益生元在改善肠屏障功能中的应用

摘要：肠道是人体应激的中心器官，不仅与人体的消化吸收有关，在机体免疫防御、免疫耐受中也起着重要作用。正常的肠黏膜屏障包括机械屏障、免疫屏障以及微生态屏障，可维持肠道微生态平衡，抵御病原体的入侵。肠道屏障功能的改变与多种疾病密切相关，严重创伤、手术及危重病后肠黏膜会发生缺血缺氧，通透性增加，细菌内毒素移位，肠黏膜功能受损，进而引起肠源性感染，加重疾病。益生元(perbjotics)是指具有选择性刺激结肠中一种或几种特定细菌生长或增强其活性，调节肠道微生物菌群，对机体产生有益作用又不被消化的食物成分，包括非淀粉多糖、膳食纤维、菊粉、低聚果糖等。益生元可以改变肠道内菌群结构，抑制病原菌过度繁殖和病原菌对肠黏膜细胞的黏附，减少或防止肠道细菌移位，促进肠上皮细胞增生，维持肠黏膜结构和功能的恒定，对改变肠道微生态有一定的作用。

肠道是机体与外界环境接触较为密切的部位，又是部分肠免疫细胞发育分化的微环境,肠上皮细胞不仅主宰人体的消化与吸收，而且在机体免疫防御、免疫耐受中起着重要作用。严重创伤、手术及危重疾病后肠黏膜会发生缺血缺氧,通透性增加，进而细菌内毒素移位引起肠源性感染。肠道屏障功能的改变与多种疾病有关。如何维护肠屏障功能，阻止肠黏膜的破坏是人们关注的问题，益生元的出现与应用为保护肠屏障功能提供了新思路，其可调节微生态的紊乱，抑制肠道细菌的定植，维护肠黏膜的结构与功能。

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肠道与肠屏障功能

肠道有大量的淋巴组织，肠道内壁是机体最大的免疫器官，人的肠淋巴组织的总量与脾的淋巴组织相等，占整个肠道的25%。正常的肠黏膜屏障包括机械屏障、免疫屏障以及微生态屏障，这三个屏障在维持肠道微生态平衡，抵御病原体的入侵方面具有重要作用。

1.1  肠道的微生态环境

作为开放式腔道，肠道内定植有大量的微生物，包括细菌、真菌和原生动物。根据需氧程度不同可分为厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌；根据他们对人体健康的利弊，又可分为有益菌、致病菌和中间细菌。有益菌多为专性厌氧菌，也是肠道的优势菌，由一群特殊的产生乳酸的细菌组成，如双歧杆菌、类杆菌、优杆菌、消化球菌等；中间细菌以兼性厌氧菌为主，为肠道非优势菌，如肠球菌、肠杆菌等，在肠道微生态平衡时是无害的，在特定条件下具有侵袭性，对人体有害，所以又称为条件致病菌。病原菌多为过路菌，长期定植的机会少，肠道微生态处于平衡状态时这些微生物数量少，不会致病，如果数量超出正常水平则可引起人体发病，如变形杆菌、假单胞菌等。

肠道微生物主要存在于肠道黏膜和肠腔的粪便中，有益菌与有害菌之间相互拮抗竞争营养和空间位置[1]。因此，正常肠道微生物对黏膜上皮的完整性和黏膜免疫的发育有重要作用，是肠道发育和成熟及建立起正常免疫功能所必需的[2]。肠道微生物和肠上皮细胞等生物成分与食源性非生物成分(未被消化的食物)以及来自胃、肠、胰、肝脏的分泌物(如激素、酶、黏液、胆盐等)共同构成了肠道微生态系统。

宿主与微生物在长期的协同进化过程中，通过适应与选择形成了相互依赖、相互制约的动力学关系，共同保障该系统最大限度地从有限的食物中获得最大的营养价值,维护系统的长期稳定与动态平衡。

正常肠道微生物通过本身所拥有的一些成分，如肽聚糖、菌多糖、磷壁酸等，介导定植，促使免疫反应发生，提高机体的抵抗力，还有一些微生物产生特殊的蛋白质和酶，构成帮助宿主消化吸收的功能体系。肠道微生物系统的平衡状态是实现人体正常生理功能不可缺少的，任何一个环节异常，都可导致微生态平衡的失调，引发疾病或者加重病情。

