微生態(tài)制劑在2型糖尿病預防中的應(yīng)用

韓芳，金小玲，劉曄，李曉迪，高曉莉

(中部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院營養(yǎng)科，武漢430000)

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)以高血糖為主要臨床表現(xiàn)，起病緩慢且病情逐年加重，并發(fā)癥較多，包括失明、腎衰竭、肢體壞死等[1]。遺傳因素和環(huán)境因素等均可對T2DM的發(fā)生、發(fā)展產(chǎn)生不同程度的影響，使T2DM的預防具有一定困難。以往T2DM預防的研究多著重于生活方式的干預，包括膳食結(jié)構(gòu)的合理化[2]、體重控制[3-4]以及加強體育運動[5-6]等方面。一項隊列隨訪研究表明，對早期糖尿病患者進行生活方式干預，可降低該人群心腦血管事件的發(fā)生率和病死率[7]。但生活方式干預的推行難度較大，涉及人力、物力的大量投入，同時受到干預對象配合程度的影響。目前，T2DM預防的研究熱點逐漸轉(zhuǎn)向易于生產(chǎn)、普及的腸道微生態(tài)制劑。科學研究報道，膳食結(jié)構(gòu)、運動、用藥等宿主行為可影響腸道微生態(tài)環(huán)境，宿主行為與腸道菌群之間存在動態(tài)平衡，兩者互相影響[8-9]。腸-腦軸理論認為，由于腸-腦軸的存在，微生物及其產(chǎn)物參與宿主行為的調(diào)控，相關(guān)報道稱，1 000多種常用藥物中約1/4可能影響腸道菌群穩(wěn)態(tài)[10]。維持腸道微生態(tài)平衡對宿主健康至關(guān)重要。通過研發(fā)新的腸道微生態(tài)制劑、積極改善腸道環(huán)境來預防T2DM，是腸道微生態(tài)制劑未來的重要發(fā)展方向之一。現(xiàn)就微生態(tài)制劑在T2DM預防中的應(yīng)用予以綜述。

1 腸道微生態(tài)制劑概述

1.1微生態(tài)制劑分類 微生態(tài)制劑按照產(chǎn)品成分可分為三大類，即益生菌、益生元和合生元[11-12]，三者均可增加有益菌的數(shù)量，并由此影響宿主健康，但益生菌制劑的功效成分為活菌，可直接對機體產(chǎn)生作用；益生元并不直接對機體產(chǎn)生作用，而是通過其本身或分解產(chǎn)物為有益菌提供養(yǎng)分，促進有益菌的生長；合生元是益生菌和益生元成分的組合，不僅為宿主腸道提供活性益生菌，同時也刺激有益菌的生長和代謝[11]。有益菌的增加可與條件致病菌及有害菌產(chǎn)生拮抗作用，從而調(diào)節(jié)腸道功能，使其處于最佳狀態(tài)，促進機體免疫功能的提高。

益生菌制品具有作用直接、起效快等優(yōu)點，但益生菌制劑也存在自身的局限性。首先，益生菌制劑是否發(fā)揮作用與其所含活菌數(shù)密切相關(guān)，只有當腸道活菌數(shù)達到1×106時才能產(chǎn)生有益效果，因此益生菌具有保存時間短、效果不穩(wěn)定的弊端；其次，活性益生菌本身含有耐藥基因或耐藥質(zhì)粒等，這些基因信息可由益生菌傳遞給腸道致病菌，從而引起宿主的耐藥菌感染[12]。Mater等[13]行萬古霉素耐藥基因體外實驗時發(fā)現(xiàn)，乳酸桿菌中的萬古霉素耐藥基因可轉(zhuǎn)移至腸球菌中，進一步驗證發(fā)現(xiàn)，這一現(xiàn)象也出現(xiàn)在無抗生素的小鼠體內(nèi)。此外，在重癥患者以及免疫力降低的人群中，益生菌的應(yīng)用還存在引起機會感染的風險。例如，Meini等[14]報道了1例由鼠李糖乳桿菌GG引起的菌血癥成年患者，該患者患有嚴重的大腸潰瘍；Vahabnezhad等[15]報道了1例17歲男性在抗生素治療結(jié)腸炎期間服用鼠李糖乳桿菌GG膠囊引起了乳酸桿菌菌血癥。腸道益生菌具有遷移的特性，鼠李糖乳桿菌GG可通過腸道患處從腸腔內(nèi)遷移至血液，此時，患者免疫力降低，易發(fā)生機會感染。因此，在臨床重癥患者尤其是消化道疾病患者以及免疫力降低人群中應(yīng)用益生菌產(chǎn)品應(yīng)更加謹慎。

