述评│关注菌群微生物组与益生菌！

　　述评│关注菌群微生物组与益生菌！

　　由中华预防医学会微生态学分会儿科学组制定的《微生态制剂儿科应用专家共识（2010年10月）》已经发表了6年［1］。近年来，随着第2代（高通量）测序技术及生物信息学的推广和应用，关于菌群及微生物组的研究突飞猛进，正在改变和更新我们对人体菌群、益生菌等的认识。为了紧跟最新的发展，儿科学组经过反复讨论，制定了以国内使用的益生菌为基础的《益生菌儿科临床应用循证指南》，将在本期刊出，同时为了更全面地了解益生菌在儿科应用的进展，本期还刊出了多位专家撰写的专题笔谈，包括儿童粪菌移植。

　　1菌群与微生物组

　　1.1菌群、微生物组与微生态学在人体的体表和与外界相通的腔道（如口腔、鼻咽、呼吸道、消化道和泌尿生殖道）中，寄居着不同种类和数量的微生物，正常情况下，这些微生物与人体处于共生状态，通称共生微生物群（commensalmicrobiota）或正常微生物群（normalmicrobialflora），因以细菌为主，故又称为共生细菌群（commensalbacteria），简称为菌群（microbiota）。人体内所有微生物基因组的总和称为微生物组（microbiome）或宏基因组（metagenome），目前也有学者把微生物组定义扩大为菌群及其基因的总和。研究人体共生微生物群与人体之间相互关系的学科称为人体微生态学或医学微生态学（medicalmicroecology），医学微生态学与医学微生物学不同，后者主要研究的对象是病原微生物。

　　目前的研究发现，人体细菌数量大约有1014个、1000余种，其数量是人体细胞的10倍，细菌编码的基因是人体自身基因数目的100～150倍，构成了人体第2个基因组。因此，实际上人体是一个由微生物群和人体细胞共同组成的超级生物体（superorganism）。人体的生长发育、免疫、营养、代谢等重要的生理过程是人体自身与共生微生物群共同作用的结果，同样共生微生物群在人体的健康和疾病中发挥着非常重要的作用，这对我们认识人类健康与疾病，以及疾病的诊断、治疗和预防有深远的意义［2-3］。

　　既往基于传统培养技术认为，人体中有400余种细菌，最新采用非培养技术发现，人体中有1100余种细菌，分属于7个菌门（phyllum）。即：（1）厚壁菌门（firmicutes）：是一大类细菌，多数为革兰阳性细菌，包括芽孢杆菌属（bacillus）、李斯特菌属（listeria）、葡萄球菌属（staphylococcus）、肠球菌属（enterococcus）、乳杆菌属（lactobacillus）、乳球菌属（lactococcus）、明串珠菌属（leuconostoc）、链球菌属（streptococcus）、梭菌属（clostridium）和优杆菌属（eubacterium）等；（2）拟杆菌门（bacteroidetes）：包括拟杆菌属（bacteroides）、普雷沃菌属（prevotella）等；（3）放线菌门（actinobacteria）：为革兰阳性细菌，包括双歧杆菌属（bifidobacterium）、棒杆菌属（corynebacterium）和微球菌属（micrococcus）等；（4）变形菌门（proteobacteria）：均为革兰阴性菌，包括大多数肠道致病菌，如埃希菌属、沙门菌属、克雷伯菌属、志贺菌属、结肠耶尔森菌属、假单胞菌属（pseudomonas）、弧菌属、奈瑟菌属（neisseria）等；（5）梭杆菌门（fusobacteria）：（6）疣微球菌门（verrucomicrobia）：（7）蓝细菌门（cyanobacteria）。在以上菌群中，只有极少数是致病的。

　　1.2菌群和微生物组研究成为国际热点正常情况下，菌群与人体处于共生状态，一方面，人体为菌群提供生命活动的场所和营养，又不对菌群起强烈的免疫反应（免疫耐受状态）；另一方面，菌群对人体发挥必要的生理功能，包括生物拮抗（防御感染）、参与营养吸收及代谢、参与免疫系统成熟和免疫应答的调节等，共同维持着人体的健康。所以，正常菌群是我们身体的一个不可分割的组成部分，是一个长期被我们遗忘或忽略的器官和系统。在人体外部和内部因素的影响下，菌群参与了许多疾病的发生和发展过程［4］。这些认识引起了医学观念上的重大转变，对一些疾病发病机制的探索，以及对相关疾病的临床防治，不断进行更新，已经引起了全世界的高度关注，成为当前国际医学研究热点。越来越多的研究显示，正常菌群在人体防御感染、调节免疫、调节代谢、消化和吸收营养物质、延缓衰老等方面发挥着不可替代的重要作用；人体正常菌群的变化与感染性疾病、肠道慢性炎症性疾病、过敏性疾病、自身免疫疾病和肥胖、糖尿病、高血脂等代谢性疾病的发生和发展密切相关，这在疾病的发病机制方面，得到了越来越多的证据支持［5］。