1.2  肠道微生态失衡与疾病

微生态平衡是指在长期进化过程中形成的正常微生物群与其宿主在不同发育阶段互动的生理性组合。在外界环境影响下，由生理性组合状态转变为病理性组合状态，称为微生态失调或菌群失调。肠黏膜屏障是肠道内具有高效选择性功能的屏障系统，在保护机体免受食物抗原、微生物及其代谢产物的损害、保持机体内环境稳定等方面起着重要作用 [3]。肠道又是缺血/再灌注最敏感的组织之一，肠缺血再灌注引起肠组织损伤，肠道内细菌和内毒素易位及肠源性炎性介质和细胞因子释放，引发全身性炎症反应综合征(SIRS)和多器官功能障碍综合征(MODS)，甚至死亡。

研究证实，肠道微生态失调与糖尿病、肥胖症、食物过敏、急或慢性肠道炎症、肿瘤等诸多疾病密切相关。肠易激综合征(IBS)属于胃肠功能紊乱性疾病,是一组包括腹痛、腹胀、排便习惯和大便性状异常、黏液便，持续存在或间歇发作，而又缺乏形态学和生化异常改变可以解释的症候群。肠易激综合征患者的肠道微生态有数量和质量的改变、菌群结构的成分和易感性的改变 [4]。Schoepfer [5]等在肠易激综合征患者肠道中检测出鞭毛抗体，说明宿主构成了对肠道菌群的特异性免疫。

有学者报道结直肠癌和癌前病变患者的肠道菌群结构会发生改变，双歧杆菌和乳杆菌数量减少，肠球菌、肠杆菌与酵母菌数量增加。肠道菌群的代谢产物是结肠癌的诱发因素，肠道细菌含有的7α-脱羟基酶分解胆汁酸为脱氧胆酸和石胆酸 [6]，促使二甲基肼的产生。肠道微生态失调导致机体免疫功能紊乱，也促进结肠癌的发生发展。严重的疾病和创伤，如脓毒血症、严重创伤、烧伤等发生时，肠道也是一个重要的损伤靶器官，由于缺血、药物、机体应激等因素的影响，肠道微生态严重紊乱、肠屏障功能损伤、肠黏膜通透性增加，这些因素促使菌群移位、肠源性感染的发生，进一步导致全身炎症反应综合征和多器官功能衰竭，如伴发肠道微生态严重紊乱和肠运动功能障碍，患者的致死率提高 [7]。

胃肠Roux-en-Y旁路术治疗病态肥胖，其理论基础正是通过手术纠正肠道微生态失衡和胃肠运动功能障碍 [8]，手术不仅可导致肠道微生态的改变，而且通过改变肠道微生态治疗代谢性疾病。

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益生元、益生菌的概念

健康成人的胃肠道内存在着种类繁多的微生物，其中结肠是它们的主要定植部位。肠道共生菌能够通过一系列机制改善宿主健康，包括抑制病原菌在肠道定植、合成发酵产物、提供结肠上皮细胞能量以及激活免疫等作用 [9]。目前增殖人体内双歧杆菌、乳杆菌的途径主要为口服活菌制剂(益生菌)或其发酵底物(益生元)两种。益生元(prebioties)是由Gibson GR等在1995年提出的，是指具有选择性刺激结肠中一种或几种特定细菌生长或增强其活性，从而调节肠道微生物菌群，对机体产生有益作用又不被消化的食物成分，其可以通过增加肠道特殊菌群，改变肠道微生态，并发挥一定的治疗作用。利用益生元自然增殖法安全无毒、稳定高效。

益生元物质研究得较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)，蛋白质水解物(α-乳清蛋白,乳铁蛋白等) [10]，多糖(谷物β-葡聚糖)等。益生元的结构特点为：在胃肠道内既不能水解，也不能被消化吸收；能选择性刺激肠道中有益菌生长繁殖和激活其代谢功能；使肠道菌群向有利于宿主健康的方向转化；能诱导有利于宿主健康的肠道局部免疫或全身免疫反应[11]。益生元类物质具有促进肠上皮增生，增加黏液素的分泌，抗氧化和保护肠上皮紧密连接的作用[12]。

