醋酸菌调控肠道菌群以解酒护肝的研究进展

唐史杰，陈敏，尹明雨

(上海海洋大学 食品学院，上海，201306)

醋酸菌广泛分布于自然界中，是重要的工业用菌之一，亦是传统制醋中不可或缺的一部分，但制醋流程中残留的醋酸菌体往往作为废弃物被丢弃。近年来，有报告称醋酸菌体也可以作为活性主体发挥生物活性作用，如陈小雪等[1]使用日本丘比株式会社商品“よいとき”胶囊的内容物饲喂小鼠，发现人体等效剂量1.2、3.6 mg/kg醋酸菌可有效降低肝脏甘油三酯(triglyceride,TG)含量并显著降低了转氨酶的含量，从而使这些作为副产物的醋酸菌有可能被重新利用。醋酸菌的细胞为椭圆至杆状，单个、成对或成链，是革兰氏阴性菌，专性好氧菌，能氧化各种有机物为有机酸及其他氧化物[2]。醋酸菌生长的最适温度是28～36 ℃，最适酸碱度为5.4～6.3[3-5]，可为醋酸菌功能性产品的开发提供新的思路。醋酸菌可分为醋杆菌属和葡糖杆菌属两大类[6]，迄今已有约200余种醋酸菌种被人类发现[7-11]，醋酸菌属类及其种类如表1所示。

过量饮酒造成的健康风险和社会问题不容小觑，乙醇在胃肠道中被吸收并大部分转移到肝脏进行代谢。在此过程中，乙醇及其代谢物会造成健康损伤，包括直接毒性、氧化应激和脂肪酸的积累[12]。乙醛作为乙醇代谢物，是引发各类疾病的主要有毒物质[13]。近年来有报道称，饮酒造成的肠道菌群紊乱与酒精引发的疾病有关，且这些疾病可以通过恢复酒精引起的肠道微生物紊乱来缓解和治疗。

肠道菌群，即人体肠道内含有的正常微生物，通常种类在500～1 000种，总数超过10万亿个[14]，其对人体健康起到了极为重要的作用，补充益生菌能有效调节肠道菌群组成，改善人体代谢功能和健康状况[15]。

本文就肠道菌群对宿主健康的影响，以及醋酸菌如何调控酒精引发的肠道菌群紊乱并减轻其对宿主机体和肝脏损伤的机制进行了综述和讨论。

1 肠道菌群对宿主健康的影响

肠道菌群作为一个既独特又复杂的生态系统，与宿主的生理状况密切相关[16-17]。大量研究表明，肠道菌群对宿主健康至关重要，肠道菌群可以吸收和转化宿主所需的食物中的成分，并产生调节免疫系统和代谢反应的代谢物[18]，如维生素B、维生素K、短链脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)、胆汁酸、吲哚等[19-20]，肠道菌群还能将一些植物来源的非营养物质如黄酮转化为营养代谢物为宿主所用[21]，将宿主难以消化而无法有效利用的碳水化合物发酵成CO2、H2、CH4以及包括乙酸、丙酸和丁酸的诸多SCFAS[22-23]，这些代谢物可以调节炎症、免疫反应，为宿主提供能量，影响一些疾病的发展[24-25]。肠道菌群更多的生理功能如图1所示，对于促进脂肪生成、合成维生素、代谢药物、调控神经、保护上皮细胞等方面都能产生一定积极作用。

表1 醋酸菌科的菌属列表Table 1 List of genera of Acetobacteriaceae

图1 肠道菌群的功能Fig.1 The function of the gut microbe

对于临床研究来说，确定所谓“健康”的肠道菌群是如何构成的非常重要，但肠道菌群的组成存在较大的个人差异。ZHERNAKOVA等[26]对来自荷兰的1 135名志愿者的肠道微生物群进行了深度测序，结果显示该肠道菌群与126个外源和内源宿主因子之间有关，包括31种内在因素、12种疾病、19种药物类别、4种吸烟类别和60种饮食因素，肠道菌群的个体差异性主要体现在厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)。

肠道菌群组成、数量、功能的变化，即肠道菌群紊乱往往会对宿主的健康产生不利影响，如TROPINI等[27]使用16S rRNA测序发现，在聚乙二醇诱导的轻度腹泻的小鼠模型中，肠道菌群的组成发生了变化。LIU等[28]进行了宏基因组学研究，对包括72名肥胖个体和79个非肥胖个体在内的151名患者的血清代谢组学进行分析，发现肥胖与肠道菌群种类和循环代谢产物的变化有关，肥胖受试者肠道中的多形拟杆菌(Bacteroidesthetaiotaomicron)数量显著减少。SANDEK[29]等将22位慢性心力衰竭患者和22位健康者对照，分析发现慢性心力衰竭患者的肠道菌群发生了显著变化，表现为细菌过度生长、黏膜生物膜增加、细菌黏附增加和细菌菌株多样性增加，菌株多样性的增加中又以拟杆菌属(Bacteroides)和普雷沃菌属(Prevotella)细菌为最。

