长双歧杆菌与婴幼儿肠道健康的研究进展

吴诗寅 蔡美琴

上海交通大学公共卫生学院（上海 200025）

1 长双歧杆菌概述

双歧杆菌属（Bifidobacterium）是一种厌氧、产乳酸、不产芽孢、不运动的革兰氏阳性细菌属，目前已知的双歧杆菌共有32 种，来源于人类的共有12种。长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）是双歧杆菌属之一，也是婴幼儿肠道菌群中最丰富的物种之一。长双歧杆菌有三个亚种，分别为长双歧杆菌婴儿亚种（B.longum ssp.infantis）、长双歧杆菌长亚种（B.longum ssp.longum）和长双歧杆菌猪亚种（B.longum ssp.suis和B.longum ssp.Suillum）[1]。猪亚种是动物粪便分离出来的，与婴儿健康有关的主要是长亚种和婴儿亚种。

1.1 生理特性

长双歧杆菌婴儿亚种是一种在健康母乳喂养小儿肠道中占主导地位的定植菌株。在胃肠液耐受能力方面，体外试验中婴儿亚种活力对数损失仅为（0.7±0.0) log CFU/mL，对胆汁耐受性良好[2]。在低聚糖利用能力方面，婴儿亚种以母乳低聚糖（HMOs）作为唯一碳源，通过表达16种糖基水解酶来完全利用HMOs，低聚糖利用率极高。在定植能力方面，B.longum ssp.infantisATCC 15697与乳双歧杆菌相比，在早产儿肠道中定植力更强，相对丰度是后者的6.0倍[3-4]。

长双歧杆菌长亚种在肠道中的高普遍性和高丰度对于维持生命早期肠道健康至关重要。在胃肠液耐受能力方面，一项对B.longum ssp.longumBCBL-583肠道环境适应性的测试显示，该菌株经胃酸和胆酸盐处理6 h的存活率为（85.8±1.5）%，具良好的胃肠环境适应活性[5]。在低聚糖利用能力方面，长亚种以不同类型的酶代谢HMOs和其他复合碳水化合物低聚糖，释放乳-N-二糖和半乳-N-二糖来构建身体组织[6]。长亚种还可协同其他菌株降解低聚糖交叉喂养，促进肠道微生物群建立。在定植能力方面，研究表明在同一受试者的肠道中，B.longum ssp.longum44-B可从婴儿早期开始定植超过6年，并可与其他双歧杆菌共存产生健康纵向效应[7]。

1.2 基因组水平的生物学特性

基因测序等手段解释了不同长双歧杆菌菌株生理功能的差异。应聪萍等[8]对B.longumCCFM760进行基因组草图测序，对比基因数据库，发现其基因组中可能含有多种抗生素抗性基因、多种基因组编码和氧化损伤修复功能蛋白质的基因编码，从而解析了其低聚糖代谢能力、抗生素抗性以及抗氧化能力。本文列举了几种常见的不同基因型长双歧杆菌的生理特性差异，见表1。

表1 长双歧杆菌不同基因型菌株的生理特性差异

1.3 代谢组水平的生物学特性

长双歧杆菌不同亚种对碳水化合物代谢的差异可由平均核苷酸一致性值（ANI）和系统发育分析进行研究。由于婴儿亚种和长亚种ANI 值低，它们表型和基因型的差异较大，婴儿亚种中特定基因的数量是长亚种的4倍，主要包括两个较大的基因簇：脲酶基因簇和唾液酸代谢基因簇，分别代谢母乳中的尿素和唾液酸。此外，参与复杂碳水化合物代谢的注释基因编码酶GHs家族在两个亚种之间所占的比例有32.2%存在显著差异，其中与HMOs代谢息息相关的GH29，GH33和GH95家族存在于所有婴儿亚种中，但仅存在于少数长亚种中，例如B.longum ssp.longumJSWX9M5和CCFM752。两个亚种在碳水化合物转运和代谢基因中都有变异，这可能是婴儿亚种不同于长亚种，具有代谢所有HMOs 能力的原因，而长亚种只能代谢HMOs 中的2'-和3'-岩藻糖基乳糖[13]。

