【儿科每日一文】专家笔谈丨后生素 ：微生态疗法新理念以及应用前景
苏州大学附属儿童医院消化科 武庆斌
肠道菌群与宿主经过长期共同进化，宿主为肠道菌群提供了稳定的环境，而肠道菌群为宿主提供巨大的功能，如消化复杂的膳食营养物质、合成营养素和维生素、防御病原体和维护适宜的免疫系统等。因此，肠道菌群是维护宿主内外环境稳态的调控平台，对宿主的健康和疾病起着重要的作用[1-3]。益生菌作为活的微生物，当给予足够数量时可对宿主健康产生有益作用[4]，其作用机制主要是通过细胞培养和动物模型演绎获得，目前的证据不足以支持一种益生菌及其混合制剂对所有疾病有益，因而益生菌对人类健康的益处仍存在争议[5-6]。临床上益生菌应用有效的证据仅局限于某些消化系统疾病，如急性腹泻、预防抗生素相关性腹泻、肠易激综合征和乳糖不耐受等[7]。
研究揭示，宿主-肠道菌群相互作用的原理是通过肠道菌群分泌、降解的各种代谢物的介导，驱使生态系统在不同的生理环境中的稳定或恢复[5]。这些代谢产物被称为后生素(postbiotic)，应用后生素纠正肠道菌群紊乱，是微生态疗法的重大进展。
1、微生态制剂概念
1.1益生元(prebiotics)
益生元是指一组选择发酵食物的成分，能特异性改变肠道菌群的组成和/或活性，对宿主的舒适和健康有益[8]。2007年联合国粮农组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO)将益生元定义为一组可以通过调节微生物菌群而有益于宿主健康的无生命的食品成分[9]。益生元的主要成分有寡聚糖、膳食纤维、抗性淀粉以及其他不被消化的低聚糖。母乳中含有较多不能被肠道分解的母乳低聚糖(human milk oligosaccharides，HMOs)能促进肠道有益菌增值，具有益生元效应。
1.2益生菌(probiotics)
2001年FAO/WHO把益生菌定义为：给予足够数量、能够对宿主健康产生有益作用的活的微生物。
2012年FAO/WHO把益生菌的定义修改为：当给予足够数量、活的微生物时，对宿主健康产生有益作用。特别强调：①每一种益生菌具有菌株特异性，不能由此推测其他益生菌具有相同作用，须证明该菌株对宿主健康的有效性。②证明某一菌株对宿主健康的有益作用，不能等同于所有益生菌的特殊作用机制有关联[10]。常用的益生菌种类，如双歧杆菌、乳杆菌、酪酸梭菌以及布拉格酵母菌等。益生菌是经过驯化，可以通过发酵大量生产的细菌，不同于乳汁、口腔和肠道等体内自有的有益菌——这些细菌仅存在个体中，可以通过现代生物技术检测到，与益生菌存在差异[5,7]。
1.3合生元(synbiotics)
以往认为益生元与益生菌相加的复合制剂即为共生元，但研究证实，随意将二者相加的效果并不理想。当前的观点是某种益生菌在肠道定植，能够特异性地利用益生元，在肠道增殖发酵，产生短链脂肪酸(short chain fat acid,SCFA)而放大作用，能够改善肠道微生态环境，激活宿主免疫功能，预防和阻止致病菌易位[11]。
1.4后生素(postbiotics)