2 酒精代谢对肠道菌群的影响

人体过量饮酒后，机体大量摄入酒精，绝大多数会转移到肝脏并由肝脏完成代谢，也因此过量摄入酒精对肝脏损伤最为严重。近年来有研究提出由于酒精摄入而改变的肠道菌群亦参与了酒精摄入对肝脏伤害的发展，这种损伤可以通过摄入益生菌，调节由酒精引起的肠道菌群变化来治疗和改善。

2.1 酒精代谢的机制

机体大量摄入酒精时，一但摄入量超出机体代谢量就会导致酒精在体内的大量累积，从而使肝脏内的一系列酶如乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase，ADH)、谷胱甘肽巯基转移酶、谷胱甘肽和谷胱甘肽过氧化物酶的含量降低，直接对肝脏造成损伤。这种伤害的机制主要是由于乙醇产生的代谢产物——乙醛造成的生理损伤，如氧缺乏、氧应激、自由基的损伤和还原性辅酶异常等方面[30]。

酒精进入人体后，先经过胃肠道的吸收，随后进入血液循环，再进入肝脏，约90%的酒精在肝脏代谢，而乙醇在肝脏主要通过ADH的酶解作用代谢成乙醛。人体过量摄入乙醇时会导致ADH活性增加，从而产生过量的还原型辅酶Ⅰ(nicotinamide adenine dinucleotide，，NADH)，刺激机体丙酮酸代谢加剧，丙酮酸含量的降低会导致葡萄糖分解率增加，降低血液中血糖含量、提高乳酸的含量。乙醇代谢产生的乙醛再通过肝细胞线粒体内的乙醛脱氢酶(acetaldehyde dehydrogenase,ALDH)催化脱氢生成乙酸[31]。而过量摄入酒精导致过度产生的乙醛累积引起中枢神经系统功能障碍以及脸红的现象。同时由乙醛代谢产生的乙酸会以乙酰辅酶A的形式参与三羧酸循环。在此过程中氢离子浓度升高，促进了肝脏脂肪酸和过量脂肪合成[32]，如图2所示,可见ADH与ALDH在乙醇代谢中的重要作用，故具有ADH与ALDH活性的益生菌摄入能有效解酒护肝，如NISHIYAMA等[33]发现具有 ADH 和 ALDH 活性的醋酸菌粉末与乙醇同时摄入可降低人体呼气和血液中的乙醇浓度。陈小雪等[1]使用日本丘比株式会社商品“よいとき”胶囊的内容物饲喂小鼠，发现15、45 mg/kg的醋酸菌(人体等效剂量1.2、3.6 mg/kg醋酸菌)可有效降低肝脏TG含量并显著降低了转氨酶的含量。

图2 酒精消化代谢途径及酒精中毒机制Fig.2 Alcohol digestion and metabolism pathway and mechanism of alcoholism

2.2 酒精代谢对肠道菌群的影响

酒精主要通过ADH在肝脏中代谢转化为乙醛并对机体组织和肠道菌群造成严重损伤。据报道，酒精会引起胃肠道功能紊乱，从而使革兰氏阴性菌增加[34-35]，产SCFAs的细菌减少[36]，破坏由革兰氏阴性菌产生的肠屏障完整性[37]。BARR等[38]报道在将4%的乙醇溶液作为饮用水的恒河猴中的结肠中发现拟杆菌属丰度增加和变形菌门(Proteobacteria)丰度减少。BJORKHAUG等[36]发现过量饮酒者(每天摄入118.9 g酒精超过10年)相较于平均每天摄入2.5 g酒精的对照组，其粪便微生物群中变形菌门的丰度更高，粪杆菌属 (Faecalibacterium)的丰度更低。FAN等[39]发现重度饮酒者厚壁菌门的丰度降低，而链球菌属(Streptococcus)和纳克杆菌属(Lachnoanaerobaculum)的丰度都有所升高。

2.3 肠道菌群紊乱对肝脏损伤的影响

肝脏与肠道关系密切，肝脏的损伤病变往往与肠道菌群紊乱有关，现有研究发现酒精引起的肝损伤亦与肠道菌群有关。WANG等[40]在恒河猴灵长类动物模型中，通过在其饮食中补充乙醇3年，从恒河猴粪便样本中发现明显的肝脂肪变性，伴随着厚壁菌门和变形菌门的丰度增加以及拟杆菌属的丰度减少。DUAN等[41]研究表明，酒精性肝炎患者肠球菌属的比例显著高于健康对照组，而粪便中肠球菌属分泌的溶细胞素与肝损伤息息相关。这些结果表明肠道菌群与酒精引起的肝损伤密切相关，故补充合适的益生菌来调节肠道菌群的组成和丰度能有效治疗酒精引发的肝脏疾病和损伤。

除酒精外的其他因素造成肝脏损伤亦与肠道菌群难脱干系。HOYLES等[42]分析了病态肥胖(非糖尿病导致)诱发肝纤维化患者粪便的宏基因组的分子表型，发现这些患者的肠道菌群丰度较低，内毒素合成增强。还有研究表明肠道菌群与肝癌的发生息息相关，肝脏经门静脉与肠道菌群接触会对肝癌产生重要影响，通常认为肠道菌群是抗肿瘤的重要调节因子，也是控制化疗和免疫治疗的关键因素[43]。

