益生菌调节由抗生素导致肠道菌群失衡的研究进展

高达，孙颖，姜瞻梅，刘飞，侯俊财

（东北农业大学乳品科学教育部重点实验室，哈尔滨150030）

0 引 言

近年来，抗生素在医药行业上的应用极大地促进了医药产业发展。然而，由于抗生素长期大量使用，导致了一系列严重问题。如大量临床病例表明，使用临床治疗剂量抗生素可以杀死对宿主有益的正常菌群，使人体肠道菌群失衡，破坏其菌株定植抗力，使肠道内条件性致病菌增殖，肠道菌群失衡，肠道细菌移位，增加肠源性感染风险，导致抗生素相关疾病。最新的研究结果表明，益生菌能扶正肠道内菌群结构,修复肠黏膜，抑制肠细菌移位，对于维持肠道内正常菌群的平衡以及预防与治疗抗生素相关疾病的有益。

1 益生菌调节由抗生素导致肠道菌群失衡

如今抗生素应用日益广泛，特别是在长期连续应用的过程中有大量临床病例显示，临床治疗过程中使用的剂量会迅速打破人体肠道菌群的动态平衡，破坏肠道内菌群的定植抗力，促进了肠道内条件性致病菌的增殖及增加了肠源性感染的风险[1]。

1.1 抗生素导致肠道菌群失衡

抗生素是临床控制感染性疾病的主要药物，但长期使用抗生素会导致患者肠道内菌群失调，破坏微生态平衡甚至产生耐药。抗生素在杀灭病原微生物的同时使肠道内有益细菌减少进而导致条件致病菌大量繁殖，降低了机体对细菌的抵抗力，抗生素还可引起渗透性腹泻、导吸收障碍性腹泻等[2]。张琳等人[3]用抗生素处理后的大鼠发生腹泻，并且肠道内Toll样受体mRNA的转录受到抑制，肠道内菌群失调，肠细菌移位。大肠杆菌可增加Toll样受体mRNA的转录水平并且加剧细菌移位程度，而乳酸杆菌可减轻由抗生素引起的Toll样受体mRNA的转录受抑制及细菌移位程度。因此推测抗生素导致肠道菌群失衡机理是抑制体内Toll样受体mRNA表达，导致肠道菌群失调和肠细菌移位。黄文献等人[4]发现抗生素治疗后第3～5天婴幼儿肠道菌群的多样性明显降低，肠道菌群的多样性下降，肠道菌群失衡。

1.2 益生菌调节由抗生素导致的肠道菌群失衡

健康肠道内存在着大量细菌，肠道菌群失衡导致肠道疾病的发生。最近大量研究表明，益生菌安全且耐受性良好，能维持肠道菌群稳定和肠道微生态平衡，治疗肠道的功能紊乱。Meng等人[5]用孢曲松钠诱导大鼠腹泻，其肠道内肠球菌显著增多，双歧杆菌的数量明显减少。研究发现高倍剂量治疗组相对于低倍剂量组肠道内细菌数量恢复程度显著。杨兵等人[6]发现在抗生素治疗期间同时使用双歧杆菌三联活菌胶囊治疗，可降低抗生素相关性肠道菌群失调的发生率和严重程度。Tian等人[7]将长双歧杆菌HB25和嗜酸乳杆菌HL9用作益生菌混合物灌胃抗生素导致的肠道菌群失衡小鼠，益生菌组相对于模型组粪便中厌氧菌，乳杆菌，双歧杆菌的数量较高。益生菌组的丰富度和多样性指数大于模型组。益生菌治疗期间腹泻和粘膜水肿的症状已得到缓解。Shieh[8]在研究发酵乳杆菌对胃肠道菌群的影响时发现经治疗后的粪便样本中乳杆菌属菌群菌落数显著增多，双歧杆菌菌落数随着益生菌干预显著增加，而有害的产气荚膜梭菌则降低（P＜0.05）。研究数据表明，发酵乳杆菌有效降低了产气荚膜梭菌并且增加了健康人群中双歧杆菌在总厌氧细菌中的比例。Xie[9]等人将抗生素头孢曲松添加到SPF级BACB/C雌性小鼠无菌饮用水中，建立抗生素相关性菌群失调模型，在无菌条件下取正常对照组和抗生素处理组的盲肠内盲肠内容物，发现乳杆菌和肠球菌明显减少，而双歧杆菌和肠杆菌未被检测到。建模成功后给小鼠灌胃嗜酸乳杆菌液，5 d后在无菌条件下取自然恢复组与嗜酸乳杆菌治疗组小鼠的盲肠内容物，发现自然恢复组的肠杆菌和乳杆菌数量增多，肠球菌显著增多，而嗜酸乳杆菌治疗组的肠杆菌和乳杆菌明显恢复,肠球菌数量减少，也检测到双歧杆菌，说明嗜酸乳杆菌对头孢曲松引起的肠道菌群失调具有调整作用。王瑾等人[10]用盐酸克林霉素水溶液灌胃小鼠，建模成功后在小鼠饮用水中加入嗜酸乳杆菌和植物乳杆菌混合液，和对照组相比,小鼠肠道菌群显著恢复。以上研究结果证实益生菌可以干预肠道菌群的种类和数量，帮助肠道菌群恢复平衡是治疗肠道菌群失调可行治疗方法。