　　2益生菌

　　随着菌群及微生物组与人类健康及疾病的关系日益受到重视，益生菌也越来越得到广大医生的认可与使用，可以说益生菌的研制和应用是微生态学研究成果的最为直接的体现之一。

　　2.1益生菌概念益生菌（probiotics）是指一定数量的能够对宿主健康产生有益作用的活的微生物［6］。益生菌越来越受到临床医生的关注和应用，但在概念上容易与有益菌（beneficialbacteria）混淆，有益菌是人体菌群中对宿主有益的菌群，而益生菌是特指作为药物使用的某一菌株，并不是所有的有益菌均可以成为益生菌。益生菌具有以下特征：（1）为活的微生物；（2）经过培养、生产和贮藏，在使用之前仍然保持存活和稳定；（3）能够耐受胃液、胆汁和胰酶的消化，维持活性；（4）进入机体肠道以后，能够引起宿主反应；（5）在功能或临床上，对宿主产生有益作用［7］。

　　与益生菌相关的另外2个概念是益生原（元）（prebiotics）和合生元（synbiotics）。益生原是指能够选择性地刺激1种或几种肠道内有益菌的活性或生长繁殖，增进宿主健康的一种不被宿主消化的食物成分［8］。益生原应具备以下4个条件：（1）在胃肠道的上部既不能水解，也不能被宿主吸收；（2）只能选择性对肠道内有益菌（如双歧杆菌和乳杆菌等）有刺激生长繁殖或激活代谢功能的作用；（3）能够提高肠内有益于健康的优势菌群的构成和数量；（4）能起到增强宿主机体健康的作用。目前最符合益生原标淮的是非消化性低聚糖（NDO），NDO也称功能性低聚糖或寡糖。常用的NDO有菊粉（菊糖）、低聚果糖（FOS）、低聚半乳糖（GOS）和乳果糖等。益生原的作用主要是通过促进肠道有益菌发挥，也可以通过被有益菌代谢而产生短链脂肪酸等产物发挥作用，目前主要用于食品添加和保健，作为药物使用的主要为乳果糖。合生元是指益生菌与益生原制成的复合制剂。

　　国内把益生菌、益生原和合生元统称为微生态制剂。

　　2.2益生菌的作用机制目前用于益生菌药物的菌株主要为肠道原籍菌，如双歧杆菌、乳杆菌、酪酸梭菌和肠球菌等，作为肠道有益菌，他们可以直接发挥作用。另外一些益生菌为人体的外籍菌，如地衣芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌等，属需氧菌，进入肠道后，主要通过自身的增殖消耗大量的氧气，为双歧杆菌等专性厌氧菌的增殖提供更有利的环境，促进厌氧性有益菌群的生长。布拉酵母菌属真菌制剂，是从东南亚荔枝和山竹中分离得到的，其作用机制与肠道有益菌类似。

　　大量的动物实验或人体试验（体内或体外）表明，益生菌用于治疗和预防疾病的机制包括［9］：（1）调节肠道菌群的构成，通过占位效应、营养竞争、分泌抑菌或杀菌物质、产生有机酸、刺激sIgA的分泌等，阻止致病菌黏附和抑制致病菌的生长。（2）通过增加肠紧密联接蛋白的合成，刺激和促进黏蛋白的表达与分泌，增强肠上皮细胞的完整性，增强肠道的屏障功能，防止肠道细菌和内毒素的移位。（3）分解膳食纤维，产生短链脂肪酸，特别是酪酸和乙酸，一方面发挥抗炎性反应，另一方面为肠上皮细胞提供能量，维护肠上皮细胞的功能。（4）调节固有和适应性免疫，包括激活Toll样受体（TLRs）、调节树突状细胞（DC）向抗炎性反应方向发展、调节Th1/Th2免疫应答、增加分泌白细胞介素-10（IL-10）和转化生长因子-β（TGF-β）的调节性T细胞的数量和功能、降低过敏原特异性IgE的水平等。（5）参与维生素B1（VitB1）、维生素B2（VitB2）、维生素B6（VitB6）、维生素B12（VitB12）、维生素K（VitK）、烟酸和叶酸等维生素的合成；参与蛋白质、胆汁酸和胆固醇等的代谢。尽管益生菌有以上诸多作用，但是针对特定疾病的作用机制仍然不完全清楚，其机制可能是综合的。

