益生菌調節由抗生素導致腸道菌群失衡的研究進展

高達，孫穎，姜瞻梅，劉飛，侯俊財

（東北農業大學乳品科學教育部重點實驗室，哈爾濱150030）

0 引 言

近年來，抗生素在醫藥行業上的應用極大地促進了醫藥產業發展。然而，由于抗生素長期大量使用，導致了一系列嚴重問題。如大量臨床病例表明，使用臨床治療劑量抗生素可以殺死對宿主有益的正常菌群，使人體腸道菌群失衡，破壞其菌株定植抗力，使腸道內條件性致病菌增殖，腸道菌群失衡，腸道細菌移位，增加腸源性感染風險，導致抗生素相關疾病。最新的研究結果表明，益生菌能扶正腸道內菌群結構,修復腸黏膜，抑制腸細菌移位，對于維持腸道內正常菌群的平衡以及預防與治療抗生素相關疾病的有益。

1 益生菌調節由抗生素導致腸道菌群失衡

如今抗生素應用日益廣泛，特別是在長期連續應用的過程中有大量臨床病例顯示，臨床治療過程中使用的劑量會迅速打破人體腸道菌群的動態平衡，破壞腸道內菌群的定植抗力，促進了腸道內條件性致病菌的增殖及增加了腸源性感染的風險[1]。

1.1 抗生素導致腸道菌群失衡

抗生素是臨床控制感染性疾病的主要藥物，但長期使用抗生素會導致患者腸道內菌群失調，破壞微生態平衡甚至產生耐藥。抗生素在殺滅病原微生物的同時使腸道內有益細菌減少進而導致條件致病菌大量繁殖，降低了機體對細菌的抵抗力，抗生素還可引起滲透性腹瀉、導吸收障礙性腹瀉等[2]。張琳等人[3]用抗生素處理后的大鼠發生腹瀉，并且腸道內Toll樣受體mRNA的轉錄受到抑制，腸道內菌群失調，腸細菌移位。大腸桿菌可增加Toll樣受體mRNA的轉錄水平并且加劇細菌移位程度，而乳酸桿菌可減輕由抗生素引起的Toll樣受體mRNA的轉錄受抑制及細菌移位程度。因此推測抗生素導致腸道菌群失衡機理是抑制體內Toll樣受體mRNA表達，導致腸道菌群失調和腸細菌移位。黃文獻等人[4]發現抗生素治療后第3～5天嬰幼兒腸道菌群的多樣性明顯降低，腸道菌群的多樣性下降，腸道菌群失衡。

1.2 益生菌調節由抗生素導致的腸道菌群失衡

健康腸道內存在著大量細菌，腸道菌群失衡導致腸道疾病的發生。最近大量研究表明，益生菌安全且耐受性良好，能維持腸道菌群穩定和腸道微生態平衡，治療腸道的功能紊亂。Meng等人[5]用孢曲松鈉誘導大鼠腹瀉，其腸道內腸球菌顯著增多，雙歧桿菌的數量明顯減少。研究發現高倍劑量治療組相對于低倍劑量組腸道內細菌數量恢復程度顯著。楊兵等人[6]發現在抗生素治療期間同時使用雙歧桿菌三聯活菌膠囊治療，可降低抗生素相關性腸道菌群失調的發生率和嚴重程度。Tian等人[7]將長雙歧桿菌HB25和嗜酸乳桿菌HL9用作益生菌混合物灌胃抗生素導致的腸道菌群失衡小鼠，益生菌組相對于模型組糞便中厭氧菌，乳桿菌，雙歧桿菌的數量較高。益生菌組的豐富度和多樣性指數大于模型組。益生菌治療期間腹瀉和粘膜水腫的癥狀已得到緩解。Shieh[8]在研究發酵乳桿菌對胃腸道菌群的影響時發現經治療后的糞便樣本中乳桿菌屬菌群菌落數顯著增多，雙歧桿菌菌落數隨著益生菌干預顯著增加，而有害的產氣莢膜梭菌則降低（P＜0.05）。研究數據表明，發酵乳桿菌有效降低了產氣莢膜梭菌并且增加了健康人群中雙歧桿菌在總厭氧細菌中的比例。Xie[9]等人將抗生素頭孢曲松添加到SPF級BACB/C雌性小鼠無菌飲用水中，建立抗生素相關性菌群失調模型，在無菌條件下取正常對照組和抗生素處理組的盲腸內盲腸內容物，發現乳桿菌和腸球菌明顯減少，而雙歧桿菌和腸桿菌未被檢測到。建模成功后給小鼠灌胃嗜酸乳桿菌液，5 d后在無菌條件下取自然恢復組與嗜酸乳桿菌治療組小鼠的盲腸內容物，發現自然恢復組的腸桿菌和乳桿菌數量增多，腸球菌顯著增多，而嗜酸乳桿菌治療組的腸桿菌和乳桿菌明顯恢復,腸球菌數量減少，也檢測到雙歧桿菌，說明嗜酸乳桿菌對頭孢曲松引起的腸道菌群失調具有調整作用。王瑾等人[10]用鹽酸克林霉素水溶液灌胃小鼠，建模成功后在小鼠飲用水中加入嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌混合液，和對照組相比,小鼠腸道菌群顯著恢復。以上研究結果證實益生菌可以干預腸道菌群的種類和數量，幫助腸道菌群恢復平衡是治療腸道菌群失調可行治療方法。