1.4 蛋白组水平的生物学特性

长双歧杆菌之间存在着蛋白组基因编码的差异，这为不同菌株拥有不同的生理特性提供科学解释。长亚种和婴儿亚种均具有降解HMOs 的能力，但相较于长亚种，婴儿亚种降解HMOs 能力更强。这是因为婴儿亚种的43-kb基因簇中存在包括α-岩藻糖苷酶、β-半乳糖苷酶、β-己糖胺酶和α-唾液酸酶等16种糖苷酶和一系列低聚糖转运蛋白，它们与特定的HMOs 键结合时上调基因表达，有助于其细胞质完全消化HMOs，这为婴儿亚种作为新生儿健康基础这一说法提供理论支持。

2 长双歧杆菌与婴幼儿肠道健康

2.1 长双歧杆菌是婴儿肠道中的优势菌

婴幼儿肠道中长双歧杆菌的定植和相对丰度与新生儿的健康生长密切相关。健康母婴粪便中比例最高的双歧杆菌是长双歧杆菌，提示长双歧杆菌是婴儿及其母亲肠道中的优势菌，有利于婴幼儿健康生长。此外，长双歧杆菌在婴幼儿肠道分布中存在着显著的个体差异，这与婴幼儿的分娩方式、喂养类型和抗生素使用等有关[1]。

长双歧杆菌可通过调节肠道菌群促进婴幼儿肠道健康。基于体外实验和16S rRNA基因测序结果示，加入长双歧杆菌后的试验组中厚壁菌门、链球菌科、乳酸杆菌科、双歧杆菌属相对丰度在整个期间显著增加，变形杆菌门、肠杆菌科相对丰度下降[14]。

2.2 长双歧杆菌具有免疫调节作用

长双歧杆菌有保护宿主免受过敏性疾病和自身免疫性疾病等异常免疫反应的益生功能。第一，长双歧杆菌代谢复杂碳水化合物时产生的醋酸等短链脂肪酸（SCFAs）可与肠嗜铬细胞表面的G蛋白偶联受体结合，产生吲哚-3-甲醛激活芳香烃受体介导的免疫信号通路，上调色氨酸代谢，产生抗炎细胞因子IL-22抑制异常Th2免疫反应，调节机体的免疫功能[15]。第二，长双歧杆菌还可通过DNA甲基化的表观遗传学机制，刺激宿主免疫系统。长双歧杆菌经gDNA测序发现存在独特的甲基化基序m4C、m5C和m 6 A，在缺乏IL-2 和转化生长因子TGF-β 共刺激的情况下有效诱导Treg细胞免疫[16]。

2.3 长双歧杆菌治疗或缓解婴幼儿肠道疾病的作用

研究发现，长双歧杆菌可以有效缓解婴幼儿功能性便秘、肠易激综合征、炎症性肠炎等胃肠道疾病，调节肠道菌群失调。其可能机制是长双歧杆菌通过介导各种免疫信号通路，调节微生物-肠-脑轴相互作用，阻止病原体过度生长，达到治疗或缓解肠道疾病的目的。

2.3.1 长双歧杆菌与婴幼儿功能性便秘 功能性便秘（FC）是一种基于排便次数减少、排便困难、无器质性病变的最常见的功能性胃肠病，多发于婴儿和学龄前儿童，全世界儿童FC 的发病率在0.7%～29.0%。研究发现，FC患儿与健康婴幼儿的肠道菌群微生态环境存在明显差异，尤其是较高的FC风险与较低的长双歧杆菌水平间存在正相关[17]。

目前临床上治疗FC 多采用长双歧杆菌与多种益生菌联合治疗。Russo 等[18]通过随机对照试验评估了含有长双歧杆菌长亚种B.longum ssp.longumBB536、婴儿亚种B.longum ssp.infantisM-63和短双歧杆菌等多种益生菌混合物对55 例FC 患儿的治疗效果，观察到接受益生菌和聚乙二醇治疗的患儿与仅服用聚乙二醇的对照组相比，便秘改善率提高6.2%。