益生元具有化學結(jié)構(gòu)明確、保存期長、穩(wěn)定性好、熱量低、服用量小、配伍性好等優(yōu)點，但也存在效力短暫、過量的益生元常導致胃脹氣等缺點，使其應(yīng)用受限。

合生元通過將益生菌與益生元結(jié)合，既能提供益生菌使其發(fā)揮作用，又能促進益生菌的繁殖，延長益生菌發(fā)揮健康效應(yīng)的時長。由于合生元含有活性益生菌，同樣需要謹慎考慮遷移以及耐藥基因傳遞等問題。

1.2微生態(tài)制劑在T2DM預防中的應(yīng)用 隨著我國T2DM發(fā)病率逐年增加以及人們相關(guān)知識水平的提升，針對T2DM預防和治療的保健產(chǎn)品市場迅速擴大。微生態(tài)制劑作為新一代保健品，在我國的發(fā)展時間較短，因此，應(yīng)借鑒其他國家的應(yīng)用策略，規(guī)范我國微生態(tài)制劑的發(fā)展，同時應(yīng)不斷豐富產(chǎn)品種類，提高產(chǎn)品的健康效應(yīng)。目前用于T2DM預防最常見的益生菌是乳桿菌和雙歧桿菌，最常用的益生元是低聚木糖、低聚果糖、低聚異麥芽糖、菊粉、水蘇糖以及低聚半乳糖等。產(chǎn)品形態(tài)分為食品和膳食補充劑兩大類。相關(guān)食品主要為奶制品，包括液態(tài)奶和酸奶產(chǎn)品。國內(nèi)添加益生菌和益生元的奶制品種類日趨豐富，但對于多種菌種混合的產(chǎn)品，大多未標明所含各類益生菌的活性及含量，目前微生物檢測技術(shù)不能實現(xiàn)各個菌種的活菌數(shù)檢測，監(jiān)管及企業(yè)無法執(zhí)行和實施，產(chǎn)品質(zhì)量主要由產(chǎn)品制造商掌握，缺乏規(guī)范性。在微生態(tài)制劑發(fā)展相對成熟的美國加利福尼亞州和俄勒岡州規(guī)定了含益生菌的乳制品中益生菌的最低水平；美國其他州益生菌乳制品的配方雖然也由廠商自行配置，且對活菌含量無要求，但規(guī)定了至少加入保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌參與乳制品發(fā)酵[16]。益生菌和益生元膳食補充劑由于無可靠的研究證據(jù)證明其劑量效應(yīng)，尚需進一步研究。相關(guān)膳食補充劑的形態(tài)以膠囊、粉劑、片劑、口服液為主，添加活性益生菌、奶制品、低聚果糖以及其他生物活性物質(zhì)，其活性益生菌含量標準為1×106CFU[10]。

