益生元在改善腸屏障功能中的應用

摘要：腸道是人體應激的中心器官，不僅與人體的消化吸收有關，在機體免疫防禦、免疫耐受中也起著重要作用。正常的腸黏膜屏障包括機械屏障、免疫屏障以及微生態屏障，可維持腸道微生態平衡，抵禦病原體的入侵。腸道屏障功能的改變與多種疾病密切相關，嚴重創傷、手術及危重病後腸黏膜會發生缺血缺氧，通透性增加，細菌內毒素移位，腸黏膜功能受損，進而引起腸源性感染，加重疾病。益生元(perbjotics)是指具有選擇性刺激結腸中一種或幾種特定細菌生長或增強其活性，調節腸道微生物菌群，對機體產生有益作用又不被消化的食物成分，包括非澱粉多糖、膳食纖維、菊粉、低聚果糖等。益生元可以改變腸道內菌群結構，抑制病原菌過度繁殖和病原菌對腸黏膜細胞的黏附，減少或防止腸道細菌移位，促進腸上皮細胞增生，維持腸黏膜結構和功能的恆定，對改變腸道微生態有一定的作用。

腸道是機體與外界環境接觸較為密切的部位，又是部分腸免疫細胞發育分化的微環境,腸上皮細胞不僅主宰人體的消化與吸收，而且在機體免疫防禦、免疫耐受中起著重要作用。嚴重創傷、手術及危重疾病後腸黏膜會發生缺血缺氧,通透性增加，進而細菌內毒素移位引起腸源性感染。腸道屏障功能的改變與多種疾病有關。如何維護腸屏障功能，阻止腸黏膜的破壞是人們關注的問題，益生元的出現與應用為保護腸屏障功能提供了新思路，其可調節微生態的紊亂，抑制腸道細菌的定植，維護腸黏膜的結構與功能。

01

腸道與腸屏障功能

腸道有大量的淋巴組織，腸道內壁是機體最大的免疫器官，人的腸淋巴組織的總量與脾的淋巴組織相等，占整個腸道的25%。正常的腸黏膜屏障包括機械屏障、免疫屏障以及微生態屏障，這三個屏障在維持腸道微生態平衡，抵禦病原體的入侵方面具有重要作用。

1.1 腸道的微生態環境

作為開放式腔道，腸道內定植有大量的微生物，包括細菌、真菌和原生動物。根據需氧程度不同可分為厭氧菌、兼性厭氧菌和需氧菌；根據他們對人體健康的利弊，又可分為有益菌、致病菌和中間細菌。有益菌多為專性厭氧菌，也是腸道的優勢菌，由一群特殊的產生乳酸的細菌組成，如雙歧桿菌、類桿菌、優桿菌、消化球菌等；中間細菌以兼性厭氧菌為主，為腸道非優勢菌，如腸球菌、腸桿菌等，在腸道微生態平衡時是無害的，在特定條件下具有侵襲性，對人體有害，所以又稱為條件致病菌。病原菌多為過路菌，長期定植的機會少，腸道微生態處於平衡狀態時這些微生物數量少，不會致病，如果數量超出正常水平則可引起人體發病，如變形桿菌、假單胞菌等。

腸道微生物主要存在於腸道黏膜和腸腔的糞便中，有益菌與有害菌之間相互拮抗競爭營養和空間位置[1]。因此，正常腸道微生物對黏膜上皮的完整性和黏膜免疫的發育有重要作用，是腸道發育和成熟及建立起正常免疫功能所必需的[2]。腸道微生物和腸上皮細胞等生物成分與食源性非生物成分(未被消化的食物)以及來自胃、腸、胰、肝臟的分泌物(如激素、酶、黏液、膽鹽等)共同構成了腸道微生態系統。

宿主與微生物在長期的協同進化過程中，通過適應與選擇形成了相互依賴、相互制約的動力學關係，共同保障該系統最大限度地從有限的食物中獲得最大的營養價值,維護系統的長期穩定與動態平衡。

正常腸道微生物通過本身所擁有的一些成分，如肽聚糖、菌多糖、磷壁酸等，介導定植，促使免疫反應發生，提高機體的抵抗力，還有一些微生物產生特殊的蛋白質和酶，構成幫助宿主消化吸收的功能體系。腸道微生物系統的平衡狀態是實現人體正常生理功能不可缺少的，任何一個環節異常，都可導致微生態平衡的失調，引發疾病或者加重病情。

