A função dos probióticos varia entre as cepas. Enquanto algumas apresentam efeitos imunoestimulantes para aumentar a defesa imunológica contra infecções e câncer, outras apresentam efeitos para controlar as respostas inflamatórias. Embora os mecanismos precisos de sua ação não sejam totalmente conhecidos, vários componentes ativos, como exopolissacarídeos (EPSs), ácidos lipoteicoicos (LTAs), lipopolissacarídeos (LPSs) e RNA de fita simples (ssRNA) foram relatados nos estudos. EPSs e LTAs são considerados componentes imunoestimulantes; EPS derivado de Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus OLL1073R-1 aumentou a atividade das células NK e induziu a produção de interferon-gama (IFN-γ) através da regulação de fagócitos em camundongos; LTAs derivados de Lactobacillus plantarum L-137 induzem a produção de IL-12 em células dendríticas esplênicas murinas; LPSs e ssRNA atuam como agentes anti-inflamatórios.
Foi relatado que o Lactobacillus casei Shirota possui dois componentes ativos diferentes – parede celular rígida e PSPG-1 – que atuam como um agente imunoestimulante e um agente anti-inflamatório, respectivamente. A parede celular rígida do Lactobacillus casei Shirota está associada à indução de IL-12 no macrófago murino; e a produção de IL-12 induzida por Lactobacillus casei Shirota foi positivamente correlacionada com o aumento da atividade das células NK.
O Lactobacillus casei Shirota também impediu o desenvolvimento de câncer de cólon induzido por dextrana-sulfato de sódio em camundongos, através da supressão da expressão de IL-6 mRNA em células dendríticas na mucosa colônica. Acredita-se que o equilíbrio entre essas duas características diferentes do Lactobacillus casei Shirota seja alterado de forma flexível, dependendo das condições do sistema imunológico do hospedeiro. Os mecanismos de sinalização de fagócitos ou células epiteliais intestinais que ingerem ou entram em contato com probióticos para apresentar os efeitos fisiológicos ainda não são totalmente compreendidos, sendo necessárias mais pesquisas, consulte o artigo completo.