隨著腸道微生態(tài)研究的不斷深入，微生態(tài)制劑的新產(chǎn)品也不斷出現(xiàn)。Teng等[17]研究發(fā)現(xiàn)，生姜產(chǎn)生的納米顆粒中所含的微RNA(microRNA，miRNA)可影響腸道菌群，使乳酸菌和擬桿菌增多，梭菌減少。乳桿菌和擬桿菌能夠發(fā)酵低聚糖產(chǎn)生丁酸鹽、丙酸鹽、乙酸鹽等短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)，提高宿主糖脂代謝能力，進而降低機體慢性炎癥的進展[18]，因此推測這種由生姜產(chǎn)生的miRNA顆粒可能在T2DM的預防中發(fā)揮作用，可作為相關(guān)腸道微生態(tài)制劑的研究方向。Koh等[19]報道，丙酸咪唑為腸道微生物產(chǎn)生的組氨酸衍生代謝物，與T2DM發(fā)病具有相關(guān)性，丙酸咪唑能夠促進T2DM的發(fā)生，通過宏基因組分析鑒定出產(chǎn)生丙酸咪唑的微生物有42株，其中有28株在T2DM患者體內(nèi)富集。如果能夠采用相應(yīng)微生態(tài)制劑抑制上述42株微生物的生長，可能在肉類消耗較多的人群中起到降低T2DM風險的作用。Singh等[20]報道，不可溶性膳食纖維不會引發(fā)肝癌，而可溶性膳食纖維在失衡菌群的發(fā)酵下可能增加肝癌的發(fā)病率。因此，在微生態(tài)制劑中添加可溶性膳食纖維應(yīng)更加謹慎。上述的研究結(jié)果為微生態(tài)制劑在T2DM預防中的應(yīng)用提供了新的思路。

微生態(tài)制劑在多數(shù)情況下是安全有效的，但對于特殊群體(如嚴重免疫缺陷、營養(yǎng)不良或癌癥患者)微生態(tài)制劑可能導致嚴重的敗血癥，甚至死亡。同時，微生態(tài)制劑的給藥方式也與安全性相關(guān)。Ackland等[21]報道，對危重患者采取空腸灌注方式給藥可能產(chǎn)生較大風險。隨著微生態(tài)制劑的發(fā)展，其安全性逐漸成為研究的焦點，迫切需要更多的循證醫(yī)學證據(jù)以及大規(guī)模的臨床試驗進一步驗證。

2 微生態(tài)制劑預防T2DM的機制

腸道菌群的發(fā)酵底物為腸道中的食物殘渣和腸道上皮細胞分泌物。微生態(tài)制劑為腸道益生菌或益生菌提供營養(yǎng)物質(zhì)，有利于有益菌的生長繁殖，以使其占據(jù)腸道黏膜表面，使有害菌失去定植位置，保護腸道黏膜不受有害菌損害，并且能產(chǎn)生SCFA和維生素，促進膽鹽代謝，調(diào)節(jié)胃腸道傳輸功能，促進腸上皮細胞更新，中和致癌物或有害異物等[22-23]。而微生態(tài)制劑可幫助維持腸道微生態(tài)平衡和完整性，保證正常的代謝功能，形成良性循環(huán)。相關(guān)研究證明，腸道菌群結(jié)構(gòu)與T2DM易感性相關(guān)，健康人群與T2DM人群的腸道微生態(tài)環(huán)境差異顯著[24-25]。腸道微生態(tài)制劑通過調(diào)節(jié)腸道微生物的組成結(jié)構(gòu)，使其更接近健康人而非T2DM患者，從而起到預防T2DM的作用。通過微生態(tài)制劑對腸道微生態(tài)平衡的調(diào)節(jié)來預防T2DM有較強的理論可行性。隨著研究的深入，腸道菌群與T2DM發(fā)病機制相關(guān)的理論逐漸增多，目前研究較多的包括能量代謝、腸道黏膜屏障以及炎癥等。