　　2.3益生菌的药理学特点与化学药物、传统的生物制品及中成药不同，益生菌作为一类特殊类型的药物，其药理学特点是具有菌株特异性和剂量依赖性［10］。

　　菌株特异性是指某些特定的益生菌菌株具有的作用和疗效，是该菌株特有的，即特定菌株具有的作用并不代表所有该菌种或该菌属的益生菌均具有这一作用。有的实验显示，同一菌种不同菌株的作用差别很大，甚至可能出现相反的作用。菌株是指由不同来源分离的同一种、同一亚种或同一型的细菌，也称为该菌的不同菌株，如国内最早使用的青春型双歧杆菌DM8504株。国外常用的鼠李糖乳杆菌LGG株、BB12菌株、大肠杆菌Nissle1917株等。

　　体外研究和临床试验证实，益生菌要具备足够剂量才能够发挥作用，益生菌剂量不同，其效果有明显的差异。与化学药物的剂量标识不同，益生菌药物的剂量是以每个包装（片、袋）含有的细菌菌落数（colonyformingunits，CFU），即活菌的数量来标识的，一般在（1～10）×108CFU/包装。由于各种产品所使用的菌株不尽相同，其发挥作用的剂量可能存在差别，有的菌株低剂量即可发挥作用，而另外的菌株则需要较高的剂量。

　　由于以上益生菌作用的菌株特异性和剂量的依赖性，加之个体的肠道菌群受种族、饮食、生活环境、不同疾病和所使用药物等因素的影响，存在一定的差异性，这可以解释为什么在临床上有的益生菌治疗效果好，而另一些效果不佳。因此，在选择和评价益生菌效果时，应该关注各种药物所含的菌株种类及其使用的剂量，适用不同人群等。这也是笔者制定国内益生菌儿科临床应用循证指南的出发点。

　　2.4益生菌的动力学特点益生菌为活的微生物，具有自我繁殖的能力，其在人体内的代谢动力学有明显的特点［11］。

　　2.4.1给药途径目前使用的益生菌几乎均是经胃肠道（口服或灌肠）给药途径，其作用的部位基本在结肠。因此，需要考虑所使用的菌株在胃肠道中定植、存活和自我繁殖能力等许多影响因素，如是否能耐受胃酸和胆汁的灭活、对胃肠道中抗生素浓度的敏感性等。

　　2.4.2吸收和移位益生菌进入胃肠道以后，仅在局部发挥作用，一般情况下，益生菌不会被胃肠道吸收而造成移位。但应该注意的是，在机体免疫功能严重受损的情况下，益生菌菌株有可能移位至肠道以外，引起系统性感染。

　　2.4.3清除和排泄目前认为，摄入的益生菌菌株不可能永久定植于人类和动物肠道，其清除和排泄是通过以下两个环节实现的，第一是消灭，即摄入的益生菌被胃酸、胆汁及各种消化酶破坏杀死；第二是排泄，即通过肠道运动把益生菌排出体外。有限的研究证实，摄入的益生菌一般在肠道存在1周左右，之后随粪便被排出。

　　3益生菌的安全性

　　理论上益生菌可能存在以下4方面潜在的毒副反应［12-13］：（1）致病性并且引起全身感染；（2）产生有害的代谢产物；（3）引起过度的免疫反应；（4）传递耐药性。但是，实际上仅有与乳杆菌相关联的心内膜炎、肺炎和脑膜炎，布拉酵母菌或枯草杆菌菌血症的个别病例报道，并且几乎均发生在免疫功能严重受损、病情危重或有严重基础疾病的患者。因此，在这些患者使用时，需权衡风险与受益。总体上，益生菌是一类比较安全的药物，迄今为止，在全球范围内没有益生菌引起严重毒副反应的报道［14］。

　　4益生菌与粪菌移植

　　调整菌群的方法除了益生菌、益生原和饮食调整以外，近年来，粪群移植备受关注。粪菌移植是将健康者粪便中的功能菌群移植到患者肠道中，重建肠道微生态平衡，以治疗特定的肠道和肠道外疾病［15］。尽管粪菌移植的作用机制尚不完全清楚，但是由于特定疾病的肠道菌群紊乱的复杂性、患者菌群的个体性及现有的益生菌菌株作用的有限性等，这种把健康人粪便中混合的有益菌群及其代谢产物直接移植入患者的肠道中，可以克服上述的不足，是有充分的理论根据的，并且可能具有广阔的前景。粪菌移植需要一定的条件和技术，涉及到供体筛查、粪菌液制备、受体准备、移植的途径、移植并发症及伦理等方面，为此，中华预防医学会微生态学分会儿科学组亦制定了关于儿童粪菌移植技术规范的共识［16］，期望将来开展此项技术的单位按照该共识进行，不断探索和完善我国儿童粪菌移植的适应证及技术。