3 醋酸菌改善酒精引起的肠内菌群紊乱作用

醋酸菌作为一种益生菌能被用于减轻酒精引起的健康损伤，过去的研究常集中于醋酸菌能代谢产生ADH和ALDH，在酒精代谢中产生积极作用，加快代谢乙醇和乙醛，减轻过量饮酒带来的损伤。而现在亦有研究表明醋酸菌作可以调控酒精产生的肠内菌群紊乱，并以此改善酒精造成的肝脏伤害和肠道菌群紊乱。

姜欣欣[44]研究发现醋酸菌对于长期大量摄入酒精导致的小鼠肠道菌群紊乱具有干预作用，报道发现在门水平方面，小鼠结肠中的主要菌门可以归类为厚壁菌门、拟杆菌门界的拟杆菌门、变形菌门、放线菌门、疣微菌门(Verrucomicrobia)等。经过酒精灌胃后，小鼠结肠样品相对于对照组中的变形菌门和放线菌门的微生物异常增高。而经过醋酸菌的保护后，两者的丰度显著降低。

姜欣欣[44]亦发现经过酒精灌胃的小鼠乳酸杆菌属(Lactobicillus) 丰度显著降低，而幽门螺杆菌属(Helicobactor)的丰度显著升高，同样醋酸菌的添加可以有效改善酒精导致的小鼠肠道菌群紊乱，使乳酸杆菌属丰度升高，从而达到保护酒精造成的肝损伤的效果。

醋酸菌调控酒精引起的肠内菌群紊乱从而解酒护肝的机制推测一方面是酒精的摄入会引起的胃肠道通透性过高，使细菌细胞及其代谢产物更容易进入血管和全身循环系统，因此，酒精引起的肠道菌群变化会造成机体胃肠道和其他器官的损伤，肝脏作为绝大多数酒精的代谢场所并能通过门静脉接触到肠道菌群，使得这种损伤在肝脏尤甚，醋酸菌进入人体后通过调节肠道菌群紊乱，恢复胃肠道通透性，减轻酒精对机体和肝脏的损伤。

另一方面机制推测则是醋酸菌的摄入调节了肠道菌群的氧化应激反应途径，有研究表明细菌的ALDH在化学应激状态下表达会上调，这种上调是细菌的一种应激反应途径，如亚砷酸盐(As3+)通过破坏三羧酸循环和释放未结合的Fe2+诱导氧化应激，然后通过芬顿反应诱导产生活性氧[45]，在这种氧化应激机制下假单胞菌暴露于亚砷酸盐会导致其几种蛋白质表达上调，其中就包括ALDH，而ALDH在化学应激状态下表达上调，加快了乙醛代谢，从而达到解酒护肝的效果。JIANG等[46]灌胃小鼠醋酸菌协同28%酒精时，发现丙二醛含量显著降低、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽转移酶含量显著提高，改善了氧化应激水平。田思敏等[47]使用日本丘比株式会社商品“よいとき”胶囊(醋酸菌45 mg/胶囊，人体推荐量2粒/日)的原料醋酸菌粉末饲喂小鼠，发现15、45 mg/kg的醋酸菌 (人体等效剂量1.2、3.6 mg/kg 醋酸菌)对急性酒精摄入小鼠氧化应激状态具有调节作用，显著提高了肝脏还原型谷胱甘肽的含量。但更为明确的反应机制仍需进一步的研究。

4 结论与展望

本文就肠道菌群对人体健康的影响，酒精摄入对肠道菌群的影响以及醋酸菌对受酒精影响的肠内菌群紊乱的改善作用进行了总结。肠道菌群对宿主健康的影响是多方面和多维度的，但过量饮酒毫无疑问会扰乱正常的肠道菌群，造成肠道菌群紊乱，其主要体现在厚壁菌门、变形菌门、放线菌门等菌群的丰度变化，进而影响宿主健康，这种伤害对于肝脏尤甚。因此对这一过程进行外部干扰减轻酒精造成的健康风险是有必要的，而醋酸菌作为补充益生菌能较好地达到解酒护肝的作用，且其作为传统酿醋工业的废弃物，更能被作为副产物重新利用起来，有着较好的市场前景。

虽然近年来对于醋酸菌的研究成果愈来愈多，但研究结果仍较为表观，本文推测醋酸菌调节肠道菌群从而解酒护肝的机制在于这一过程恢复了因酒精摄入而改变的胃肠道通透性和菌群氧化应激反应，但其具体改善机理相关研究仍然较少，由于具体的分子机制牵涉广泛，仍还需要各方面专家学者联合研究以期找到醋酸菌调节肠道菌群的更为详尽的机理，通过详细探索醋酸菌的肠内环境改善作用及其机理，不仅能预防酒精造成的健康风险，也有可能预防疾病，应用于功能性食品。