益生菌可以通過調節免疫功能、産生有機酸和抗菌化合物、與宿主和宿主微生物群相互作用、改善屏障功能、産生酶類等方式發揮健康益處。（詳見：益生菌是如何工作的？）作為益生菌的“表親”——益生元，也越來越受到關注。益生元最先被定義為“通過選擇性的刺激一種或少數種菌落中的細菌的生長與活性而對宿主産生有益影響從而改善宿主健康的不可被消化的膳食成分”。2016年12月，國際益生菌與益生元科學協會（ISAPP）發布共識，将益生元定義為“能夠被宿主的菌群選擇性利用并轉化為有益于宿主健康的物質”，大大擴展了益生元的概念和範圍。益生元已經不再僅僅被視為雙歧杆菌和乳杆菌等益生菌生長的助推器，現在已經認識到益生元對全身代謝和生理的影響。目前的益生元主要以碳水化合物為主，其它一些物質，比如多酚類物質、多不飽和脂肪酸和共轭亞油酸，也可以發揮益生元作用。那麼，益生元是如何發揮作用的呢？

1、抵禦病原體

益生元可以促進腸道有益細菌的繁殖，被有益細菌代謝産生有機酸導緻腸道pH值降低，抑制病原體的生長。建立穩定的共生微生物群落可以減少入侵病原體對營養的可利用率，抑制其定植。在老年人群中的研究發現，補充10周低聚半乳糖可以提高免疫功能，特别是增強吞噬活性和自然殺傷細胞的活性。

2、免疫調節

有證據表明，益生元幹預可以減少Th2型免疫反應，從而影響過敏。最有力的支持數據來自嬰兒的研究，随機雙盲安慰劑對照試驗表明在嬰兒配方奶粉中添加益生元可以顯著降低特應性皮炎、哮喘和荨麻疹的發病率。一項前瞻性、雙盲、安慰劑對照試驗也發現，給具有高過敏風險的健康足月嬰兒補充6個月含有益生元的低敏配方奶粉，喂養後5年内過敏的發生率降低了5倍以上。

3、增加礦物質的吸收

腸道中鈣的吸收是維持骨礦化和鈣穩态的重要生理過程。大多數礦物質的吸收是通過小腸内的主動轉運機制進行的，而鈣吸收是通過被動轉運實現的。益生元發酵産生的短鍊脂肪酸，可以降低腸道pH值，而pH值的下降可以增加鈣的溶解度，從而為被動轉運提供更大的驅動力。研究表明，青少年補充益生元可以顯著增加鈣吸收和骨礦化，減少生命後期骨質疏松的發生率。

4、改善排便功能

排便功能的改善通常歸因于膳食纖維的攝入導緻的糞便體積增大。然而，研究表明，益生元發酵産生的短鍊脂肪酸可以調節腸道激素，從而調節腸道的局部運動反應。益生元膳食纖維的持水能力也具有軟化大便的作用，使排便更加容易。

5、代謝影響

腸道屏障功能受損可以使炎症介質，比如細菌脂多糖（内毒素），從腸道轉移到身體循環，也就是代謝性内毒素血症，這被認為是糖尿病和肥胖的緻病因素。益生元幹預可以增加短鍊脂肪酸的産生，起到改善腸道屏障功能的作用。益生元幹預對于人體的葡萄糖穩态，炎症和血脂譜具有積極作用。益生元低聚半乳糖可以直接刺激腸道上皮細胞中緊密連接蛋白的表達。菊粉可通過直接抑制腸道異麥芽糖酶-蔗糖酶複合物來改善血糖反應。

6、對飽腹感的影響

腸道發酵産生的短鍊脂肪酸可以與特定的脂肪酸受體相互作用，調節胰高血糖素樣肽-1的脂解和釋放。這些受體存在于許多組織中，可能是益生元發酵與全身健康益處之間的關鍵聯系。短鍊脂肪酸可通過多種機制調節食欲，短鍊脂肪酸與結腸L細胞之間的相互作用可導緻食欲減退激素的産生。短鍊脂肪酸也可以通過肝門靜脈到達肝髒，在那裡丙酸可以刺激葡萄糖異生作用，作為一種飽腹感信号。進入身體循環的短鍊脂肪酸也可以與位于脂肪組織上的脂肪酸受體相互作用，刺激瘦素的分泌。乙酸是益生元發酵産生的主要短鍊脂肪酸，乙酸可以穿過血腦屏障進入下丘腦，這是一個已知的會控制饑餓感的腦區，從而調節食欲。

益生元發揮作用的前提是進入腸道并被選擇性利用，增加特定種屬的有益細菌的生長和功能，從而發揮健康益處。排便習慣的改善是由于腸道微生物的生長；細菌數量的增加和細菌細胞壁組分可以影響免疫調節。益生元代謝産生的有機酸可以降低腸道pH值，同時抑制微生物病原體的生長和促進礦物質的吸收；代謝産物還可以影響腸道上皮完整性和激素調節。選擇性利用益生元的細菌可以通過産生抗菌肽和競争性相互作用影響菌群組成，從而減少病原菌感染。

腸道菌群失衡是導緻許多疾病的核心原因，因此調節腸道菌群是治療許多疾病的關鍵。益生菌和益生元幹預都有助于增加腸道有益微生物的生長及其代謝，其代謝産物通過全身性的運輸可能對心血管系統、泌尿生殖道、皮膚和大腦都産生影響。

單一一種益生元往往隻是促進腸道中的一種或幾種有益微生物的生長，腸道是一個非常龐大的生态系統，健康平衡的腸道菌群需要各種有益微生物的互惠共生，需要多種益生元的滋養。其實，健康均衡的飲食能夠促進腸道菌群的健康生長，那才是最佳的“益生元”。

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