婴幼儿肠道菌群与维生素K研究进展

郭乐倩，杨文方，刘黎明

(西安交通大学第一附属医院妇产科，陕西 西安 710061)

2013年《Science》杂志在其发表的十大科学研究进展中，将肠道菌群与人体健康关系的主题列入“我的微生物，我的健康”一项中，肠道菌群越来越受到关注。婴幼儿期是自身正常菌群建立和免疫机制逐步完善的关键时期，营养不良、患病、药物使用等外界因素容易导致儿童菌群紊乱，继而发生一系列感染性和过敏性疾病[1]。维持肠道菌群平衡不仅关乎婴幼儿的健康，甚至会对一个人的终生健康产生深远影响。因此，充分了解肠道微生物群的生物学意义，对于人群尤其是婴幼儿的健康和促进其抗感染能力都是极为重要的。

人体维生素K由肠道菌群产生和食物供给，其中大部分是由肠道菌合成。若肠道菌群来源的维生素K分泌减少，会导致维生素K依赖性凝血因子减少，进而引起消化道继发性出血。另外，近年来肠道菌群和骨代谢之间的关系备受关注，维生素K作为中间介质发挥关键作用。因此，通过调节肠道菌群以促进骨骼健康，抑制骨钙流失，为儿童佝偻病和其他骨代谢疾病提供新的治疗思路，是当前研究的热点之一。本文在综述婴幼儿肠道菌群基本功能的基础上，将深入探讨其与维生素K的相关性及交互作用。

1 肠道菌群基本概述

1.1 数量及分类

肠道菌群一般指寄居在肠道内的各种微生物。据估计，成人体内约有100万亿微生物，约为人体细胞的10倍，其中80%定植于胃肠道，负载的基因组数量是人类基因组数量的100倍以上，构成了人体第2个基因组[2]。已有研究表明肠道菌群主要由细菌主导(约有500～1 000种不同物种的细菌)，但也含有古生菌、病毒、真菌、原虫等[3]。其中拟杆菌门和厚壁菌最为常见，拟杆菌门主要包括拟杆菌属和普雷沃菌属，厚壁菌门主要包括梭状芽孢菌、乳酸菌、胃瘤球菌及真杆菌等菌属[4]。

按照对宿主的作用，肠道菌群可分为三大类：①益生菌，即肠道正常菌群，如双歧杆菌、乳酸杆菌、类杆菌、丙酸菌、球菌等，多为专性厌氧菌，占99%以上，是优势菌群，它们大多粘附在肠黏膜上，通过Toll样受体发挥积极作用；②中性菌，属于条件致病菌，如肠杆菌、肠球菌等，以兼性需氧菌为主。一般来说，它们是维持肠道菌群生态平衡的必要成分，数量少，不会引起疾病。然而，当肠道功能异常时，其数量会显著增加，并可能引发疾病；③有害菌，即肠道致病菌，如沙门菌、变形杆菌、假单胞菌、金黄色葡萄球菌、致病性大肠埃希菌等，占0.01%以下，大多为外源菌。

1.2 种类及其影响因素

随着年龄的增长，肠道内的细菌构成呈现出一个不断变化的过程，即肠道菌群演替：①出生和哺乳期：出生后最先在胃肠道内定植的是兼性厌氧菌，兼性厌氧菌消耗氧气，形成缺氧环境，优势菌开始向严格厌氧菌转变。但分娩方式、哺乳等因素会影响婴儿的菌群结构。例如，葡萄球菌是剖宫产婴儿的优势菌，类似于孕妇表面皮肤的菌群，乳酸菌、普雷沃氏菌和阿托波氏菌等则是阴道分娩婴儿的优势菌；②离乳期：以类杆菌、消化球菌和梭菌等为主，由于该阶段膳食种类逐渐丰富，肠道内菌种也随之变得多样化，在2岁左右逐渐稳定[5]；值得注意的是，从出生到3岁是肠道菌群建立和平衡的关键时期。在此期间，喂养方式、饮食结构、生活习惯、患病及药物的使用等都会影响肠道菌群的定植，并在一定程度上影响婴幼儿未来的健康[6]；③成年期：肠道菌群较为稳定，以双歧杆菌为优势菌种；④老年期：肠道菌群中双歧杆菌、厚壁菌等有益菌比例下降，而变形杆菌、葡萄球菌等比例增多，免疫系统功能逐渐下降，被称为婴儿时期的“逆过程”。

2 婴幼儿肠道菌群的功能

肠道菌群，尤其是益生菌维持动态平衡并与婴幼儿机体相互作用，在促进健康方面发挥着极其重要的作用，其部分功能如下。

2.1 屏障及保护

微生物对肠道有屏障性、占位性的保护作用，构成了婴幼儿的一道重要防线，可以有效防止外源微生物的侵袭。研究发现，益生菌能诱导大鼠肠道上皮细胞增殖，增加微绒毛长度，加大肠道表面积，提高吸收能力[7]。另外，肠道菌群通过定植抗力，可以竞争性结合肠道中的黏附位点和某些营养物质，使外源性病原体无法在肠道中定植[8]。维持肠道屏障功能，促进适当的免疫反应可有效抵抗病原微生物侵袭。

