人体益菌膜生态防御屏障

崔泰兴，牛青山

(1.沈阳惠兴生物科技有限公司，辽宁 沈阳110000；2.中国刑事警察学院，辽宁 沈阳110854)

1 抗生素的滥用与人体医疗生态失衡

众所周知，被誉为20世纪医药学领域中最伟大的成就之一的“抗生素”的出现，虽然帮助我们解决了许多的感染问题，挽救了很多人的生命，同时使人类因为疾病导致寿命不超过50岁的医学难题得以解决[1，2].但是抗生素的持续使用，不但加速了致病微生物防卫机制的形成，使它们的耐药性日益增强，甚至出现无药可用的“超级细菌”[3-5]；而且，不规范地滥用或误用抗生素致使人体原有的微生物多样性减少，增加了病原体定植的几率[6-8]；并且，人体微生态失调后导致人体部分生理功能无法正常进行，使抵抗力降低，引发更多的疾病[9].

在过去的几十年中抗生素耐药性细菌感染是一个国际性的医疗挑战[8]，在中低收入的国家，细菌耐药性的出现使大多数患有可治疗感染病的患者病情延误[10-12]；细菌耐药性问题在发达国家也是重要问题，2011年，在欧洲发生大规模耐药性大肠杆菌感染疾病，影响了多达5 000人，死亡人数超过48人[11，13].在南欧的一些国家对青霉素不敏感的肺炎链球菌(PNSP)分离率已＞25%[14].抗生素耐药性细菌不断成为新的医学难题和对人类健康造成重大危害的新型污染物.

2 “益菌膜生态防御屏障”理论在妇科疾病中的应用

2.1 “女性生殖道益菌膜生态防御屏障”理论确立

女性生殖道是与外界环境互通的开放性腔道，内部的阴道壁是由完整的复层鳞状上皮组织构成，且阴道内为弱酸性环境，不利于病原微生物的生长和繁殖[15-17].女性阴道的这种生理结构构成了阻止病原微生物入侵的第一道物理屏障.

研究显示，健康女性生殖道中存在着多种微生物种群，不同种类的微生物共同生存、相互拮抗，与宿主、环境之间构成一个动态平衡的微生态系统[17，18]，我们称之为女性生殖道“益菌膜”生态防御屏障，堪称女性生殖道的第二道防御屏障.正常女性阴道微生态环境中的主要常驻优势菌为乳杆菌，其为微需氧或兼性厌氧菌，但在厌氧环境下生长更好，最适生长温度为35～38℃[19]；此外，除了乳杆菌，葡萄球菌、大肠杆菌等致病菌以及病原虫、病毒、支原体等在女性的生殖道中均有分布，只是在健康女性身体中它们的数量非常的少[20].健康女性生殖道微生态菌群中主要的有益菌为乳杆菌，自从Donderlein于19世纪后期，在阴道分泌物中发现含有乳酸菌以来，乳酸菌就被公认为是女性生殖道菌群中保护阴道内环境稳态最重要的成员之一[21，22].

大量微生物通过群体感应进行信息交流，使各细胞表面与表面之间相连形成生物膜[23，24].在健康女性的阴道黏膜组织表面覆盖着由有益菌形成的完整的益菌膜生态防御屏障，这种由多种有益菌通过黏附和共聚作用形成的高度结构化的生物被膜，有助于抵抗致病菌的侵略，提高它们的抗菌潜力，能有效保护宿主[25，26].每毫米厚度的益菌膜分布有200～1 000个菌落密度的有益菌(绝大多数细菌的大小在0.5～5μm之间).对于阴道内浮游状态的外籍菌、致病微生物而言，这种高度结构化的高抗性生物屏障，构成“益菌膜”防御屏障，抵御外来病原体的入侵[26，27].以乳杆菌为首的有益菌搭建的“益菌膜”生态防御屏障，在维护女性生殖道“菌群平衡”的微生态环境中起着十分重要的作用.

2.2 “女性生殖道益菌膜生态防御屏障”理论作用机理

2.2.1 “女性生殖道益生菌膜生态防御屏障”保护机制

女性健康的阴道内环境是以乳酸菌为主要定植菌群，有益菌群达到一定数量时可以保护阴道[28，29]；临床上将阴道清洁度分为Ⅰ～Ⅳ级(如表1)，以乳酸杆菌为首的有益菌数量达“++++”为Ⅰ级，是判断女性生殖道健康与否的重要标准.此时，女性生殖道中乳酸杆菌为优势菌群，在女性生殖道黏膜组织表面形成完整的益菌膜生态防御屏障，从以下几方面保护女性生殖道组织健康.

表1 阴道清洁度分级标准[30]

1)占位性保护

女性生殖道黏膜组织表面适合微生物定植的位置有限，当以乳酸杆菌为首的有益菌大量定植在女性生殖道组织表面，形成占位性保护[31]，其他外来病原微生物入侵女性生殖道很难找到适当的定植位置.