1.3 益生菌调节肠道菌群失衡调理作用的机理

益生菌主要通过以下机制促进肠道菌群平衡：（1）通过优势菌群竞争抑制病原菌的生长。（2）益生菌消耗肠道内的大部分的氧气形成厌氧环境抑制需氧病原菌的繁殖。（3）与肠道黏膜形成一层致密的菌膜，可有效抵抗有害细菌对机体的侵袭。（4）产生的代谢产物有利于肠道内有益菌的生长或抑制了有害菌的生长。益生菌在肠道中产生大量抗菌活性肽、低分子酸等物质或是通过定植、竞争、排斥等作用构成生物学屏障，通过促进机体免疫调节抑制肠道内病原菌生长，对人类肠道微生态产生有利影响[11]。益生菌与动物肠上皮细胞存在相互作用的分子机制，例如菌体表面分子与宿主粘附性相关的蛋白分子结合通过占位效应抑制有害菌群在肠道内的定植，促进肠道细胞分泌细菌素、有机酸、防御素等可抑制或杀死有害菌群[12]。吴利先等人[13]的研究结果表明，双歧杆菌可通过增强机体免疫细胞分泌细胞因子的能力和影响TNF-变化水平从而治疗福氏痢疾杆菌感染。翁志英等人[14]发现双歧杆菌与致病菌形成竞争抑制，黏附于肠道保护黏膜抑制NF-κB的激活从而减少MMP-2的产生，保护肠上皮细胞免受致病性侵袭，帮助肠道内恢复营养素和厌氧微生物群，增强了肠道免疫功能[15-16]。双歧杆菌、乳酸菌还能产生醋酸和乳酸，降低肠道内pH值、抑制腐生细菌的生长，并发酵糖类产生乙酸和乳糖抑制大肠杆菌和肠球菌的生长繁殖，从而使肠道内菌群达到平衡[17-18]。

2 益生菌治疗由抗生素使用不当引起的疾病

最近人类医学的流行病学数据已将抗生素诱导的生态失调与肠内的代谢变化联系起来，并且各种研究已显示出抗生素的使用会导致疾病[19-20]。抗生素的使用是患上克罗恩病的重要因素[21]。益生菌促进了有益菌的增殖的同时抑制了有害菌的生长繁殖，恢复和维持肠道菌群平衡，肠道菌群参与人体的免疫调节，有助于提高人体免疫力和治疗抗肠道菌群失调和慢性感染[22]。益生菌在预防抗生素相关性腹泻，肥胖，肠易激综合征，克罗恩氏病，艰难梭菌感染等病中发挥重要作用[23-24]。因此益生菌可以作为治疗抗生素引起的疾病可行方案。

2.1 益生菌治疗抗生素相关腹泻

抗生素相关性腹泻（AAD）是大多数抗生素的常见并发症，抗生素也会引起艰难梭状芽孢杆菌病（CDD），抗生素也是引起腹泻和结肠炎的主要原因[25]。一些抗生素可能导致非艰难梭菌AAD，如青霉素和红霉素类。广谱抗生素对保护性结肠菌群的破坏是艰难梭菌感染（CDI）最常见的诱发因素。AAD使肠内菌群失调并且减少了肠内细菌的碳水化合物的代谢[26]。人们对通过益生菌调节肠道菌群从而预防和治疗AAD越来越关注，大量研究表明在抗生素使用期间同时使用益生菌可以降低AAD的发生风险。

2.1.1 抗生素引起腹泻的机制

抗生素通过几种机制引起腹泻。①大肠内碳水化合物代谢的异常：广谱抗生素使肠内正常菌群减少、细菌的糖代谢减少，肠内有机酸、阳离子和糖类的沉积导致渗透性腹泻。②胆汁酸代谢的异常：抗生素给药显著影响初级胆汁盐的合成。胆汁盐没有被吸收到小肠中，它们会被结肠中的细菌脱羟基化为二级胆汁酸。这些二次胆汁酸是有效的结肠分泌剂，并且存在于结肠中可导致分泌性腹泻[27]。③抗生素的直接作用：克拉维酸盐可刺激小肠蠕动，红霉素可引起肠蠕动异常[28]。同时抗生素破坏共生细菌的保护作用使得肠道内微生物多样性降低，破坏了结肠粘膜对致病性细菌抵抗力。导致致病微生物过度生长。