1.2 腸道微生態失衡與疾病

微生態平衡是指在長期進化過程中形成的正常微生物群與其宿主在不同發育階段互動的生理性組合。在外界環境影響下，由生理性組合狀態轉變為病理性組合狀態，稱為微生態失調或菌群失調。腸黏膜屏障是腸道內具有高效選擇性功能的屏障系統，在保護機體免受食物抗原、微生物及其代謝產物的損害、保持機體內環境穩定等方面起著重要作用 [3]。腸道又是缺血/再灌注最敏感的組織之一，腸缺血再灌注引起腸組織損傷，腸道內細菌和內毒素易位及腸源性炎性介質和細胞因子釋放，引發全身性炎症反應綜合征(SIRS)和多器官功能障礙綜合征(MODS)，甚至死亡。

研究證實，腸道微生態失調與糖尿病、肥胖症、食物過敏、急或慢性腸道炎症、腫瘤等諸多疾病密切相關。腸易激綜合征(IBS)屬於胃腸功能紊亂性疾病,是一組包括腹痛、腹脹、排便習慣和大便性狀異常、黏液便，持續存在或間歇發作，而又缺乏形態學和生化異常改變可以解釋的症候群。腸易激綜合征患者的腸道微生態有數量和質量的改變、菌群結構的成分和易感性的改變 [4]。Schoepfer [5]等在腸易激綜合征患者腸道中檢測出鞭毛抗體，說明宿主構成了對腸道菌群的特異性免疫。

有學者報道結直腸癌和癌前病變患者的腸道菌群結構會發生改變，雙歧桿菌和乳桿菌數量減少，腸球菌、腸桿菌與酵母菌數量增加。腸道菌群的代謝產物是結腸癌的誘發因素，腸道細菌含有的7α-脫羥基酶分解膽汁酸為脫氧膽酸和石膽酸 [6]，促使二甲基肼的產生。腸道微生態失調導致機體免疫功能紊亂，也促進結腸癌的發生髮展。嚴重的疾病和創傷，如膿毒血症、嚴重創傷、燒傷等發生時，腸道也是一個重要的損傷靶器官，由於缺血、藥物、機體應激等因素的影響，腸道微生態嚴重紊亂、腸屏障功能損傷、腸黏膜通透性增加，這些因素促使菌群移位、腸源性感染的發生，進一步導致全身炎症反應綜合征和多器官功能衰竭，如伴發腸道微生態嚴重紊亂和腸運動功能障礙，患者的致死率提高 [7]。

胃腸Roux-en-Y旁路術治療病態肥胖，其理論基礎正是通過手術糾正腸道微生態失衡和胃腸運動功能障礙 [8]，手術不僅可導致腸道微生態的改變，而且通過改變腸道微生態治療代謝性疾病。

02

益生元、益生菌的概念

健康成人的胃腸道內存在著種類繁多的微生物，其中結腸是它們的主要定植部位。腸道共生菌能夠通過一系列機制改善宿主健康，包括抑制病原菌在腸道定植、合成發酵產物、提供結腸上皮細胞能量以及激活免疫等作用 [9]。目前增殖人體內雙歧桿菌、乳桿菌的途徑主要為口服活菌製劑(益生菌)或其發酵底物(益生元)兩種。益生元(prebioties)是由Gibson GR等在1995年提出的，是指具有選擇性刺激結腸中一種或幾種特定細菌生長或增強其活性，從而調節腸道微生物菌群，對機體產生有益作用又不被消化的食物成分，其可以通過增加腸道特殊菌群，改變腸道微生態，並發揮一定的治療作用。利用益生元自然增殖法安全無毒、穩定高效。

益生元物質研究得較多的是一些非消化性低聚糖(如菊粉型果聚糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖等)，蛋白質水解物(α-乳清蛋白,乳鐵蛋白等) [10]，多糖(穀物β-葡聚糖)等。益生元的結構特點為：在胃腸道內既不能水解，也不能被消化吸收；能選擇性刺激腸道中有益菌生長繁殖和激活其代謝功能；使腸道菌群向有利於宿主健康的方向轉化；能誘導有利於宿主健康的腸道局部免疫或全身免疫反應[11]。益生元類物質具有促進腸上皮增生，增加黏液素的分泌，抗氧化和保護腸上皮緊密連接的作用[12]。

