微生态制剂在肠道疾病治疗中的研究进展

　　肠道微生态是人体中复杂的生态系统之一。在正常人的肠道内定植大量的细菌，它们不仅可以发挥多种生物学功能，而且与多种疾病有关。然而通过添加微生态制剂，可以明显改善肠道菌群的结构和减少相关致癌代谢产物，同时可以改善某些疾病的临床表现。因此，使用微生态制剂无论对于健康人群还是疾病患者来说，都具有重要的意义。本文通过对肠道菌群相关疾病进行微生态方面的研究进行初步总结，为较全面理解和推广微生态制剂在不同人群中的应用提供思路。

　　人体肠道是一个十分复杂的生态系统，含有大约1014数量的菌群，主要包括厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门、放线菌门、疣微菌门等5大细菌和一类古生菌门【1】。肠道细菌不仅包含着10倍于人体的巨大基因组，而且它们在维持肠道菌群平衡、促进消化吸收和维持脑-肠轴的交流方面发挥着不可或缺的功能【2，3】。肠道内的菌群并不是一成不变的，正常人肠道中菌群的比例可以随着年龄的增加不断发生变化，但总体而言，拟杆菌门和放线菌门在肠道中的丰度在较长时间内可以保持基本稳定【4】。有研究显示肠道菌群的紊乱与多种疾病相关，如肥胖、2型糖尿病、炎症性肠病、代谢综合征和肠癌等【5，6，7】。临床上对这些疾病主要采用药物和手术治疗，除此之外，通过改变疾病相关微生物带来的显著益处也获得了广泛认可，如根除幽门螺旋杆菌可以帮助治愈消化性溃疡，而使用粪便移植可以治疗难治性艰难梭菌感染性腹泻。因此，通过使用微生态制剂治疗或预防相关疾病已经受到研究者们的极大关注。微生态制剂包括益生菌、益生元和合生元。尽管胃肠道中有胃酸和胆汁屏障的阻碍，但仍有部分益生菌可以突破屏障进入肠道发挥其功能【8】。它们不仅可以补充肠道外源性益生菌，还可以促进肠道菌群有益菌的生长，抑制有害菌的定植。本文主要综述微生态制剂干预前后对不同状态下人体肠道微生态及代谢因素影响的最新进展。

　　1　微生态制剂对健康人群的影响

　　Spaiser等【9】研究显示，老年人群服用3种益生菌（加氏乳杆菌KS-13、两歧双歧杆菌G9-1、长双歧杆菌MM-2）的合剂后，不仅血液中的炎症因子水平降低，而且肠道中的双歧杆菌和乳酸杆菌丰度均明显增加，大肠埃希菌的水平明显降低，此外，柔嫩梭菌的水平也升高。研究还发现服用益生菌有助于防止高脂和过量饮食引起的胰岛素抵抗【10】。而使用来自蒙古马奶酒中分离出的干酪乳杆菌干预肠道菌群，结果显示多种有益菌（如双歧杆菌、普氏菌属等）含量上升，而机会性致病菌（梭菌属、志贺氏杆菌等）的丰度明显下降【11】。副干酪乳杆菌也可显著提升有益菌数量【12】。此外，研究显示益生菌还可以提高分泌型免疫球蛋白A和短链脂肪酸的浓度【13】。服用乳酸杆菌后，肠道中变形菌门和粪球菌属水平显著增加，而Blautia菌水平则明显降低【14】。Holscher等【15】通过三阶段的交叉试验后发现，在普通人群中添加膳食纤维等益生元后，粪便中拟杆菌门/厚壁菌门的比值明显升高，进一步分析发现该比值的增加与总的膳食纤维摄入量有关，而与本身的体质量指数无关。此外，全基因组测序证实这些菌群的改变与碳水化合物、氨基酸和脂质等代谢密切相关。使用低聚木糖可以显著增加肠道中双歧杆菌的含量且与剂量成正相关，而对菌群多样性及短链脂肪酸无明显影响【16】。低聚半乳糖亦可显著增加肠道中双歧杆菌和乳酸杆菌的丰度，同时还可增加肠道中丁酸盐的含量【17】。研究还显示，老年志愿者服用4周合生元后，粪便中双歧杆菌明显增加，放线菌门和厚壁菌门明显增加而变形菌门明显减少，粪便中丁酸盐含量明显增加，而外周血中的肿瘤坏死因子-α水平显著下降（P＝0.02）【18】。但同样是老年志愿者，有研究显示服用3个月合生元后，该人群无论是炎症因子（白细胞介素-6和肿瘤坏死因子-α）还是身体成分均无变化【19】。West等【20】将22名志愿者随机分为两组，分别服用合生元和益生元制剂3周，结果显示合生元组粪便中副干酪乳杆菌水平增加9倍，白细胞介素-16水平增加50%，而对短链脂肪酸的含量无影响。研究还显示，无论是益生元还是益生菌，都可以降低肠道中β-葡萄糖醛酸酶的活性，发挥保护宿主健康的目的【21】。也有研究显示，使用合生元后，能提高乳酸杆菌和双歧杆菌等几种菌株的水平，也可以提高支链脂肪酸的含量，但对短链脂肪酸浓度无改善【22】。