2.1.2 益生菌治疗抗生素相关腹泻

几乎所有的抗生素治疗都可能影响胃肠道菌群的定植，并引起一系列临床症状，尤其是腹泻。然而，艰难梭菌腹泻是抗生素相关性腹泻（AAD）相关的最严重的不良反应事件之一，常发生于免疫功能低下的住院患者。大量实验证明益生菌可以治疗或预防抗生素相关腹泻。Xie[9]等人研究益生菌干预预防在老年患者抗生素相关性腹泻（AAD）的疗效和艰难梭菌腹泻（CDD）。与使用安慰剂或无治疗的患者对比发现地衣芽孢杆菌对于预防AAD的老年患者是有效的。李玓嬗等[29]将接受抗生素治疗的成年和老年患者纳入研究，将老年患者随机分为两组,第一组在抗生素停药后予地衣芽孢杆菌干预，第二组不予干预。结果表明成年组的AAD发生率低于老年未干预组，老年干预组的AAD发生率显著低于老年未干预组。说明地衣芽孢杆菌对ADD有治疗效果。Johnston等人[30]给予腹泻儿童益生菌治疗持续至抗生素疗程结束（7-14天）。所有6项研究都提供了儿科腹泻发病率的数据，结果表明，益生菌的使用使AAD发病率的显着降低。Friedman[31]发现食用含有干酪乳杆菌，保加利亚乳杆菌，嗜热链球菌可降低AAD和艰难梭菌相关腹泻的发生率，只有S.boulardii对CDD治疗有效。综上所述，益生菌对于预防和治疗抗生素相关腹泻有效，说明益生菌可作为治疗抗生素相关腹泻的可行疗法。

2.1.3 益生菌治疗抗生素相关腹泻的机制

益生菌可以通过营养竞争改变肠道菌群，通过结合免疫调节剂（如免疫球蛋白a）或营养因子作为对抗病原体受体结合的屏障减少渗透性腹泻[32]。同时益生菌涉及免疫调节作用可以对抗致病菌的促炎作用[33]。D'Souza A L[34]发现乳酸杆菌GG增强了肠道免疫力，它增加了肠黏膜分泌免疫球蛋白G和其他免疫球蛋白细胞的数量，刺激局部干扰素的释放，也促进抗原运输到黏膜的淋巴细胞，并增加了Peyer's对抗原的吸收。乳杆菌GG也被证明可以生产抗菌物质抑制大肠杆菌，链球菌，艰难梭菌，脆弱拟杆菌和沙门氏菌的生长。益生菌能够抑制有毒物质的生成、对有毒物质进行分解，从而减少AAD的发病率[35]。益生菌能调节肠道菌群数量使宿主获益。益生菌通过上皮黏膜粘连和竞争性抑制作用帮助维持正常的肠道菌群并帮助减少病原微生物数量。他们已被证明能在肠腔内分泌醋酸和乳酸降低肠道内pH值从而抑制一些病原体的生长，包括肠出血性大肠埃希菌[36]。近年来，关于利用布拉氏酵母菌治疗AAD的效果报道较多[37]，其作用机制主要是直接抑制致病微生物的繁殖以及对肠道载膜细胞的侵袭且其对某些细菌毒素或其代谢产物的钝化作用能竞争性的抑制致病微生物与该受体结合。同时，它能正向调节抗毒素A分泌，分泌黏蛋白增强粘膜屏障功能，提供定植抗性，产生细菌素，刺激宿主免疫系统，增加分泌型免疫球蛋白A（IgA）、白细胞介素10（IL-10）和转化生长因子β的产生，增强肠道的免疫屏障功能，通过释放益生物质促进黏膜修复[38-39]。