2.1影響能量代謝 人類不具有消化低聚糖的酶類，但健康的腸道微生態(tài)環(huán)境中的擬桿菌、雙歧桿菌和腸桿菌等腸道菌群能夠?qū)⑺拗鳠o法分解的纖維素和膽固醇分解為SCFA和膽汁酸。SCFA在能量代謝方面的影響同時涉及腸道菌群及其宿主，并由此影響宿主外周組織的胰島素敏感性。相關(guān)研究表明，SCFA可降低體重，增強外周組織對脂肪酸的利用率，從而提高外周組織的胰島素敏感性[26-28]。SCFA中的丁酸鹽為結(jié)腸細胞提供能量，同時SCFA也為腸道菌群提供能量，健康的腸道環(huán)境中有足量的纖維素作為底物供菌群發(fā)酵產(chǎn)生SCFA，可供發(fā)酵的纖維素不足會導致腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生的SCFA不足，不能為腸道微生物提供充足的能量，使微生物發(fā)酵活力降低，產(chǎn)物減少，此時，腸道微生物會將腸道中的膳食氨基酸、內(nèi)源蛋白質(zhì)以及膳食脂肪作為發(fā)酵底物用于維持SCFA濃度，而該發(fā)酵過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物(如異丁酸、2-甲基丁酸、異戊酸)參與機體胰島素抵抗的發(fā)生、發(fā)展[27]。因此，膳食中提供充足的膳食纖維素供腸道菌群發(fā)酵，有助于維持腸道益生菌活性并預防T2DM。

腸道微生物發(fā)酵膽固醇后產(chǎn)生的膽汁酸也可通過能量代謝過程影響胰島素敏感性。Cariou等[29]報道，膽汁酸參與糖脂代謝的調(diào)節(jié)過程，并提高胰島素敏感性。Everard等[30]報道，在肥胖合并糖尿病小鼠模型中，腸道菌群產(chǎn)生的膽汁酸參與調(diào)節(jié)宿主瘦素的敏感性和糖平衡。Joyce等[31]研究發(fā)現(xiàn)，膽固醇發(fā)酵產(chǎn)生的膽汁酸可加快脂肪組織的代謝。此外，膽汁酸還可通過直接激活胰島素細胞表面的G蛋白膽汁酸偶聯(lián)受體5，調(diào)節(jié)胰高血糖素樣肽(glucagon-like peptide，GLP)-1的分泌，進而增加胰島素的合成和分泌[32]。綜上，瘦素由脂肪細胞產(chǎn)生，在糖代謝穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中起重要作用，可促進GLP-1分泌。低聚糖等益生元的應(yīng)用可促進近端結(jié)腸GLP-1和GLP-2的合成，并可促進空腸和結(jié)腸中能夠產(chǎn)生GLP-1、GLP-2的內(nèi)分泌細胞的增殖[32]。腸道菌群及其產(chǎn)物可通過能量代謝途徑影響宿主的胰島素敏感性，因此，使用益生元調(diào)節(jié)腸道菌群并提高瘦素和胰島素的敏感性，對治療肥胖、預防T2DM有潛在的應(yīng)用價值。

2.2影響腸道黏膜屏障功能 研究表明，腸道菌群可影響腸道黏膜的屏障功能[33-35]。宿主體內(nèi)的腸肝循環(huán)能夠?qū)⒛懼徂D(zhuǎn)化，而腸道菌群是該循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)之一。膽汁酸與寄生物或其他異質(zhì)物結(jié)合成為結(jié)合膽汁酸，腸道菌群將結(jié)合膽汁酸水解，水解后釋放出游離膽汁酸[33]。膽汁酸可刺激胃腸蠕動、緩解便秘，刺激胃腸激素分泌促進消化，降低腸道 pH值，促進鈣、鐵等的吸收并抑制有害菌的生長，防止腸道菌群移位。當腸道菌群失衡時，膽汁酸轉(zhuǎn)換受阻，腸壁長時間接觸膽汁酸易發(fā)生慢性腹瀉并增加直腸癌風險[34]。Münch等[35]研究發(fā)現(xiàn)，低水平的脫氧膽酸能夠使結(jié)腸上皮的通透性增加，腸道組織對細菌的吸收增加，而對膽汁的吸收降低；當大量未被吸收的膽汁進入結(jié)腸時，高濃度的膽汁酸會抑制腸道益生菌的生長繁殖，使腸道菌群失調(diào)狀況更加嚴重，而微生態(tài)制劑的使用可通過改善腸道黏膜屏障使該動態(tài)平衡更加穩(wěn)定。