　　2　微生态制剂对肠易激综合征的影响

　　肠易激综合征（irritable bowel syndrome，IBS）是一种常见的功能性肠道疾病，以慢性或复发性腹痛、腹泻、排便习惯和大便性状改变而又缺乏明显结构异常为主要表现【23】。研究显示IBS患者肠道菌群的多样性降低而不稳定性增加，菌群结构变化主要表现为厚壁菌门的比例增加，特别是Ruminococcaceae菌和梭菌属XIVa，而拟杆菌门的丰度则明显下降，IBS患者肠道内短链脂肪酸和有机酸的浓度亦出现明显升高【24】。有研究使用双歧杆菌（Bifidobacteria infantis 35624，B. infantis）干预IBS患者，结果显示除了双歧杆菌的丰度明显增加外，其余细菌无改变，而且对IBS的症状无影响【25】。另有研究显示双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum MIMBb75）可以显著降低IBS的症状得分，同时提高粪便中双歧杆菌的含量【26】。IBS患者服用含有3种益生菌的发酵乳饮料后，开始2周时症状改善效果比较明显，而到干预结束后两组之间差异无统计学意义【27】。Moayyedi等【28】通过一项荟萃分析发现，益生菌对IBS患者的效果显著高于对照组（症状未改善相对危险度为0.71）。近期一项研究分析23个有关益生菌治疗IBS的随机对照研究，发现益生菌可以减少IBS整体症状、改善腹痛和腹胀，此外，使用合生元治疗IBS也有明显效果【29】。

　　3　微生态制剂对炎症性肠病的影响

　　炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）是由遗传、免疫和环境因素共同作用导致的肠道炎性疾病，包括溃疡性结肠炎和克罗恩病。越来越多的研究显示，肠道菌群参与了IBD的进程。将IBD患者肠道菌群和正常人对比后显示，IBD患者肠道菌群的多样性下降，双歧杆菌、乳酸杆菌和柔韧梭菌的丰度明显下降，而大肠埃希菌和梭杆菌属水平则开始上升，还可引起短链脂肪酸和氨基酸合成功能的下降，氨基酸转运增加，氧化应激水平增强【30】。口服干酪乳杆菌治疗轻度溃疡性结肠炎患者，肠黏膜菌群无变化，而从直肠内给药，则可显著提高肠黏膜中乳杆菌属的丰度，降低肠杆菌科的比例，同时还可显著提高黏膜白细胞介素-10的表达水平【31】。而研究显示，使用VSL#3可以显著降低克罗恩病患者术后肠黏膜的炎症水平，不过对菌群的影响有限【32】。也有研究显示使用双歧杆菌（Bifidobacteria infantis 35624）干预溃疡性结肠炎患者6～8周后，可以显著降低患者血液中C-反应蛋白和白细胞介素-6的水平，而肿瘤坏死因子-α水平无下降【33】。此外，Benjamin等【34】给予活动期克罗恩病的患者低聚寡糖，与对照组相比，服用低聚寡糖的患者粪便中双歧杆菌和柔嫩梭菌的丰度无改变，而肠道固有层中白细胞介素-6＋树突状细胞数量则显著降低，白细胞介素-10＋树突状细胞则明显增加。Steer等【35】使用合生元制剂干预活动期克罗恩病患者，结果显示无论是克罗恩病的活动指数还是组织学评分均出现明显下降，而且两组肠黏膜中双歧杆菌的丰度均上升。

　　4　微生态制剂对肠癌患者的影响

　　肠癌患者肠道微生态的改变已有诸多研究。肠癌患者肠道内菌群的改变主要表现为梭杆菌属、链球菌科、肠球菌属、肠杆菌-志贺菌属、脆弱拟杆菌和克雷伯氏杆菌的升高，而产丁酸盐的细胞如罗氏菌属和毛螺旋菌科水平明显降低【36】。益生菌可以通过肠腔内发挥作用，包括定植于肠黏膜并竞争性排除有害菌、改变肠道内微生物代谢酶的活性、降低致病性二级胆汁酸、与致癌物质和突变剂结合、发挥短链脂肪酸的化学预防作用、减少DNA的损伤等抑制肠癌的进展。此外，益生菌还可以与全身免疫系统相互作用，达到预防和治疗肿瘤的目的【37】。多组乳酸菌株具有诱导凋亡、抗氧化及增强免疫等作用，如嗜酸乳杆菌可以通过抑制肿瘤细胞的生长和分化以及诱导Beclin-1的表达促进肠癌细胞凋亡，还可以通过刺激树突状细胞产生白细胞介素-12增强宿主免疫功能【38】。罗伊氏乳杆菌通过下调核因子-κB依赖的基因产物和报告基因的表达调节肠癌细胞的增殖和减缓肠癌细胞的生长【38】。