2.2 益生菌治疗由抗生素引起的儿童肥胖

抗生素是小儿时期最常用的处方药，然而它们的给药可能引起不必要的问题。在这些问题中，抗生素诱导的肠道微生物失调现象已经成为一个新兴问题，并且与肥胖有关。这个问题在儿童中尤其重要，因为他们经常接受抗生素治疗。肥胖的早期发展增加了成人肥胖的风险。同时妊娠期剖宫产（CS）和抗生素使用也可能会改变正常的母体后代微生物群落交换，从而导致婴儿肠道异常微生物定殖和增加日后肥胖的易感性。Bailey等人[40]发现婴儿在0至23个月的时候接触广谱抗生素与早期儿童肥胖相关。Mueller等人[41]在曼哈顿北部分析了436名母亲和子女，随访至7岁，并提供完整的数据。研究发现与未接受过抗生素治疗的儿童相比，在接受多变量调整后，肥胖的风险增加了84%（33%～154%）。妊娠第二或第三孕期抗生素暴露与BMI z评分，腰围和体脂百分比也呈正相关（均P＜0.05）。独立于产前抗生素使用，CS与儿童肥胖的后代风险增加46%（8%～98%）相关。最近的研究表明，调理肠道微生态系统的组成可能是一种治疗肥胖症的新方法，这种治疗可以包括通过施用益生菌来改变肥胖个体肠道内的微生物群落的组成。Nicola等人发现抗生素是儿科年龄最常见的处方药，它可能会导致不必要的问题。其中，抗生素引起的肠道菌群失调也是与肥胖相关的，儿童肥胖的早期发展增加了成人肥胖的风险[42]。加氏乳杆菌SBT 2055，鼠李糖乳杆菌ATCC 53103和鼠李糖乳杆菌ATCC 53102与乳双歧杆菌Bb12的组合可降低肥胖，体重和体重增加。这表明这些微生物菌株可以用于治疗肥胖症。此外，发现短链脂肪酸产生和低等级炎症是影响新陈代谢和影响体重的潜在作用机制[43]。Luoto等人[44]曾经假设用益生菌对GIT微生物和免疫环境进行早期修饰可以降低超重发育的风险。在为期10年的随访研究中，159名孕妇被纳入双盲，随机，安慰剂对照研究，在预期分娩前4周每日接受益生菌（包括鼠李糖乳杆菌GG，ATCC 53103）或安慰剂。这次干预直到出生后的6个月。实验结果表明，围产期益生菌干预可改变过早体重增加的第二阶段而非第二阶段。该研究得出的结论是，用益生菌早期播种GIT微生物菌群可以通过抑制生命早期的体重增加来改变儿童的生长模式。综上所述益生菌可以调节孕妇或儿童肠道微生物的构成从而影响人体的能量代谢与炎症反应进而控制儿童的体重，从而达到预防与控制儿童肥胖的发生。

2.3 益生菌治疗肠易激综合征

肠易激综合征（IBS）是一种常见的影响美国成年人群10%～20%的慢性功能性胃肠道（GI）疾病。肠微菌落和粘膜炎症的改变可能导致一部分患者IBS症状的发生，并且有研究发现益生菌（当摄入时提供健康益处的活的共生微生物）可用于减轻症状。Kajander[45]对符合罗马I或II标准的103名患者参加了为期6个月的随机双盲安慰剂对照试验。患者每天服用益生菌胶囊（含鼠李糖乳杆菌GG，费氏丙酸杆菌亚种,短双歧杆菌Bb99，鼠李糖乳杆菌LC705益生菌混合物）或安慰剂胶囊。记录消化道症状和排便习惯。研究表明益生菌组的症状评分减少了42%，而安慰剂组的减少了6%。在个体症状方面，益生菌组中的博氏杆菌感染较轻（P=0.008），说明益生菌混合物有效缓解了肠易激综合征症状。Kulstad[46]对86名肠易激综合征患者（罗马II标准）进行了5个月的干预。患者随机接受每日多种类益生菌补充剂（鼠李糖乳杆菌GG，鼠李糖乳杆菌Lc705，费氏丙酸杆菌亚种shermanii JS，和动物双歧杆菌乳酸亚种Bb12）或安慰剂。监测肠易激综合征症状，生活质量，肠微生物群稳定性（n=20）。结果复合肠易激综合征评分在5个月内比安慰剂组（P=0.0083）多基因益生菌与3分（95%CI：618：1）相比下降14个点（95%CI：6119到619）。尤其是腹胀和腹痛受到显著影响。微生物群相似指数随着益生菌补充而增加（1.9±3.1），而随着安慰剂（612.9±1.7）降低。说明益生菌是缓解肠易激综合症症状并稳定肠道微生态的有效和安全的选择。

3 结束语

随着抗生素的种类和使用数量逐渐增多，导致肠道菌群失调和相关疾病患病率显著升高，益生菌能够预防和治疗抗生素诱发腹泻等疾病，因此，利用益生菌解决抗生素问题具有可行性。目前应用于人体的益生菌主要有双歧杆菌、乳酸杆菌、芽孢杆菌、酵母菌等。但是哪种益生菌或多菌株协同作用具有最佳治疗效果，且对人体副作用最小，还需要更深入研究。随着分子生物技术的日臻完善，利用分子技术探明益生菌调节由抗生素导致的相关疾病机制和开发基因修饰益生菌，可能是未来发展的新方向。