1.3 益生菌調節腸道菌群失衡調理作用的機理

益生菌主要通過以下機制促進腸道菌群平衡：（1）通過優勢菌群競爭抑制病原菌的生長。（2）益生菌消耗腸道內的大部分的氧氣形成厭氧環境抑制需氧病原菌的繁殖。（3）與腸道黏膜形成一層致密的菌膜，可有效抵抗有害細菌對機體的侵襲。（4）產生的代謝產物有利于腸道內有益菌的生長或抑制了有害菌的生長。益生菌在腸道中產生大量抗菌活性肽、低分子酸等物質或是通過定植、競爭、排斥等作用構成生物學屏障，通過促進機體免疫調節抑制腸道內病原菌生長，對人類腸道微生態產生有利影響[11]。益生菌與動物腸上皮細胞存在相互作用的分子機制，例如菌體表面分子與宿主粘附性相關的蛋白分子結合通過占位效應抑制有害菌群在腸道內的定植，促進腸道細胞分泌細菌素、有機酸、防御素等可抑制或殺死有害菌群[12]。吳利先等人[13]的研究結果表明，雙歧桿菌可通過增強機體免疫細胞分泌細胞因子的能力和影響TNF-變化水平從而治療福氏痢疾桿菌感染。翁志英等人[14]發現雙歧桿菌與致病菌形成競爭抑制，黏附于腸道保護黏膜抑制NF-κB的激活從而減少MMP-2的產生，保護腸上皮細胞免受致病性侵襲，幫助腸道內恢復營養素和厭氧微生物群，增強了腸道免疫功能[15-16]。雙歧桿菌、乳酸菌還能產生醋酸和乳酸，降低腸道內pH值、抑制腐生細菌的生長，并發酵糖類產生乙酸和乳糖抑制大腸桿菌和腸球菌的生長繁殖，從而使腸道內菌群達到平衡[17-18]。

2 益生菌治療由抗生素使用不當引起的疾病

最近人類醫學的流行病學數據已將抗生素誘導的生態失調與腸內的代謝變化聯系起來，并且各種研究已顯示出抗生素的使用會導致疾病[19-20]。抗生素的使用是患上克羅恩病的重要因素[21]。益生菌促進了有益菌的增殖的同時抑制了有害菌的生長繁殖，恢復和維持腸道菌群平衡，腸道菌群參與人體的免疫調節，有助于提高人體免疫力和治療抗腸道菌群失調和慢性感染[22]。益生菌在預防抗生素相關性腹瀉，肥胖，腸易激綜合征，克羅恩氏病，艱難梭菌感染等病中發揮重要作用[23-24]。因此益生菌可以作為治療抗生素引起的疾病可行方案。

2.1 益生菌治療抗生素相關腹瀉

抗生素相關性腹瀉（AAD）是大多數抗生素的常見并發癥，抗生素也會引起艱難梭狀芽孢桿菌病（CDD），抗生素也是引起腹瀉和結腸炎的主要原因[25]。一些抗生素可能導致非艱難梭菌AAD，如青霉素和紅霉素類。廣譜抗生素對保護性結腸菌群的破壞是艱難梭菌感染（CDI）最常見的誘發因素。AAD使腸內菌群失調并且減少了腸內細菌的碳水化合物的代謝[26]。人們對通過益生菌調節腸道菌群從而預防和治療AAD越來越關注，大量研究表明在抗生素使用期間同時使用益生菌可以降低AAD的發生風險。

2.1.1 抗生素引起腹瀉的機制

抗生素通過幾種機制引起腹瀉。①大腸內碳水化合物代謝的異常：廣譜抗生素使腸內正常菌群減少、細菌的糖代謝減少，腸內有機酸、陽離子和糖類的沉積導致滲透性腹瀉。②膽汁酸代謝的異常：抗生素給藥顯著影響初級膽汁鹽的合成。膽汁鹽沒有被吸收到小腸中，它們會被結腸中的細菌脫羥基化為二級膽汁酸。這些二次膽汁酸是有效的結腸分泌劑，并且存在于結腸中可導致分泌性腹瀉[27]。③抗生素的直接作用：克拉維酸鹽可刺激小腸蠕動，紅霉素可引起腸蠕動異常[28]。同時抗生素破壞共生細菌的保護作用使得腸道內微生物多樣性降低，破壞了結腸粘膜對致病性細菌抵抗力。導致致病微生物過度生長。