　　此外，对于肥胖人群使用益生菌VSL#3后显示，益生菌可以显著增加粪便中双歧杆菌和乳酸杆菌以及总厌氧菌和需氧菌的数量，还能改善血脂谱，包括降低血总胆固醇、三酰甘油、低密度和极低密度脂蛋白的水平，增加高密度脂蛋白的含量，同时，高敏感C反应蛋白水平也显著下降【39】。

　　5　微生态制剂作用的影响因素

　　尽管益生菌在多种疾病中均有较好的疗效，但益生菌也受到多种因素的影响，包括益生菌本身的特性、生产和储存条件、益生菌制品的类型、饮食成分及服用的方法等。为使微生态制剂中有足够数量和较高质量的菌群能够到达肠道中发挥作用，首先需要解决的是人体胃肠道中天然酸碱屏障的阻碍。为此，研究人员从多个方面进行探索，包括寻找新的可以抵抗胃肠道酸碱环境的益生菌菌株、研发微囊包装的益生菌、使用刺激益生菌增长的益生元等。Aiba等【40】从健康志愿者的胃液中分离出一种具有强耐酸作用的乳杆菌属益生菌（Lactobacillus johnsonii No.1088），体外实验显示该菌在pH 1.0的模拟环境中2 h仍有超过10%的细菌存活，而且该益生菌还能抑制幽门螺旋杆菌、大肠埃希菌O-157、鼠伤寒沙门氏菌及艰难梭菌的活性。而微囊包装的益生菌主要为海藻酸盐，其他的还包括黄原胶、阿拉伯胶和果胶等。另外，蛋白质也可以作为微囊材料，包括酪蛋白、牛血清白蛋白和大豆蛋白等。研究显示相比于不加任何保护层的益生菌，酪蛋白可以提高20%的细胞存活率【41】。研究还显示益生元亦可刺激益生菌的生长。不过，尽管采取类似隔离的方式可以减少益生菌的损失，但益生菌的数量并无改观【41】。对于益生菌等微生态制剂在胃肠道内的动力学改变和药效学变化，仍需要进一步的研究。微生态制剂对于肠道菌群的影响已经被广泛研究，然而其中的可能机制仍然在不断探索中。目前研究显示微生态制剂与肠道免疫功能密切相关。以乳酸菌为例，分泌型IgA在肠道黏膜相关免疫中具有多种功能。而研究显示乳酸菌对于肠道IgA的分泌及分泌IgA的细胞具有调节作用。不同的益生菌菌株还可以诱导肠上皮细胞产生不同程度的炎症因子，其中关键的通路就是核因子-κB信号途径。益生菌还可以调节肠道固有层Toll样受体。Toll样受体是一类单程跨膜糖蛋白，乳酸菌的免疫刺激作用可以导致Toll样受体不同的表达特点。此外，乳酸菌还可能对肠绒毛结构、膜蛋白、抗菌肽等产生影响【42】。此外，益生菌还可以在转录水平调控肠黏膜不同的基因网络和信号通路。如摄入嗜酸乳杆菌与10个调节点有关，主要和白细胞介素、干扰素、胰岛素、激素和代谢相关。干酪乳杆菌可以参与调节细胞增殖、Th1和Th2免疫细胞之间的平衡以及激素分泌及免疫耐受等功能。而鼠李糖乳杆菌则与创伤修复、干扰素应答及离子稳态密切相关。而该转录网络和通路的最中心的环节包括JUN、JAK2、STAT4和IGF1等基因【43】。

　　尽管益生菌等微生态制剂对正常健康人群和某些疾病具有预防或者治疗作用，但益生菌的安全性和有效性仍不断受到关注。Sanders【44】认为商业化生产用于食品和补充剂的益生菌菌株容易受到多方面的影响，包括产品的生产条件、最终的食物产品形式以及基因技术的应用等，这一系列的因素均会导致益生菌的安全性及有效性的改变。此外，尽管益生菌、益生元等微生态制剂已经在多项研究中证实有助于人体健康，但在常规的营养推荐中并未涉及。一方面，政策制定者需要意识到不断累积的证据，制定相应的解决策略，另一方面，更高质量的临床试验需要解答目前仍然存在的疑惑【45】。因此，无论是推动益生菌、益生元等微生态制剂在临床方面的应用，还是推广在普通人群中的使用，均应建立在高质量的试验证据基础之上。

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