2)化学保护

定植在生殖道内的乳酸杆菌等有益菌会释放大量的有机酸，在女性生殖道内部营造一个pH为3.8～4.5的微酸性环境，这种微酸性环境会抑制大部分致病微生物的附着和生长[32，33].同时，还会释放细菌素、H2O2等杀菌物质，抑制病原微生物的活性[34-36].

3)竞争营养源

女性生殖道中适合微生物生存所需的营养源物质有限，乳酸杆菌等有益菌与入侵的病原微生物是竞争关系，当乳酸杆菌数量充足，消耗掉生殖道中的大部分营养源，留给病原微生物的营养源有限，没有营养源支持，病原微生物生长和繁殖都会受限.

在乳酸杆菌等有益菌充足的情况下，女性生殖道乳酸杆菌含量为“++++”，阴道清洁度为Ⅰ级，pH在3.8～4.5之间，我们认为这是女性健康的黄金标准.一旦这几个指标中的一个出现异常，就提示女性生殖道处于亚健康甚至疾病状态.

2.2.2 “益菌膜生态防御屏障”与妇科炎症(见图1)

a.健康态-阴道内含有大量乳酸菌

女性生殖道中充满有益菌，益菌膜生态防御屏障完整时，乳酸杆菌等有益菌通过多种机制维护女性生殖道健康.

图1 阴道益菌膜生态防御屏障与妇科炎症

b.阴道炎-阴道内少量乳酸菌与致病菌共存

当阴道中的有益菌数量减少至50%以下时，生殖道“益菌膜”生态防御屏障遭到严重的破损，阴道口的细菌、真菌、霉菌、衣原体、支原体、病毒、滴虫等有害微生物会趁机入侵，并附着在阴道内壁大量繁殖，引发白带异常、阴道分泌物增多、异味、外阴瘙痒灼痛、性交痛等阴道炎症状[37，38].

c.空城态-传统杀菌后的无菌状态

传统妇科“杀菌消炎”治疗的原理就是通过杀死病原体来消除瘙痒、异味、疼痛等症状，可同时也大量杀死了保护阴道健康的有益菌，原有的“益菌膜”生态防御屏障遭到严重破坏，把女性生殖道变成了一座“空城”.虽然阴道内没有微生物了，但是营养源还在，定植位点也变空了，反而更有利于病原微生物的入侵和定植，诱使妇科炎症卷土重来[39，40].

d.上行感染-病原微生物入侵子宫、卵巢等部位

传统妇科炎症治疗后，并没有注意阴道内清洁度的恢复，此时如果不注意私处卫生、性生活不洁、或者在公共厕所等地方不小心感染了病原微生物，这些病原微生物没有生殖道有益菌的挟制作用，将会轻松进入阴道，甚至上行感染入侵子宫和卵巢，引发更严重的妇科疾病.

e.妇科炎症反复发作的原因推测

传统妇科治疗方法主要是杀菌消炎，以消除症状、消除病原体、消除体征为主要临床判断标准，而忽略了女性生殖道是菌群平衡的微生态环境的事实.由于在杀菌消炎后的“空城状态”下，未能及时修复生殖道“益菌膜”生态防御屏障，女性生殖道微生态环境始终处于菌群失衡状态，才导致妇科炎症治疗陷入无休止的“用药就好，停药就犯，久治不愈，越治越重”的状况.因此，修复女性生殖道“益菌膜”生态防御屏障，恢复女性生殖道“菌群平衡”的微生态环境才是治疗阴道炎的重中之重.

3 “人体益菌膜生态防御屏障”理论推断

3.1 人体是一个超级大的微生物聚集体

在自然界，生物与环境构成一个完整的生态系统.在这个系统中，生物与环境之间相互依存、相互影响、相互制约，并处于相对和谐稳定的“动态平衡”状态.生物与环境是一个不可分割的整体，在一定范围内动物、植物、微生物有规律的互惠共生构成了相对多样性的生态综合体，这种生态综合体具有一定的稳定性，它们通过强大的自我调节体系，保持或及时恢复自身结构和功能的相对稳定.

从广义的生态学来看，人体作为大生态体系中一个次级生态体系，人体中的微生物种类繁多，数量庞大，它们共同构成了复杂的、相对稳定的人体微生态系统.按照正常微生物群所占的空间位置不同，人体微生态系统可分为呼吸道微生态系统、胃肠道微生态系统、生殖道微生态系统、皮肤微生态系统等.组成人体微生态系统的微生物种类繁多，人体中的微生物种类多达1万种以上，其数量约为人体细胞的10倍，其中细菌、真菌、寄生虫数量至少有100万亿个，而病毒则有1 000万亿个，人体细胞核内仅有2万多个基因，而人体微生物群总共有500万～800万个基因[41]，是人体的第二大基因组.