2.1.2 益生菌治療抗生素相關腹瀉

幾乎所有的抗生素治療都可能影響胃腸道菌群的定植，并引起一系列臨床癥狀，尤其是腹瀉。然而，艱難梭菌腹瀉是抗生素相關性腹瀉（AAD）相關的最嚴重的不良反應事件之一，常發生于免疫功能低下的住院患者。大量實驗證明益生菌可以治療或預防抗生素相關腹瀉。Xie[9]等人研究益生菌干預預防在老年患者抗生素相關性腹瀉（AAD）的療效和艱難梭菌腹瀉（CDD）。與使用安慰劑或無治療的患者對比發現地衣芽孢桿菌對于預防AAD的老年患者是有效的。李玓嬗等[29]將接受抗生素治療的成年和老年患者納入研究，將老年患者隨機分為兩組,第一組在抗生素停藥后予地衣芽孢桿菌干預，第二組不予干預。結果表明成年組的AAD發生率低于老年未干預組，老年干預組的AAD發生率顯著低于老年未干預組。說明地衣芽孢桿菌對ADD有治療效果。Johnston等人[30]給予腹瀉兒童益生菌治療持續至抗生素療程結束（7-14天）。所有6項研究都提供了兒科腹瀉發病率的數據，結果表明，益生菌的使用使AAD發病率的顯著降低。Friedman[31]發現食用含有干酪乳桿菌，保加利亞乳桿菌，嗜熱鏈球菌可降低AAD和艱難梭菌相關腹瀉的發生率，只有S.boulardii對CDD治療有效。綜上所述，益生菌對于預防和治療抗生素相關腹瀉有效，說明益生菌可作為治療抗生素相關腹瀉的可行療法。

2.1.3 益生菌治療抗生素相關腹瀉的機制

益生菌可以通過營養競爭改變腸道菌群，通過結合免疫調節劑（如免疫球蛋白a）或營養因子作為對抗病原體受體結合的屏障減少滲透性腹瀉[32]。同時益生菌涉及免疫調節作用可以對抗致病菌的促炎作用[33]。D'Souza A L[34]發現乳酸桿菌GG增強了腸道免疫力，它增加了腸黏膜分泌免疫球蛋白G和其他免疫球蛋白細胞的數量，刺激局部干擾素的釋放，也促進抗原運輸到黏膜的淋巴細胞，并增加了Peyer's對抗原的吸收。乳桿菌GG也被證明可以生產抗菌物質抑制大腸桿菌，鏈球菌，艱難梭菌，脆弱擬桿菌和沙門氏菌的生長。益生菌能夠抑制有毒物質的生成、對有毒物質進行分解，從而減少AAD的發病率[35]。益生菌能調節腸道菌群數量使宿主獲益。益生菌通過上皮黏膜粘連和競爭性抑制作用幫助維持正常的腸道菌群并幫助減少病原微生物數量。他們已被證明能在腸腔內分泌醋酸和乳酸降低腸道內pH值從而抑制一些病原體的生長，包括腸出血性大腸埃希菌[36]。近年來，關于利用布拉氏酵母菌治療AAD的效果報道較多[37]，其作用機制主要是直接抑制致病微生物的繁殖以及對腸道載膜細胞的侵襲且其對某些細菌毒素或其代謝產物的鈍化作用能競爭性的抑制致病微生物與該受體結合。同時，它能正向調節抗毒素A分泌，分泌黏蛋白增強粘膜屏障功能，提供定植抗性，產生細菌素，刺激宿主免疫系統，增加分泌型免疫球蛋白A（IgA）、白細胞介素10（IL-10）和轉化生長因子β的產生，增強腸道的免疫屏障功能，通過釋放益生物質促進黏膜修復[38-39]。