Chen 等[19]选取0～2 月龄48 名腹痛婴儿给予1×109CFU长双歧杆菌KABP042（CECT7894）和戊糖片球菌KABP 041（CECT 8330）的混合剂和42名腹痛婴儿给予等量安慰剂，观察21天，发现试验组的粪便稠度评分比对照组显著提高0.2 分。在西班牙开展的一项临床试验发现，连续14天给予21～120日龄的患有腹绞痛的11 名婴儿服用1×109CFU 的长双歧杆菌CECT7894和戊糖片球菌CECT8330的混合剂，9名对照组婴儿服用等量安慰剂，服用益生菌组患儿每天哭闹时间与安慰剂组相比减少26.9分钟[20]。提示每天口服CECT7894和CECT8330是一种有效改善粪便硬度，恢复肠黏膜屏障功能，减缓婴儿过度哭闹综合征，减轻腹痛带来不良反应的治疗方式。这是因为长双歧杆菌CECT7894具备刺激巨噬细胞分泌抑炎因子IL-10，及拮抗大肠杆菌和产酸克雷伯菌等病原菌的能力[20]。

闵燕华等[21]对4月龄～4岁的FC患儿进行的随机对照试验发现，长双歧杆菌联合常规药物能更有效安全地治疗FC。权冰洁等[22]的随机临床试验对比了分别服用双歧杆菌四联活菌片联合乳果糖、神曲消食口服液联合乳果糖和乳果糖3组9月龄～9岁患儿的便秘复发率和治疗效果，得出双歧杆菌四联活菌片联合乳果糖的治疗FC有效率高达92.3%，复发率仅26.7%，是减短病程，缓解患儿生理心理痛苦的更优临床治疗方案。

长双歧杆菌治疗功能性便秘的可能作用机制包括以下两个方面：一是长双歧杆菌在肠道内发酵复杂碳水化合物产生代谢物，包括SCFAs 和次级胆汁盐（BAs）。SCFAs 可以降低肠道pH，提升肠道渗透压和增加水分分泌，增强肠道平滑肌的蠕动和收缩，减少食物残渣滞留在结肠，增加排便频率[23]。SCFAs还能经脂肪酸受体FFA2和FFA3介导，通过作用于肠内分泌细胞（EECs），促进色氨酸羟化酶1表达和5-羟色胺（5-HT）的产生。5-HT可分泌缓解结肠动力障碍的神经递质受体5-HT4R，介导5-HT4上调，刺激黏膜肥大细胞响应，诱导结肠运动的兴奋性，促进排便。肠腔内高浓度的BAs 介导的神经或激素机制使BAs 初级代谢物鹅去氧胆酸加速结肠转运并增强肠壁收缩，促进排便[24]。二是长双歧杆菌可拮抗肠道病原体，其特定的基因序列可产生独特的抗菌化合物，再经过有机酸如乳酸和乙酸介导，可拮抗多种革兰氏阴性和阳性细菌病原体。如B.longumKABP042基因组中存在细菌素羊毛硫抗生素B基因和辅助基因lanR2、lanK、lanA、lanR1和lanI，具有拮抗肺炎克雷伯杆菌和鼠伤寒沙门氏菌，促进肠道蠕动，改善粪便性状的效果[25]。

2.3.2 长双歧杆菌与肠易激综合征 肠易激综合征（IBS）属于功能性胃肠病之一，多发于4 岁以上儿童。樊琳等[26]纳入84例IBS患儿，比较采用口服马来酸曲美布汀和思密达常规治疗的对照组和双歧杆菌四联活菌联合常规治疗的治疗组之间的疗效差异。结果显示，联合治疗组的总有效率比对照组显著提高了16.7%。联合治疗组患儿的肠杆菌丰度与治疗前相比显著降低0.5 lg CFU/g，双歧杆菌丰度与治疗前相比显著提高0.6 lg CFU/g，而对照组这两组菌的相对丰度前后变化无显著性差异。联合治疗组干扰素IFN-γ和IFN-γ/IL-4 与对照组相比分别显著降低33.5 pg/mL 和0.1，IL-4 与对照组相比显著提高47.5 pg/mL，表明双歧杆菌用于治疗IBS 患儿有助于提高疗效。