表2 人体各部位常见的正常菌群

“人类微生物组计划”[42]由美国国立卫生研究院于2007年正式提出并实施，得益于人体微生态研究的长足发展，微生物在人体健康中所发挥的作用也逐渐被人们所了解，人体微生态与疾病的关联机制也得到了学界的关注，我们相信“人体益菌膜生态防御屏障”理论相关研究将会更加深入和全面，我们也希望更多的医疗学者专家们广泛关注人体微生态领域，早日掌握微生态和人体健康与疾病之间转换的关系，揭开人体微生态对人体益生作用机理.

3.2 “人体益菌膜生态防御屏障”理论的提出

微生物在自然界中容易附着于多种生物或非生物表面形成膜样聚合物，20世纪80至90年代，随着激光共聚焦显微镜等高科技产品的出现，人们逐渐发现微生物的生物膜的存在[43-46].生物膜的形成与病原微生物的毒力、耐药性等密切相关，形成生物膜的病原微生物像一个整体般存在，它们的生存能力也比浮游状态时强大许多倍，处于生物膜中的病原微生物处于不同的生长阶段，极难被一次性清除干净，抗生素等消炎药无法彻底将其消灭，导致感染性疾病反复出现[45-47].病原微生物形成生物膜存在是病原微生物无法被完全消灭的重点因素，“如何消灭病原微生物膜”成为很多学者专家的研究重点.

随着医学技术的进步，我们认识到人体是一个菌群平衡的微生态环境，在我们身体中存在大量的正常微生物，经过漫长的生物进化和自然选择，正常菌群与宿主(人体)形成了相互依存、相互制约的共生关系，对促进人体生理机能的完善，尤其是免疫功能的构建起到非常重要的作用[48，49].形成生物膜并不是病原微生物的特权，人体中的正常微生物也在人体与体外环境接触的界面形成大面积的膜性聚合物[50]，凌宗欣等人[51]将生殖道正常菌群与黏膜上皮紧密连接形成的生物膜发挥占位作用形成的“定植抗力”定义为女性生殖道“微生物屏障”，我们将生殖道正常菌群形成的生物膜发挥的定植抗力及生物膜中的正常菌群与外来病原微生物间的生物拮抗作用、分泌的抗菌物质等一系列抑制病原微生物所发挥的作用称为女性生殖道“益菌膜”生态防御屏障.

我们从微生态制剂在妇科领域中的成功应用得到了启发，在像生殖道这样的与外界相通的腔道如口腔、鼻腔、眼腔、耳腔、肠道、呼吸道、泌尿生殖道的黏膜组织及皮肤等人体相关组织表面生存的人体正常微生物菌群，其在定植位置都为人体构筑了一道隔离致病微生物和各种毒素的高度组织化、系统化的微生物膜性聚合物，我们称之为人体“益菌膜(Probiotic biofilm，PBF)”生态防御屏障(如图2所示).

图2 人体益菌膜生态防御屏障-存在推断

胎儿在母体内即将娩出、胎膜破裂时与母体外界环境相接触，获得人生第一批微生物，这些微生物在人体落户，逐渐丰富并形成动态平衡的人体微生态[52]，在人体与外界接触的界面慢慢形成“益菌膜”生态防御屏障，它们是保护机体免受外来致病微生物入侵感染的有效隔离屏障，是维护“菌群平衡”的人体微生态环境的“忠诚卫士”.

但是，当人体内外界环境改变引发局部组织器官病变，长期滥用或误用抗生素、消毒剂等“杀菌消炎”药物时，人体中的正常菌群与致病微生物统统被消灭，与外界相通的皮肤、口腔、鼻腔、眼腔、耳腔黏膜、呼吸道黏膜、消化道黏膜、泌尿生殖道黏膜与环境、菌群之间处于不协调的病理状态，原有的“菌群平衡”结构被打破，和谐稳定的人体微生态平衡环境被破坏，人体“益菌膜”生态防御屏障受到严重的破损，丧失原有的隔离和防御作用，人体就会被外来致病微生物入侵，引发各种炎症.各种致病微生物在没有“益菌膜”生态防御屏障保护的人体内肆意繁殖、生长，引发各种炎症，从而导致各类疾病.

4 结论

“人体益菌膜生态防御屏障”理论提示我们可以人为修复人体益菌膜生态防御屏障，重建菌群平衡的人体微生态环境，恢复人体微生态系统的自我调节能力，提高机体免疫力，引导人体微生态系统向良性循环方向发展才是维系人体可持续健康的关键点.我们希望通过调节人体微生态平衡来弥补抗生素滥用所引发的一系列医疗问题.通过向人体病灶部位补充大量正常的人体生理菌群，修复病灶部位的益菌膜生态防御屏障，迅速恢复人体微生态平衡，从而提高机体的免疫力，解决人体因微生态失衡造成的各种亚健康问题，使人体重新恢复健康状态.达到以菌治菌、菌群平衡，生态修复方法解决人体医疗生态灾难.