益生菌在胃肠道疾病中的应用

林炫财,林杨凡,何璇昱,陈希玲,白杨,张亚历

【提要】 近年来，在全球范围内，用于促进健康的非处方益生菌消费量有所增加。然而，尽管益生菌的使用已在公众中大为普及，但许多益生菌菌株和制剂的临床结果却存在矛盾。益生菌大多数是与人类肠道天然存在的有益细菌相似的细菌，且已在多种胃肠道疾病中得到广泛研究，研究最多的物种包括乳酸杆菌、双歧杆菌和酿酒酵母菌。有大量证据表明，益生菌可有效治疗或改善急性感染性腹泻、溃疡性结肠炎、肠易激综合征、坏死性小肠结肠炎等胃肠道疾病。尽管有大量有关益生菌的文献和研究，但在大多数情况下，益生菌功效的科学证据仍然不足。需要付出更多的努力来设计和进行准确的人体研究，以证明益生菌在预防、缓解或治疗不同疾病方面的功效。

益生菌被定义为“活微生物，当以足够的量服用时，可以给宿主带来健康益处”[1]。益生菌大多数是与人类肠道天然存在的有益细菌相似，且已在多种胃肠道疾病中得到广泛研究，其中研究最多的是乳酸菌、双歧杆菌或酿酒酵母菌[2]。肠道微生物群由存在于肠道中的微生物组成，可能会因饮食、生活方式、接触毒素和使用抗生素而发生改变，疾病、健康、免疫系统和微生物群变化之间存在关联。益生菌通过与免疫细胞直接相互作用、改善肠黏膜屏障，在维持胃肠道免疫平衡中起着重要作用[3]。益生菌的功效可以是物种、剂量和疾病特异性的，治疗的持续时间取决于临床适应证。本文就益生菌在不同胃肠道疾病的应用及目前的最新研究进展作一综述。

1 益生菌于胃肠道的作用机理

1.1 免疫调节

益生菌会对免疫相关基因的表达、炎症途径活性和免疫标记物水平产生影响，包括调节肠上皮细胞核因子κB、丝裂原活化蛋白激酶、磷酸肌醇3激酶、过氧化物酶体增殖物激活受体-γ、白介素(interleukin, IL)-6、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和干扰素-γ(interferon-γ，IFN-γ)等多种主要依赖于接触的机制[4]。在一些研究中，活细菌和死细菌对基因表达有不同的影响，这表明细胞表面和主动分泌的分子都可能影响肠道转录组[5]。益生菌对宿主的免疫影响包括：通过脂磷壁酸刺激乳杆菌介导的Toll样受体2依赖性刺激TNF-α分泌[6]；长双歧杆菌介导的接触依赖性IL-10分泌，长双歧杆菌细胞表面胞外多糖35624调节肠道和肺中的促炎细胞因子和T辅助细胞17反应[7]。总的来说，以上大多数例子都指出，宿主细胞与益生菌之间需要物理接触或接近，以潜在地诱导促炎和抗炎反应。

1.2 预防病原体

益生菌通过附着于上皮细胞和阻断病原体的粘附来抑制病原体定植。嗜酸乳杆菌可以通过上调粘蛋白2、IL-8、IL-1β和TNF-α来拮抗大肠杆菌O157：H7对肠上皮细胞的粘附[8]。几种双歧杆菌属已显示可在体内产生乙酸盐，通过与酸度有关的机制抑制产生志贺毒素的大肠杆菌O157：H7的粘附[9]。几种乳酸菌可以产生细菌素，它们是具有抗菌活性的化合物。例如，唾液乳杆菌UCC118产生Abp118细菌素可保护小鼠免于感染单核细胞增生性李斯特菌[10]。其他机制可能涉及细菌聚量效应的中断。例如，嗜酸乳杆菌La-5抑制了AI-2类自诱导分子活性，并降低了大肠杆菌O157：H7的某些毒力因子的表达[11]；嗜酸乳杆菌GP1B能抑制艰难梭菌AI-2类自诱导分子活性，将其灌胃给艰难梭菌感染的小鼠可提高其存活率[12]。

1.3 改进屏障功能

目前已提出几种益生菌稳定肠屏障功能的潜在机制，这些机制已在其他地方进行了综述[13]。它们包括紧密连接相关蛋白(claudin-1、occludin和ZO-1)的上调、跨上皮电阻的改善、黏液分泌的促进和丁酸盐水平的升高、以及微生物组调节。这些作用可能是由局部分泌的代谢产物介导的。例如，植物乳杆菌产生的羟基-顺式-12-十八烯酸(HYA)，已被证明可通过调节TNF受体2从而抑制培养液中的紧密连接相关蛋白通透性，IFN-γ和TNF-α通过G蛋白偶联受体(GPR)-40-丝裂原活化蛋白激酶-细胞外信号调节激酶通路诱导occludin、ZO-1和claudin-1的表达下调[14]。在特应性皮炎的小鼠模型中，HYA降低皮肤TNF-α并增加claudin-1[15]，并以GPR40的释放来减轻病原体诱导的牙龈上皮屏障破坏[16]。已有研究表明从鼠李糖乳杆菌GG株纯化的两种分泌蛋白(称为p40和p75)通过抑制细胞因子诱导的上皮细胞凋亡来促进肠道上皮稳态[17]。其他作用可能通过直接黏膜黏附实现，如由乳杆菌菌株粘附于HT29细胞并诱导MUC3粘蛋白的表达以减少肠致病性大肠杆菌的粘附，以及干酪乳杆菌与Caco-2细胞共培养可诱导MUC2粘蛋白的表达上调[18]。

