益生元和益生菌及细菌溶解物干预对婴幼儿免疫功能的影响研究进展

刘志刚，韩 波，王金荣

人的健康是受宿主、病原体和环境相互影响的。随着微生态系统的发现和对其认识的不断提高，人体本身就是一个完整的生态系统[1]。虽然在不同个体之间及在不同的身体部位之间的上皮细胞表面的微生物生态系统呈现高度多样化[2]，但是一个良好平衡的微生物环境对人体健康非常重要。目前，对免疫反应的认识已经从防御致病因素转移到个体与环境之间及与各种微生物之间的相互作用，从对有害病原体的防御转移到微生物在体内和谐共生。

免疫耐受是个体随着发育不断适应环境的结果。从出生开始，人体免疫系统不断受到各种刺激，其中包括生物刺激。根据卫生假说，生活方式包括居住环境的变化导致微生物多样性的变化和人类微生态平衡紊乱，从而干扰人体健康[3]。全球范围内，尤其在发达国家和发展中国家，生命早期微生物暴露减少促进了过敏性疾病的发生[4]。由于免疫调节失调，慢性炎性疾病如过敏、自身免疫性疾病及其他非传染性疾病(慢性非传染性疾病)已经成为主要的健康问题。作为一种预防性措施，von Hertzen等[5]提出早期给婴幼儿补充益生菌等促进免疫耐受的形成，从而调节免疫平衡。

益生菌一词出现在20世纪60年代，但是益生菌的治疗和预防作用一直被忽视。由于卫生假说的提出和近几年关于微生物的功能认识的深入，人们改变了对微生态的观念[6]。认为在生命早期使用益生元、益生菌或细菌溶解物，可以减少过敏性疾病及慢性炎性疾病的发生。对于过敏性疾病和哮喘等，预防战略正在从避免过敏原转变到逐步建立免疫耐受[7]。

1 产前预防策略-孕产妇微生态定植模式的改变

母体的环境因素对胎儿免疫耐受的建立具有显著影响。虽然胎儿生长在无菌的子宫环境，在整个孕期，微生物暴露和细菌定植模式也对胎儿的免疫系统和其他发育中的系统产生重要影响。Blümer等[8]对动物模型研究表明，母体在妊娠期使用微生物产品可以预防后代发生过敏性疾病。Ege等[9]研究阿尔卑斯农舍生活的居民发现，产前高微生物暴露对后代过敏性疾病的发生具有独立保护作用，与脐带血调节T细胞的数量和功能增加有关[10]。Conrad等[11]对动物模型进一步研究发现，产前使用牛棚衍生菌、鲁氏不动杆菌F78，可预防子代哮喘的发生发展，这种效应是干扰素γ(IFN-γ)依赖，并且通过遗传机制介导。孕产妇微生物暴露与在胎盘Toll样受体表达的修饰相关，并对子代哮喘的预防发作有直接作用。与环境有关的产前微生物暴露与叉状头转录因子基因调控(forkhead transcription factor protein 3，FOXP3)的表观遗传变化有关(甲基化下降)，与非过敏儿童胎盘FOXP3表达增高的研究结果一致[12]。在出生时先天性和获得性免疫功能的差异造成过敏性疾病的发展不同，说明子宫内环境的重要性[13]。

Lisciandro等[14]研究显示，发展中国家具有非常高的微生物暴露，如巴布亚新几内亚(Papua New Guinea，PNG)，与高度发达的卫生区域相比，如澳大利亚，新生儿的免疫功能具有巨大的差异。在PNG出生的新生儿存在抗原呈递细胞活化(HLA-DR和CD86)和抑制(免疫球蛋白样转录因子3、4)增加，脐带血抗原呈递细胞是相对静止的，唤起T细胞应答反应的活性降低、抗原加工能力减弱。在PNG出生的新生儿具有更强耐受性能力，可能防止在早期生活中的有害炎性反应的发生。以上试验支持产前环境在早期免疫调节中的作用，并提出具有挑战性的问题，如何利用环境因素改善免疫系统向有益健康的方向发展，从而改善全球日益增长的过敏性疾病和慢性炎性疾病的倾向。