03

有關益生元對腸屏障保護作用的研究

3.1 相關研究

周景欣等[13]通過實驗發現低聚果糖、水蘇糖、低聚木糖、低聚異麥芽糖等益生元能促進雙歧桿菌和乳桿菌的增殖，並能夠酸化腸道的pH值，能夠顯著提高腸道的B/E值(腸道內雙歧桿菌和腸桿菌數量對數值的比值)，增加腸道中有益菌的比例，有益於穩定腸道的微生態平衡。有研究[14]顯示，將含益生元膳食纖維的早期腸內營養用於腹部外科術後進行隨機對照研究，結果與常規腸內營養比較，給予強化益生元膳食纖維的腸內營養能減少腹部外科術後患者的住院時間,降低急性期炎症反應。王慧等研究重症急性胰腺炎(SAP)大鼠早期給予添加益生元的微生態腸內營養後對腸屏障損害和內毒素易位的作用，發現添加益生元的微生態EN有助於維護SAP大鼠腸屏障功能，減少腸上皮細胞凋亡，減少內毒素易位的發生。

段雲等[15]通過灌胃的方式給予急進高原wistar大鼠低聚半乳糖，觀察使用益生元對wistar大鼠腸黏膜上皮細胞間緊密連接蛋白Occludin的影響及作用，結果顯示益生元可以增加急進高原缺氧大鼠腸黏膜緊密連接蛋白Occludin的表達，改善高原缺氧對大鼠腸黏膜屏障的破壞。其作用可能是通過有選擇性促進腸內有益菌群的生長，使高原缺氧造成的菌群失調得以糾正，從而降低了腸上皮細胞的能量消耗。最近的臨床研究[16]也顯示，益生元在腸道內所具有的競爭排他作用對腸道細菌感染性疾病及菌群失調有預防作用。Qin等[17]調查了76例接受生態免疫營養治療的急性胰腺炎患者情況，發現生態免疫營養組比普通腸內營養對照組在營養狀態和腸道黏膜通透性方面改善更為明顯，腸源性感染髮生率明顯降低。

國內研究[18]報道，生態免疫營養製劑與普通腸內營養製劑比較，不僅能明顯減輕消化道惡性腫瘤患者術後的炎症反應，較好地保護腸黏屏障功能，還可以改善嚴重多發傷患者的免疫抑制狀態。如今，對益生元應用效果最佳化、術前預防性使用效果等問題的探索已成為生態免疫營養研究的重點。

3.2 作用機理

主要機理為：在消化道內通過吸附腸道病原菌，促進其隨糞便排出，同時還具有通便作用；被腸道有益菌群利用,促進其生長繁殖，形成微生態競爭優勢，同時有益菌代謝產生的一些抗菌物質和短鏈脂肪酸直接抑制外源性致病菌和腸腐菌的生長，減少有毒物質的產生；刺激免疫應答,提高機體的免疫力；改善腸道內環境，防止腹瀉；營養作用，促進生長。

2007年Doig CA等[19]通過分析非益生菌和益生菌對腸道免疫的調節，發現益生菌株能增加lgA- B細胞的數目。Moren A [20]等用含有益生菌的發酵乳灌胃小鼠，發現分泌TNF-α、IFN-γ和IL-2等細胞因子的細胞數量顯著增加，腸道固有層中CD4和CD8 T淋巴細胞和對照組相比也增加顯著。

這都表明在飲食中加入益生菌對於腸黏膜免疫細胞活性的調節和細胞因子的分泌有影響，通過細胞因子網路來調節機體的免疫系統，來抵禦進入機體的病原體。雙歧桿菌促進免疫功能的作用與sIgA的分泌有關[21]。

綜上所述，腸黏膜屏障及腸道微生態平衡對維持機體健康的重要性已成為日益關注的熱點問題。大量研究證實，益生菌、益生元可以改變腸道內菌群結構，抑制病原菌過度繁殖和病原菌對腸黏膜細胞的黏附，從而減少或防止腸道細菌移位，維持定植在腸道表面的微生物群系平衡，維持腸黏膜結構和功能的恆定，增強腸黏膜抵禦病原菌及毒素的能力，對於保持和調理腸道內環境的健康具有重要意義。

參考文獻

[1] 王俊麗,聶國興.低聚木糖與腸道微生態研究進展[J].世界華人消化雜誌,2011,19(7:)710-717.