后生素也有称为“益生素”，或代谢产物、生物源素(biogenics)，或去细胞上清液，是指由活菌代谢活动分泌（代谢产物）或细菌死亡溶解后释放的可溶性因子，能够对宿主产生有益影响[12-13]。可溶性因子包括：SCFA、酶类、多肽类、磷壁酸、肽聚糖衍生物-胞壁肽、内源性和外源性多糖、细菌外膜蛋白、维生素、胆汁酸、缩醛磷脂以及长链脂肪酸等[13]。肠道菌群所形成的代谢产物可分为三大类：①由肠道菌群直接从饮食成分中产生的代谢物，如SCFA（主要指乙酸、丙酸和丁酸）、吲哚及其衍生物和多胺类；②由宿主产生并经肠道菌群生物化学修饰的代谢物，如次级胆酸和牛磺酸；③由肠道菌群重新合成的代谢物，如三磷酸腺苷和多糖[14]。
2、后生素的作用机制
肠道菌群的生长和繁殖，完全依赖宿主肠道提供营养素。微生物组学研究表明，数量庞大的肠道菌群与宿主肠道上皮细胞和肠黏膜免疫系统存在复杂的相互作用，他们之间相互协同、维护和促进胃肠道菌群平衡和内环境稳态[1,3]。在这个系统中，细菌以及细菌衍生的代谢物作为重要的信号，不断地促进上皮屏障和免疫细胞的正常功能[5]。但是，细菌-宿主相互作用的机制研究还处于初级阶段，大多数的肠道细菌代谢物仍然是未知的，许多已知的代谢物还不具有功能特征[14]。
细菌在繁殖生长过程中，产生分子量小的代谢产物。这些化合物在调节自我生长、繁殖、刺激其他有益菌生长、细胞间的交流和抗压力等方面起着关键作用[15]。肠道菌群在宿主肠道内可分泌，或死亡溶解后产生一些可溶性代谢物，这些代谢物通过改变细胞过程和代谢途径发挥生理效应。这些具有生物活性的代谢产物，可直接作用于菌群紊乱后宿主受损途径，或者选择性改变病原菌群途径，实现向非致病菌群转换，或上述二个过程协同发挥作用，克服益生菌个体菌株之间的差异[5]。例如，SCFA是益生元（包括纤维素）在结肠被细菌酵解产生最多、最常见的代谢物，为宿主提供部分能量并且在调节细胞代谢及细胞分裂和分化中发挥作用。SCFA还是肠道上皮的特殊营养因子，可维护肠道上皮细胞的完整性和杯状细胞的分泌功能，发挥对胃肠道的调节作用，降低pH值和氧化还原电位等影响肠道菌群的构建和组成，阻止外源性病原菌的定植[16-17]。最近研究发现，SCFA作为信号分子参与宿主的生理和病理作用[18]：①丁酸作为组蛋白去乙酰化酶抑制剂，具有抗炎和免疫抑制功能，是肿瘤和免疫稳态调节器，维持免疫系统对肠道有益菌的低反应性；②作为G蛋白耦联受体配体，包括GRP41、GRP43、GRP109A等，SCFA参与血糖、脂肪和胆固醇代谢，激活激素和神经系统而影响外部脏器功能以及免疫细胞调节等。
由不同益生菌来源获得的后生素，其生物活性/或对健康的作用也不同。研究表明，后生素主要的生物活性是免疫调节、拮抗病原体、抗炎、抗增殖、抗氧化、降胆固醇、抗高血压和护肝等[13]。例如，体外实验表明，利用罗伊乳杆菌(L.reuteri)-17938产生IL-10，使黏膜树突状细胞促进调节性T细胞的分化[19]。通过对三硝基苯磺酸诱导结肠炎动物模型证实，普拉梭杆菌(F.prausnitzii)细胞内提取物和上清液可通过增加IL-10和降低IL-12发挥抗炎症作用，推测其抗炎症作用是通过丁酸途径实现的[20]。由乳杆菌菌株和双歧杆菌菌株所获得的后生素，可改变肠道菌群结构以及相应的代谢产物，恢复肠屏障功能，抑制内毒素血症和降低肾脏交感神经活性[21]。后生素的抗菌活性成分包括细菌素、酶类、小分子物质和有机酸等，对革兰阳性和革兰阴性微生物具有抑菌或杀菌特性[22]。鉴于益生菌菌株特异性，理论上存在利用先进的生物工程技术，设计重组益生菌在肠道表达的具有生物活性的代谢物，从而对机体产生多种有益作用的可行性[23]。