孕妇的微生物暴露对后代的影响是多方面的，包括对母体免疫系统的直接影响、调节影响胎儿的免疫功能及出生后婴儿的细菌定植变化。

目前，妊娠期间常使用益生菌预防子代过敏性疾病。因为多是产前与产后同时使用益生菌产品，很难确定是何时使用的效果。检测脐血免疫功能一直是研究产前使用益生菌的免疫效果的最佳途径。虽然在动物产前使用益生菌有效，但是在人类产妇使用益生菌对脐血免疫反应的随机对照试验结果并不一致[15]。Prescott等[16]研究发现，在妊娠后期使用益生菌，脐带血细胞因子IFN-γ增加，而Boyle等[17]研究发现，在妊娠后期使用益生菌对新生儿细胞的免疫功能没有影响。

2 益生菌和益生元对过敏性疾病及慢性炎性疾病的一级预防

湿疹是一种过敏性表皮炎症，易演变为慢性为特征。益生菌可以使湿疹的发生次数减少[18-20]，但是对呼吸道过敏性疾病的长期观察研究较少。早期使用寡糖或乳糖(fructo-oligosaccharide，FOS或galacto-oligosaccharide，GOS)益生元可以减少过敏症状。Moro等[21]用配方奶喂养高危过敏性疾病的婴儿206例，其中益生元组102例，安慰剂组104例，前6个月予以GOS或FOS益生元混合口服，6个月后，益生元组10例〔9.8%，95%CI(5.4，17.1)〕发生湿疹，安慰剂组24例〔23.1%，95%CI(16.0，32.1)〕发生湿疹。后续评估持续到2岁，与安慰剂组比较，益生元组湿疹累积发生率、复发性喘息和过敏性荨麻疹发病率显著减少。Arslanoglu等[22]用随机的方法给予配方奶加上中性寡糖和果胶衍生酸性寡糖或常规喂养，满12个月时，安慰剂组湿疹累计发生率为9.7%，益生元组为5.7%，母乳喂养组为7.3%。

无论产前产后的补充，或两者同时补充，益生菌对婴儿湿疹的保护作用是显而易见的[23]。但是由于方法学不同，如使用不同的益生菌菌株或其组合，使用方法，剂量，纳入标准，开始干预时间和干预的持续时间，临床结果的测量标准，益生菌对过敏性疾病的预防作用结论并不一致，即使是被广泛研究的鼠李糖乳杆菌GG结果也不一致[24]，妨碍了直接比较和荟萃分析。

研究结果不同的主要原因在于干预时间的差异。Boyle等[25]研究显示，孕妇在最后2～4周妊娠给予鼠李糖乳杆菌GG或安慰剂治疗，没有任何出生后补充，结果显示，过敏性疾病发生率在两者间比较无差异。Rautava等[26]研究表明，妊娠期长期补充益生菌，婴幼儿湿疹发生率减少。Soh等[27]研究表明，出生后给予益生菌直到断奶，婴幼儿湿疹发作减少。虽然研究结果并不一致，但是大部分结果表明，同时在产前和产后补充益生菌似乎是减轻过敏性疾病的风险最有效的方法。

影响研究结果不同的另一个原因是使用的菌株不同，是单独使用还是组合使用。Doege等[28]比较益生菌菌株的各种组合有效率，认为只有单用乳酸杆菌可以降低过敏性湿疹风险。但Ouwehand等[29]研究表明，益生菌的几种组合可以减少湿疹发作，即L鼠李糖乳杆菌和双歧杆菌、双歧杆菌和乳酸杆菌。

人口学特征变化也可造成研究结果差异。在芬兰和德国使用相同的益生菌和相同的流程，出生后2年，芬兰45.6%(31/68)的婴幼儿患有湿疹[30]，而德国27.3%(12/44)的婴幼儿诊断为湿疹[31]。

其他背景的行为因素，如对照组的选择控制困难，益生菌被广泛用作婴儿配方奶粉、酸奶和其他奶制品的添加品。近年来，发表的试验研究建议参与者避免这些产品，控制对照组使用益生菌。获得长期随访是研究面临的另一个重大的挑战。干预的有效性也取决于过敏性疾病和慢性炎性疾病的遗传风险大小。

妊娠期使用益生菌或益生元可以使全身其他系统也受益。例如，妊娠期间食用高量益生元纤维，可以对后代血糖和血脂的代谢带来好处[32]，也有可能降低肥胖和2型糖尿病及其他慢性炎性疾病发生的风险。