O'mahony等[27]对77例IBS患者进行随机分配，8周后与安慰剂组相比，饮用含有1×1010CFU长双歧杆菌婴儿亚种（B.longum ssp.infantis35624）的麦芽奶饮料的IBS 患者更少出现腹痛、腹胀、不适、排便困难的症状；根据李克特评分表，益生菌组的腹痛、腹胀和排便困难评分分别比安慰剂组显著降低4.4分、4.2分和9.0分，其IL-10与IL-12的比值从69显著升高至176，也更趋于正常标准，关于排便困难参数、细胞因子水平和生活质量等的治疗增益显著超过安慰剂20%～25%，不低于药物替加色罗和阿洛司琼的治疗效益。

Giannetti等[28]对8～17岁的48名IBS患儿随机分配接受3×109CFU长双歧杆菌B.longumBB536、1×109CFU 婴儿双歧杆菌M-63 和1×109CFU 短双歧杆菌M-16V的3种双歧杆菌的混合物或安慰剂，经6周后发现益生菌组比安慰剂组的腹痛痊愈率和生活质量改善率分别显著提升27.5%和31%，腹痛频率显著降低28%，为双歧杆菌作为IBS 的新治疗方案提供临床证据。

长双歧杆菌治疗IBS的作用机制可能在于维持肠黏膜屏障完整性。长双歧杆菌KABP042联合戊糖片球菌KABP041能够协同诱导肠上皮细胞Caco-2，即紧密连接蛋白ZO-1、Occludin和Claudin-1和血清素转运蛋白SERT的表达，发挥5-HT1A和5-HT3R下调和转录物SLC6A4上调作用，促进形成肠道屏障，增强肠道蠕动，降低肠道敏感性，缓解肠黏膜屏障功能紊乱引起的IBS[25]。

2.3.3 长双歧杆菌与儿童炎症性肠病 炎症性肠病（IBD）属于肠道非特异性免疫性疾病，包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）。近年来研究发现，长双歧杆菌治疗婴幼儿IBD 是一种安全耐受、有积极临床缓解率的疗法。姜友志等[29]对120 例2～12岁轮状病毒感染性肠炎患儿进行随机分组，对照组使用蒙脱石散，治疗组使用双歧杆菌乳杆菌三联活菌片联合蒙脱石散。双歧杆菌联合药物治疗组的总有效率比对照组显著提高18.3%，为临床用药提供一定依据。Tamaki等[30]纳入56例IBD患者，与使用安慰剂的患者相比，服用B.longum536的治疗组在第8 周有63%的患者表现出显著的临床症状缓解，UC疾病活动指数、内镜活动指数和梅奥评分分别显著下降1.2 分、3 分和0.7 分，而对照组的变化无显著差异。

长双歧杆菌治疗IBD 的作用机制可能在于：①介导微生物群-肠上皮细胞-肠道免疫相互作用，刺激B 细胞分化产生IgA，启动Tregs，分泌免疫细胞Th 1、Th 17 和ILC 3 s 以维持免疫稳态，从而抑制IBS。②长双歧杆菌参与膳食纤维发酵产生SCFAs，通过G 蛋白偶联受体激活信号通路，由GPR41和GPR43识别、杀伤并及时清除体内突变细胞，GPR 109 A 抑制免疫细胞和肠上皮细胞介导的NF-kB 信号通路活化，从而有助于修复损伤的肠上皮，提高肠道通透性，达到消炎抗炎、缓解腹泻和改善粪便性状等功效，促进小儿肠道恢复健康[31]。

3 总结

长双歧杆菌作为一类独特的益生菌，其严格厌氧、结肠定植等生物学特性均显著差异于其他菌，这也赋予它特有的益生功能，应用长双歧杆菌治疗或缓解婴幼儿胃肠道疾病已成为各领域研究热点。