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有关益生元对肠屏障保护作用的研究

3.1  相关研究

周景欣等[13]通过实验发现低聚果糖、水苏糖、低聚木糖、低聚异麦芽糖等益生元能促进双歧杆菌和乳杆菌的增殖，并能够酸化肠道的pH值，能够显著提高肠道的B/E值(肠道内双歧杆菌和肠杆菌数量对数值的比值)，增加肠道中有益菌的比例，有益于稳定肠道的微生态平衡。有研究[14]显示，将含益生元膳食纤维的早期肠内营养用于腹部外科术后进行随机对照研究，结果与常规肠内营养比较，给予强化益生元膳食纤维的肠内营养能减少腹部外科术后患者的住院时间,降低急性期炎症反应。王慧等研究重症急性胰腺炎(SAP)大鼠早期给予添加益生元的微生态肠内营养后对肠屏障损害和内毒素易位的作用，发现添加益生元的微生态EN有助于维护SAP大鼠肠屏障功能，减少肠上皮细胞凋亡，减少内毒素易位的发生。

段云等[15]通过灌胃的方式给予急进高原wistar大鼠低聚半乳糖，观察使用益生元对wistar大鼠肠黏膜上皮细胞间紧密连接蛋白Occludin的影响及作用，结果显示益生元可以增加急进高原缺氧大鼠肠黏膜紧密连接蛋白Occludin的表达，改善高原缺氧对大鼠肠黏膜屏障的破坏。其作用可能是通过有选择性促进肠内有益菌群的生长，使高原缺氧造成的菌群失调得以纠正，从而降低了肠上皮细胞的能量消耗。最近的临床研究[16]也显示，益生元在肠道内所具有的竞争排他作用对肠道细菌感染性疾病及菌群失调有预防作用。Qin等[17]调查了76例接受生态免疫营养治疗的急性胰腺炎患者情况，发现生态免疫营养组比普通肠内营养对照组在营养状态和肠道黏膜通透性方面改善更为明显，肠源性感染发生率明显降低。

国内研究[18]报道，生态免疫营养制剂与普通肠内营养制剂比较，不仅能明显减轻消化道恶性肿瘤患者术后的炎症反应，较好地保护肠黏屏障功能，还可以改善严重多发伤患者的免疫抑制状态。如今，对益生元应用效果最佳化、术前预防性使用效果等问题的探索已成为生态免疫营养研究的重点。

3.2  作用机理

主要机理为：在消化道内通过吸附肠道病原菌，促进其随粪便排出，同时还具有通便作用；被肠道有益菌群利用,促进其生长繁殖，形成微生态竞争优势，同时有益菌代谢产生的一些抗菌物质和短链脂肪酸直接抑制外源性致病菌和肠腐菌的生长，减少有毒物质的产生；刺激免疫应答,提高机体的免疫力；改善肠道内环境，防止腹泻；营养作用，促进生长。

2007年Doig CA等[19]通过分析非益生菌和益生菌对肠道免疫的调节，发现益生菌株能增加lgA- B细胞的数目。Moren A [20]等用含有益生菌的发酵乳灌胃小鼠，发现分泌TNF-α、IFN-γ和IL-2等细胞因子的细胞数量显著增加，肠道固有层中CD4和CD8 T淋巴细胞和对照组相比也增加显著。

这都表明在饮食中加入益生菌对于肠黏膜免疫细胞活性的调节和细胞因子的分泌有影响，通过细胞因子网络来调节机体的免疫系统，来抵御进入机体的病原体。双歧杆菌促进免疫功能的作用与sIgA的分泌有关[21]。

综上所述，肠黏膜屏障及肠道微生态平衡对维持机体健康的重要性已成为日益关注的热点问题。大量研究证实，益生菌、益生元可以改变肠道内菌群结构，抑制病原菌过度繁殖和病原菌对肠黏膜细胞的黏附，从而减少或防止肠道细菌移位，维持定植在肠道表面的微生物群系平衡，维持肠黏膜结构和功能的恒定，增强肠黏膜抵御病原菌及毒素的能力，对于保持和调理肠道内环境的健康具有重要意义。

参考文献

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来源：英纽林

作者：孙志慧，石茹，张秋莲（天津中医药大学第二附属医院营养科）