3 细菌溶解物预防哮喘及感染性疾病

细菌溶解物治疗是应用细菌培养后冻干提取物。细菌溶解物是从单一菌株或多种细菌菌株中，通过化学或机械方法把细菌菌体粉碎获得。由于机械粉碎过程不会发生蛋白质变性，机械裂解被认为可以提供更多的具有免疫原性的细胞裂解成分[33]。

应用细菌溶解物的理论基础是，微生物的免疫原性成分能够提高宿主对病原体的防御，细菌溶解物已被推荐为预防呼吸道和胃肠道感染的炎性反应药物。相对于应用活菌，细菌溶解物无法直接修改定植模式。临床研究以及动物实验表明，细菌溶解物可以增加IgA抗体的水平调节免疫活性。这种黏膜免疫可能影响肺微生物病原体定植模式，从而对气道炎症产生持久的保护作用[34]。

OM-85 BV是从常见的引起呼吸道感染病原体中提取的低毒素碱性萃取物，主要用来防止复发性急性呼吸道感染(acute respiratory tract infections，ARTIS)，急性病毒性感染是学龄前儿童哮喘发作恶化的密切相关因素[35]。此外，反复性呼吸道感染也常常引起儿童持续喘息[36]。口服OM-85 BV能刺激选择性的Th1反应[37]，可以诱导树突状细胞成熟和围生期Th2向Th1转化。使用OM-85 BV可以使实验性哮喘动物模型哮喘特征性症状减轻。Strickland等[38]研究表明，OM-85 BV预处理显著减轻卵清蛋白致敏大鼠气道炎症的同时，伴随肺功能的改善。Navarro等[39]研究表明，小鼠哮喘表型的减少与支气管内CD4+、CD25+、FOXP3+调节性T细胞的选择性募集相关。口服OM-85 BV影响肺肠黏膜轴，增强肺免疫耐受能力。

OM-85 BV作为免疫刺激剂，主要减少婴幼儿上呼吸道感染次数。2007年，Steurer-Stey等[40]对13个随机对照试验进行荟萃分析，包括2 721例患儿，结果显示，使用OM-85 BV治疗的患儿抗生素时间和剂量显著减少。Schaad[41]研究表明，OM-85 BV可以显著减少患儿ARTIS复发。探索性分析数据显示，高危儿使用OM-85 BV更受益。

Cazzola等[42]研究表明，通过应用多价细菌裂解物可以使小儿ARTIS喘息发作减少。多价细菌裂解物可以激活Th1极化先天免疫反应和增加受试者局部及全身特异性免疫球蛋白水平[43]。

细菌溶解物治疗安全性较好，在试验中没有观察到严重不良反应发生[44]。从多种致病菌中提取的溶解物可以预防ARTIS，但是，没有研究表明其可以降低过敏的风险。特别是针对特应性体质儿童随机对照试验，需要标准条件下评估细菌溶解物对其保护作用。相对于旧的标准，新的研究设计一般遵守Jadad标准。Lau等[45]采用Jadad标准强调，细菌溶解物不仅可预防支气管哮喘早期危险因素，而且对并发的过敏性发作有效。因此，未来的研究设计应区分高风险和低风险儿童的过敏性疾病，以清楚地表明细菌溶解物对过敏性疾病有益。

4 展望与挑战

环境因素(包括微生物暴露，饮食和环境污染物)与一系列炎性非传染性疾病，包括过敏性疾病的发生密切相关。主要原因是微生物暴露的多样性。控制微生物暴露不仅可以防止过敏和自身免疫现象，更可以减少肥胖、心血管疾病和代谢性疾病者的长期风险，甚至对情绪和行为产生影响[46]。随着对益生菌的认识不断取得进展，可能通过改变宿主基因表达诱导炎症和代谢失调，通过肠道益生菌调整生理和代谢机能。

然而，定义最佳细菌定植模式仍有相当的不确定性[47]，菌群变化如何广泛的与环境背景相适应，如何影响各种疾病的风险，需要进一步研究。早期的环境因素和营养模式是建立一个持久的微生物定植模式的重要阶段。最终目标是，通过最优的营养和最佳环境条件达到最佳细菌定植，实现健康目标，而不是通过口服抗生素或其他侵入性方式。

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