1.4 益生菌作用的其他可能机制

商业益生菌的先决条件之一包括对胆盐介导的生长抑制的抵抗力。例如，乳杆菌和双歧杆菌属通过产生胆盐水解酶(bile salt hydrolase，BSH)来抵抗胆汁，BSH可从类固醇核心上将甘氨酸或牛磺酸解偶联[19]。BSH活性与全身有益的代谢作用有关，包括减轻小鼠体重和降低血浆胆固醇、甘油三酯水平[20]，以及降低人体内胆固醇水平[21]。但是，胆汁酸的去共轭作用可能会导致饮食的消化不良和胆结石形成，以及葡萄糖耐量降低[22]。

益生菌通过影响肠-脑轴的信号传导，帮助宿主产生抗焦虑、抗抑郁的作用[23]。实验表明，饲喂鼠李糖乳杆菌的小鼠大脑中特定的区域γ-氨基丁酸-A受体和γ-氨基丁酸-B受体的mRNA表达会发生变化，这与皮质酮对压力和焦虑相关行为的反应减弱有关[24]，而在经过迷走神经切断术的动物中没有观察到这一现象。然而，同一菌株未能调节人类的压力和认知能力[25]。在小鼠实验中，母鼠的高脂饮食会导致本身和后代的肠道营养不良，最终导致后代社交行为受损，并且通过将不良生物细菌移植到无菌小鼠中得到证明。用罗伊氏乳杆菌进行治疗，可恢复母鼠因高脂饮食而表达下降的室旁核催产素水平，并改善社交行为[26]。罗伊氏乳杆菌还可能以瞬时受体电位香草酸亚型1(transient receptor potential vanilloid subtype 1，TRPV1)依赖性方式在大鼠中表现出抗伤害感受的作用[27]。嗜酸乳杆菌诱导大鼠肠上皮细胞中μ阿片和大麻素受体的表达，并在大鼠中产生镇痛作用[28]。

2 益生菌应用于胃肠道疾病

2.1 肠易激综合征

肠易激综合征(irritable bowel syndrome，IBS)是一种病因不明的常见且临床可变的疾病。通常表现为腹痛、腹胀、排便习惯和/或大便性状改变。IBS有三种类型：便秘为主的(IBS-C)，腹泻为主的IBS(IBS-D)和混合型IBS(IBS-M)[29]。最近的一项荟萃分析表明[30]，益生菌可能有效治疗IBS 症状，但需要注意，没有一种单一菌株的制剂被证明可有效缓解腹痛或用于治疗腹胀、肠胃气胀和肠急症。即使在益生菌组合中，也发现某些药物可有效减少症状持续性和腹痛评分，而另一些则无效。一项随机，双盲，安慰剂对照试验表明[31]，给予酪酸梭菌或安慰剂治疗4周，与安慰剂相比，酪酸梭菌可有效改善总体IBS症状，表现在减轻腹痛和腹胀、减少大便频率，提高生活质量。对涉及2 575名IBS儿童和成人的荟萃分析发现，与安慰剂相比，益生菌可显着改善总体症状[32]。对涉及1 639名IBS成人的荟萃分析发现，与安慰剂相比，益生菌显着改善了总体症状反应和生活质量，并且降低了腹痛强度，但是，对腹痛的频率没有影响[33]。

2.2 炎症性肠病

炎症性肠病(inflammatory bowel disease，IBD)是一类非常复杂的疾病，其直接原因和致病机理尚不完全清楚。与IBD相关的状态似乎取决于许多内部和外部因素，包括遗传、环境、免疫等。该类疾病包括克罗恩病(Crohn′s disease, CD)和溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)，其中克罗恩病为贯穿肠壁各层的增殖性病变，病变局限于小肠和结肠，二者可同时累及，病变呈节段分布。而溃疡性结肠炎具有连续性，它限于结肠区域，炎症变化分布在黏膜内部。一项对1 763成人进行的荟萃分析发现，与安慰剂相比，益生菌能显着提高活动性溃疡性结肠炎患者的缓解率[34]。一项针对75名患有CD的儿童的多中心随机对照试验发现，益生菌对缓解该病没有任何好处，尽管不明显，部分接受益生菌的孩子比接受安慰剂的孩子甚至更早复发[35]。而类似的情况，最近一项系统评价成年人对CD中益生菌功效的荟萃分析表明：益生菌在CD患者术后诱导缓解、维持缓解或预防复发方面没显示出有任何重大益处[36]。另一项随机、双盲、安慰剂对照试验研究了长双歧杆菌536(BB536)在日本活动性UC患者中诱导缓解的功效。总共有63%的患者服用BB536后在第8周表现出临床缓解，而接受安慰剂的患者中这一比例为52%[37]。