2.2 益生菌治療由抗生素引起的兒童肥胖

抗生素是小兒時期最常用的處方藥，然而它們的給藥可能引起不必要的問題。在這些問題中，抗生素誘導的腸道微生物失調現象已經成為一個新興問題，并且與肥胖有關。這個問題在兒童中尤其重要，因為他們經常接受抗生素治療。肥胖的早期發展增加了成人肥胖的風險。同時妊娠期剖宮產（CS）和抗生素使用也可能會改變正常的母體后代微生物群落交換，從而導致嬰兒腸道異常微生物定殖和增加日后肥胖的易感性。Bailey等人[40]發現嬰兒在0至23個月的時候接觸廣譜抗生素與早期兒童肥胖相關。Mueller等人[41]在曼哈頓北部分析了436名母親和子女，隨訪至7歲，并提供完整的數據。研究發現與未接受過抗生素治療的兒童相比，在接受多變量調整后，肥胖的風險增加了84%（33%～154%）。妊娠第二或第三孕期抗生素暴露與BMI z評分，腰圍和體脂百分比也呈正相關（均P＜0.05）。獨立于產前抗生素使用，CS與兒童肥胖的后代風險增加46%（8%～98%）相關。最近的研究表明，調理腸道微生態系統的組成可能是一種治療肥胖癥的新方法，這種治療可以包括通過施用益生菌來改變肥胖個體腸道內的微生物群落的組成。Nicola等人發現抗生素是兒科年齡最常見的處方藥，它可能會導致不必要的問題。其中，抗生素引起的腸道菌群失調也是與肥胖相關的，兒童肥胖的早期發展增加了成人肥胖的風險[42]。加氏乳桿菌SBT 2055，鼠李糖乳桿菌ATCC 53103和鼠李糖乳桿菌ATCC 53102與乳雙歧桿菌Bb12的組合可降低肥胖，體重和體重增加。這表明這些微生物菌株可以用于治療肥胖癥。此外，發現短鏈脂肪酸產生和低等級炎癥是影響新陳代謝和影響體重的潛在作用機制[43]。Luoto等人[44]曾經假設用益生菌對GIT微生物和免疫環境進行早期修飾可以降低超重發育的風險。在為期10年的隨訪研究中，159名孕婦被納入雙盲，隨機，安慰劑對照研究，在預期分娩前4周每日接受益生菌（包括鼠李糖乳桿菌GG，ATCC 53103）或安慰劑。這次干預直到出生后的6個月。實驗結果表明，圍產期益生菌干預可改變過早體重增加的第二階段而非第二階段。該研究得出的結論是，用益生菌早期播種GIT微生物菌群可以通過抑制生命早期的體重增加來改變兒童的生長模式。綜上所述益生菌可以調節孕婦或兒童腸道微生物的構成從而影響人體的能量代謝與炎癥反應進而控制兒童的體重，從而達到預防與控制兒童肥胖的發生。

2.3 益生菌治療腸易激綜合征

腸易激綜合征（IBS）是一種常見的影響美國成年人群10%～20%的慢性功能性胃腸道（GI）疾病。腸微菌落和粘膜炎癥的改變可能導致一部分患者IBS癥狀的發生，并且有研究發現益生菌（當攝入時提供健康益處的活的共生微生物）可用于減輕癥狀。Kajander[45]對符合羅馬I或II標準的103名患者參加了為期6個月的隨機雙盲安慰劑對照試驗。患者每天服用益生菌膠囊（含鼠李糖乳桿菌GG，費氏丙酸桿菌亞種,短雙歧桿菌Bb99，鼠李糖乳桿菌LC705益生菌混合物）或安慰劑膠囊。記錄消化道癥狀和排便習慣。研究表明益生菌組的癥狀評分減少了42%，而安慰劑組的減少了6%。在個體癥狀方面，益生菌組中的博氏桿菌感染較輕（P=0.008），說明益生菌混合物有效緩解了腸易激綜合征癥狀。Kulstad[46]對86名腸易激綜合征患者（羅馬II標準）進行了5個月的干預。患者隨機接受每日多種類益生菌補充劑（鼠李糖乳桿菌GG，鼠李糖乳桿菌Lc705，費氏丙酸桿菌亞種shermanii JS，和動物雙歧桿菌乳酸亞種Bb12）或安慰劑。監測腸易激綜合征癥狀，生活質量，腸微生物群穩定性（n=20）。結果復合腸易激綜合征評分在5個月內比安慰劑組（P=0.0083）多基因益生菌與3分（95%CI：618：1）相比下降14個點（95%CI：6119到619）。尤其是腹脹和腹痛受到顯著影響。微生物群相似指數隨著益生菌補充而增加（1.9±3.1），而隨著安慰劑（612.9±1.7）降低。說明益生菌是緩解腸易激綜合癥癥狀并穩定腸道微生態的有效和安全的選擇。

3 結束語

隨著抗生素的種類和使用數量逐漸增多，導致腸道菌群失調和相關疾病患病率顯著升高，益生菌能夠預防和治療抗生素誘發腹瀉等疾病，因此，利用益生菌解決抗生素問題具有可行性。目前應用于人體的益生菌主要有雙歧桿菌、乳酸桿菌、芽孢桿菌、酵母菌等。但是哪種益生菌或多菌株協同作用具有最佳治療效果，且對人體副作用最小，還需要更深入研究。隨著分子生物技術的日臻完善，利用分子技術探明益生菌調節由抗生素導致的相關疾病機制和開發基因修飾益生菌，可能是未來發展的新方向。