3、后生素的应用前景
益生菌作为功能性食品或药品，已经得到广泛应用，主要用于菌群紊乱所导致的疾病和维护菌群稳态而起到预防保健作用。但是，宿主肠道菌群定植抗力因素影响益生菌疗效[5]。已经有不少益生菌应用有不良反应的病例报告，如腹胀和肠胀气、益生菌相关易位、菌血症、真菌血症和抗生素耐药基因的传递等，不过这些病例均存在着基础疾病，如免疫抑制、早产以及器官移植等[24]。后生素具有类似于益生菌样的作用，同时又可避免摄入活的微生物。因此，后生素可能是一种有效、安全的选择，可以避免益生菌相关的风险，成为治疗许多疾病的重要策略[13]。
后生素治疗菌群失调是通过抑制内源性病原微生物群，增强外源性微生物在肠道的定植能力，进而改变肠道的定植抗力，有助于治疗菌群失调或由病原生物或病原体介导的疾病。后生素的优势在于克服了益生菌、粪菌移植和益生元在肠道定植抗力的阻力[13]。炎症性肠病和结肠炎是微生物组相关失调性疾病，其病理生理机制可能是SCFA-肠上皮细胞相互作用受损。一系列开放式和随机临床对照研究验证后生素，如丁酸和SCFA，对炎症性肠病和结肠炎患者的疗效。开放式研究结果表明，SCFA灌肠治疗可改善结肠炎患者组织学和内镜疾病评分[31]。然而，虽然动物实验证实，SCFA可通过诱导黏膜细胞因子表达和反应性氧化物代谢减轻炎症性肠病的炎症[25]。但是，针对活动性远端溃疡性结肠炎患者的随机临床对照研究结果显示，与安慰剂相比，SCFA灌肠改善临床疾病指数的效果并无显著差异[25]。此外，使用梭菌scindens菌株，可使肠道合成次级胆酸合成的途径恢复，从而抑制艰难梭菌生长繁殖。由此推测，次级胆酸可作为代谢产物治疗艰难梭菌感染，或可增强粪菌移植的效果[26]。
近几年，发酵食品重新引起人们重视。发酵食品种类繁多，依据发酵的主要代谢产物和微生物可划分为：乙醇和二氧化碳（酵母菌）、乙酸（醋酸杆菌）、乳酸（乳酸菌属，如明串珠菌、乳酸菌和链球菌）、丙酸（费氏丙酸杆菌）以及氨和脂肪酸（芽孢杆菌）等。发酵食品具有储存时间长、改善食品感官质量、及改善食品营养特性等特点，对健康有一定的促进作用[27]。
发酵婴儿配方粉的应用已引起关注，一项对乳酸菌发酵婴儿配方粉（不含乳酸菌）与标准婴儿配方粉的系统分析比较显示，使用发酵配方粉婴儿的体质量和身长增长与使用标准配方粉婴儿相似。一项大数据随机临床对照研究表明，发酵配方粉对预防和治疗急性腹泻有效[28]。在发酵配方粉中加入比例为9∶1，浓度为8g/L的scGOS/lcFOS，可显著降低配方喂养婴儿肠绞痛的发生率，并且有较好的耐受性[29]。体外研究表明，副干酪乳杆菌CBA L 74（灭活细菌）发酵奶可抑制促炎细胞因子释放，预防结肠炎和肠道致病菌感染，保护宿主免受病原体侵害[30]。2018年第51届欧洲胃肠肝病及营养会议上，有研究报道，采用双歧杆菌B.Breve C50和嗜热链球菌发酵配方（后生素）喂养婴儿，可以增加肠道IgA分泌和双歧杆菌数量，从而有助于预防急性腹泻，并增强脊髓灰质炎病毒特异性肠道抗体反应。这些研究为婴儿营养提供了新的视角，显示出后生素在营养学上具有强大的生命力，也意味着是临床微生态疗法一个里程碑式的突破。
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最后编辑于 2023-02-21 · 浏览 902