2.3 急性感染性腹泻

益生菌对于由细菌引起的急性感染性腹泻有效，但对于由病毒引起的腹泻，益生菌的有效性却不一致。Cochrane对包括8 014例急性感染性腹泻的随机对照试验进行了回顾，发现益生菌可显著减少腹泻的平均持续时间[38]。一项对2 102名儿童的荟萃分析比较了使用益生菌和对照治疗急性腹泻的儿童，发现使用益生菌可以显着减少腹泻的持续时间[39]。另一项对涉及1 229名儿童的荟萃分析发现[40]，使用罗伊氏乳杆菌可减少腹泻持续时间，并在第1天和第2天提高治愈率。然而，一项主要由轮状病毒引起的646例急性水样腹泻儿童的随机对照研究发现，使用益生菌和对照组对于患者每日大便次数、腹泻持续时间、呕吐或住院时间长短无显着差异[41]。

2.4 幽门螺杆菌感染

幽门螺杆菌(Helicobacterpylori，H.pylori)是一种常见的细菌，感染了全世界约一半的人口，在发展中国家的流行率更高，H.pylori感染的临床结果取决于几个因素，包括H.pylori菌株的类型、炎症程度和H.pylori定植的密度[42]。益生菌作为抗生素治疗改善幽门螺杆菌根除率的辅助手段的效果尚不一致。一项涉及1 163名H.pylori感染者的荟萃分析发现，与对照组相比，使用含乳酸杆菌的益生菌作为抗生素的辅助剂提高根除率[43]。然而，另一项对3 452名成年人进行的荟萃分析发现，与安慰剂相比，益生菌作为抗生素的辅助剂并不能改善H.pylori感染的根除[44]。

2.5 坏死性小肠结肠炎

坏死性小肠结肠炎(necrotizing enterocolitis，NEC)是早产儿最常见的胃肠道急症，早期干预和积极治疗能较好改善临床结局。在婴儿中，益生菌可有效降低NEC的风险和死亡率，Cochrane的一项涉及5 529名婴儿的荟萃分析发现，与对照或安慰剂相比，使用益生菌可显着降低严重坏死性小肠结肠炎的风险和死亡率[45]。另一项对涉及5 982名患者进行荟萃分析表明，使用益生菌可使NEC的相对风险降低近50%，总死亡率降低27%[46]。亚组分析表明，乳酸杆菌或乳酸杆菌和双歧杆菌的混合物在减少NEC方面最有利。此外，最近的一项Ⅲ期试验未能显示出使用短双歧杆菌BBG-001预防NEC有益处[47]，表明单独使用这种双歧杆菌并不是最佳的使用药剂。

2.6 结直肠癌

结直肠癌(colorectal cancer，CRC)是全球第二大常见癌症，它是一种多因素疾病，与肥胖、饮酒、吸烟、使用抗炎非甾体药物以及家族史有关。外科手术是结直肠癌的主要治疗方法，然而，手术可能导致肠道菌群的紊乱、肠道黏膜屏障功能降低、免疫功能的降低、术后感染等风险。Zaharuddin L等[48]人将52例大肠癌患者在手术后随机分配为接受安慰剂或益生菌两组，分别治疗四周。两组均观察到化疗引起的腹泻，与安慰剂组相比，接受益生菌组TNF-α、IL-6、IL-10、IL-12、IL-17A、IL-17C和IL-22的水平明显降低。一项纳入了46名以伊立替康为基础治疗的结直肠癌患者的研究，将受试者随机分为两组，与安慰剂相比，使用益生菌可降低3或4级严重腹泻、小肠结肠炎的发生率[49]。

3 安全性及未来发展方向

虽然益生菌治疗或预防疾病的效果构成了长达数十年的持续辩论，但人们普遍认为补充人体益生菌微生物是安全的，并被监管机构认可为大多数益生菌菌株[50]。虽然益生菌在健康的成年人中可能是安全的，但在年幼的婴儿和极低体重的新生儿中，使用益生菌会增加感染和/或发病的风险。值得注意的是，对数以百计的益生菌试验的两次大规模系统评价的结论是，不良事件和安全问题报道并不全面[51]。有趣的是，在对人类个体进行抗生素治疗后，益生菌菌株在结肠中的集聚作用增强，这与长期持续的益生菌诱导的营养不良有关。鉴于这些观察结果，在未来的临床试验中，尤其是在儿童、免疫抑制的个体和重症患者中，需要更好地评估益生菌在这种情况下的长期安全性。