作与法规协调将推动EPS成为下一代功能性聚合物。

结论

微生物EPS作为后生元代表分子，融合结构多样性、多效生物活性及工业适用性，有望通过跨学科创新实现从基础研究到临床与市场的转化。