[2] Quigley EM.Prebioties and Probiotics:modifying and mining the microbiota [J]. Pharmacol Res 2010:61:213一218.

[3] 常誠,馬雲霞,塗小煌.雙歧桿菌戮附素對大鼠腸缺血一再灌注損傷的防護作[J].腸外與腸內營養,2011,18(2):97-100.

[4] Donath MY,Boni-Schnetzler M,Ellingsgaard H,et al. Islet Inflammation Impairs the Pancreatic beta-cell in Type 2 Diabetes[J]. Physiology,2009,24( 6) : 325-331.

[5] Cruz NG,Sousa LP,Sousa MO,et al. The linkage between inflammation and Type 2 diabetes mellitus[J]. Diabetes Res Clin Pract,2013,99( 2) : 85-92.

[6] Breton J,Tennoune N,Lucas N,et al. Gut Commensal E. coli Proteins Activate Host Satiety Pathways following Nutrient-Induced Bacterial Growth[J]. Cell Metab,2016,23( 2) : 324-334.

[7] Li F,Jiang C,Krausz KW,et al. Microbiome remodeling leads to inhibition of intestinal farnesoid X receptor signaling and decreased obesity[J]. Nat Commun,2013,4: 2384.

[8] Shin NR,Lee JC,Lee HY,et al. An increase in the Akkermansia spp. Population induced by metformin treatment improves glucose homeostasis in diet-induced obese mice[J]. Gut,2014,63( 5) :727-735.

[9] 周蓓莉,梁強,鄒妍等.食用菌的益生元效應研究進展[J].食品科學,2011,32(15):303.

[10] Structural changes of gut microbiota during Berberine-mediated prevention of obesity and insulin resistance in high-fat diet-fed rats [J]. PLoS One,2012,7( 8) : e42529.

[11] 王洪濤,陳成.益生元及其應用研究進展[J].農產品加工,2011,:363一71.

[12] Suzuki TA,Worobey M. Geographical variation of human gut microbial composition[J]. Biol Lett,2014,10( 2) : 20131037.

[13] 周景欣,袁傑利,李新倉.幾種益生元製劑對腸道菌群作用效果的研究[J].中國微生態學雜誌,2008,20(2):145一153.

[14] 彭俊文.含益生元膳食纖維的早期腸內營養用於腹部外科術後的隨機對照研究[J].華西醫學,2011,26(9):1327一1330.

[15] 段雲,張方信,單體棟,等.添加益生元對急進高原大鼠腸茹膜屏障緊密連接蛋白Occludin的作用研究[J].中國微生態學雜誌,2011,23(5):390一397.

[16] Shin NR, Lee JC, Lee HY, et al. An increase in the Akker mansia spp. population induced by metformin treatment improves glucose homeostasis in diet-induced obese mice [J].Gut, 2014, 63: 727?735.

[17] Xi C. Research progress on intestinal flora in the patho genesis of non-alcoholic fatty liver disease [J]. Med Recapit(醫學綜述), 2014, 20: 1953?1955.

[18] 唐朝暉,余彥,白祥軍,等.生態免疫腸內營養對嚴重多發傷患者調節性T細胞的影響[J].中國急救醫學,2008,28(7):583一585.

[19] Cruz NG,Sousa LP,Sousa MO,et al. The linkage between inflammation and Type 2 diabetes mellitus[J]. Diabetes Res Clin Pract,2013,99( 2) : 85-92.

[20] Breton J,Tennoune N,Lucas N,et al. Gut Commensal E. coli Proteins Activate Host Satiety Pathways following Nutrient-Induced Bacterial Growth[J]. Cell Metab,2016,23( 2) : 324-334.

[21] Li F,Jiang C,Krausz KW,et al. Microbiome remodeling leads to inhibition of intestinal farnesoid X receptor signaling and decreased obesity[J]. Nat Commun,2013,4: 2384.

來源：英紐林

作者：孫志慧，石茹，張秋蓮（天津中醫藥大學第二附屬醫院營養科）

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