經過全球科學家長年臨床研究，益生菌對免疫系統的平衡和調節作用已得到充分證實。過去這些研究常以日常食用的發酵奶（酸奶，益生菌飲品等）為研究對象。也有理論認為牛奶發酵過程中所使用的乳酸菌或益生菌所釋放和代謝產生的某些物質，亦具有一定的提升免疫功能的特性。
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益生菌提高免疫細胞活性與抗體的生成
益生菌提高白細胞的吞噬和消化病原體的能力
| 喂養含益生菌的酸奶的動物實驗表明，吞噬細胞和淋巴細胞的活性在3天內均會提高，巨噬細胞的活性也因益生菌的補充而提高。加拿大某大學的研究顯示，給小白鼠常規喂養含某種瑞士乳桿菌的發酵牛奶，它們胃腸道的巨噬細胞的活性在一周內明顯提高。另一項來自澳大利亞的研究也表明，4種常規的乳桿菌均能促進淋巴細胞的產生。另有在新西蘭梅花=斯大學的吉爾（Gill）教授研究發現：服用鼠李糖乳桿菌后，多形核白細胞活性以及單核吞噬細胞（單核白細胞）的噬菌活性均有顯著提高。 | |  |
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益生菌增強體內產生IgA和IgG的能力，防治流感
益生菌增強體內產生IgA和IgG的能力。乳桿菌在對輪狀病毒疫苗的反應可提升機體生成IgM。另一研究也表明，使用益生菌，對傷寒接種疫苗的抗體反應液提高了。益生菌的效果可能是增加了細菌對腸道內壁的附著與定植，從而激活此處的抗體產生。促進抗體的生成意味著人們得病的幾率小了，因為在致病細菌起作用前，人體已針對他們進行攻擊并消除之。
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益生菌幫助提升細胞因子的活性
益生菌可以提高白細胞介素-10的活性，從而起到雙向調節平衡的作用。一些益生菌被認為白細胞介素-12（IL-12)的強有力的激活劑，它們通過與腸道的上皮細胞層和腸道免疫系統的細胞相互作用。促進細胞介導的免疫性的提高。
在愛爾蘭進行的一項關于消化疾病的研究中，研究者發現唾液乳桿菌克抑制炎癥性的細胞因子（如腫瘤壞死因子α，TNF-α）在腸道中的產生。他們同時也研究了功能不同的Th1和Th2細胞的反應平衡性（“Th”代表“T輔助細胞”）。Th1細胞是幫助殺傷性細胞的，而Th2細胞則是幫助制造抗體B細胞的。兩者的平衡是免疫系統能力的重要標志，即爭強對危險的病原體的清除而不過度作用以致產生過敏或自身免疫的問題。研究還發現有幾種乳桿菌菌種能夠提升Th2抗體生產的反應和抑制炎癥性Th1反應。
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