微生態(tài)制劑可提高腸道有益菌的比例，并附著于腸道黏膜上，拮抗有害菌群。腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)物SCFA和膽汁酸也在腸道黏膜屏障中發(fā)揮重要作用，防止有害菌侵襲和移位。當腸道黏膜的屏障功能發(fā)生障礙時，增加的腸道上皮細胞通透性將有利于更多脂多糖直接進入血液，導致脂多糖血癥，通過Toll樣受體4/CD14等炎癥通路誘導胰島素抵抗[34]。

SCFA可參與調(diào)節(jié)腸道pH值，當pH值適宜時，腸道環(huán)境可促進益生菌的繁殖，并抑制有害微生物的定植；同時，SCFA是腸道細胞的重要能源物質(zhì)，對腸道細胞有營養(yǎng)作用。此外，丁酸鹽通過影響中性粒細胞的功能及轉(zhuǎn)移，抑制血管細胞炎癥因子，使結(jié)腸上皮細胞緊密連接蛋白的表達水平升高，并降低結(jié)腸上皮細胞通透性，提高免疫力，降低有害物質(zhì)的吸收[18]。

2.3影響慢性炎癥的進展 研究表明，炎癥反應(yīng)可通過多種通路促進胰島β細胞凋亡，胰島β細胞的減少使胰島功能發(fā)生障礙，導致胰島素分泌相對不足，血糖升高[36-37]。在炎癥反應(yīng)發(fā)生過程中，脂多糖至關(guān)重要，當菌群失調(diào)時，腸道中產(chǎn)生脂多糖的格蘭陰性菌比例增加，有益菌比例降低，腸道黏膜通透性增加，導致更多的脂多糖產(chǎn)生，并通過腸道黏膜吸收入血液[36]。

腸道微生態(tài)制劑可減輕慢性炎癥主要體現(xiàn)在兩方面：①增加腸道有益菌的比例，減少有害菌在腸道黏膜表面的定植。Teng等[17]研究發(fā)現(xiàn)，生姜產(chǎn)生的納米顆粒中的miRNA可影響腸道菌群，乳酸菌和擬桿菌增多，梭菌減少。乳桿菌可產(chǎn)生芳香烴受體配體，促使腸道分泌黏液，將腸上皮與細菌隔離，從而減輕腸道炎癥；當腸道微生態(tài)發(fā)生紊亂時，厚壁菌門中的柔嫩梭菌及脆弱擬桿菌數(shù)目降低，腸道調(diào)節(jié)免疫的能力降低[34]。②腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)物的影響，Miller等[34]報道，丁酸鹽可影響血管內(nèi)皮細胞黏附分子，從而影響腸道炎癥的進程，增加腸道細胞的抗炎能力；Dolan和Chang[38]報道，腸道菌群中羅伊乳桿菌能夠?qū)⑸彼徂D(zhuǎn)化為吲哚甲酸，刺激芳香烴受體表達，起到降低炎癥反應(yīng)的作用。腸道微生態(tài)破壞時，結(jié)合膽汁酸的吸收降低，在腸道中的濃度升高，過高濃度使膽汁酸抗炎作用損害，同時促進炎癥的發(fā)生，而維持腸道微生態(tài)平衡可減輕慢性炎癥，從而降低宿主發(fā)生胰島素抵抗并進展為T2DM的風險[33]。

3 小 結(jié)

隨著研究的逐漸深入，腸道微生態(tài)在T2DM發(fā)生、發(fā)展中的作用逐漸明確。但微生態(tài)制劑在T2DM預防中的應(yīng)用才剛剛起步，產(chǎn)品種類單一，應(yīng)用范圍以及給藥方式的安全性仍需不斷驗證。同時，新的研究成果也使微生態(tài)制劑有了更多的發(fā)展方向。未來應(yīng)在微生態(tài)制劑應(yīng)用的人群差異方面進行更深入、系統(tǒng)的研究，通過下一代測序和生物信息學平臺對益生菌進行篩選和分離，分析菌株水平的協(xié)同作用，開發(fā)新型微生態(tài)制劑，致力于精準靶向改善或治療特定疾病，使微生態(tài)制劑在預防T2DM中發(fā)揮更大的作用。