2.2 营养及代谢

肠道正常菌群可以通过物质合成、代谢与转化为机体供能。在结肠，碳水化合物发酵是主要的能量来源。通过拟杆菌产生的糖苷水解酶、糖苷转移酶、多糖水解酶等消化酶，将宿主内难以消化的食物残渣和上皮细胞分泌的内生黏液分解成易于吸收的短链脂肪酸和丁酸盐。丁酸盐作为结肠细胞的能量来源，可有效调节结肠运动、增强内脏血流。此外，丁酸盐可以通过阻止潜在病原体的过度生长，诱导细胞凋亡，发挥抗结直肠癌作用[9]。

肠道菌群还能通过肝肠循环等多种代谢途径参与药物和其他外来化合物的分解代谢。例如，乳酸菌可以通过产生胆盐水解酶水解胆盐，从而抑制肠肝循环重吸收，致使胆盐从粪便中丢失增多。为了维持体内胆盐的平衡，血液中胆固醇逐渐被转移到肝脏中产生更多的胆盐，血液中胆固醇也随之降低[10]。此外，肠道菌群还具有丰富的蛋白质代谢机制，通过微生物蛋白酶、肽酶和人蛋白酶串联发挥作用。

2.3 免疫及过敏

益生菌等肠道菌群作为抗原，不仅能促进宿主免疫器官的发育，还能刺激免疫系统产生免疫应答，维持肠道内环境的稳定和微生态平衡。肠道的黏膜层栖息着大量的微生物，如黏膜免疫球蛋白A(secretory immuno-globulin A，SIgA)、抗菌肽和免疫细胞等，对宿主的免疫具有一定的调节作用。Sjögren等[11]研究发现，新生儿粪便中双歧杆菌的数量与SIgA浓度呈正相关关系，提示双歧杆菌能促进黏膜免疫系统IgA的分泌和成熟。双歧杆菌及其裂解物均能激活淋巴细胞，促进抗体的产生以及淋巴细胞因子(IL-2、IL-10、肿瘤坏死因子等)的分泌，增强免疫系统对恶性细胞的识别能力和抗感染能力。

另外，乳酸菌能促进辅助性T细胞的发育，预防IgE介导的过敏反应[12-13]。Taibi等[14]研究表明添加益生菌有利于改善肠道功能，并能预防食物过敏的发生；Kimura等[15]发现嗜酸乳杆菌能有效减轻婴幼儿花粉过敏的症状；另外，Kim等[16]采用随机双盲空白对照试验对于112名存在家族过敏史的产妇进行益生菌混合干预，结果表明，子代出生一年内湿疹的发生率明显低于对照组。

2.4 内分泌调节

从儿童刚出生起，肠道细菌定植就对内分泌系统的成熟有一定的促进作用，肠道菌群与激素的相互作用显著影响宿主的新陈代谢和内分泌功能。研究发现，应激诱导的神经内分泌激素可以影响细菌生长，许多参与宿主激素代谢的酶，包括肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴胺和褪黑素等，可能会影响细菌基因表达[17]，反之细菌的表达影响宿主的健康。例如儿茶酚胺能增强细菌附着在宿主组织上的能力，并影响细菌的生长和毒力[17]。另一方面，细菌的这些内分泌效应影响多种机体反应，包括行为、代谢、食欲和免疫应答等。

3 婴幼儿肠道菌群与维生素K

3.1 婴幼儿肠道菌群与维生素K相关性

除上述提到的参与基本的能量及物质代谢外，人体肠道内的正常菌群如双歧杆菌、乳酸杆菌等还能合成多种维生素，特别是维生素K和B族维生素(如维生素B1、B2、B6、B12、维生素PP、叶酸、泛酸、生物素)，而人从食物中可获取的量非常少。天然存在的脂溶性维生素K包括维生素K1和维生素K2。维生素K1广泛存在于绿色植物中，是食物中维生素K的主要来源。维生素K1主要在回肠吸收，与体内胆汁酸盐和脂肪状况有关，通过淋巴系统可传递到肝脏中，催化凝血因子的羧化过程[18]。维生素K2主要由大肠杆菌属的拟杆菌属、真细菌属和丙酸菌属合成，存在于纳豆、豆腐、奶酪等发酵食品中[18]。维生素K2主要输送到肝外组织，在骨骼和动脉血管中起作用[19]。另外，费氏丙酸杆菌ET-3可产生大量维生素K2前体物质，通过激活芳香烃受体，参与物质代谢和解毒过程，抑制肠道炎症[20]。

婴儿出生后需常规补充维生素K，其缺乏的原因大致有以下方面：①维生素K经过胎盘的通透性差，母乳中维生素K含量较低(1～15μg/L)，因此提示临床医生应根据母乳喂养上述弊端采取积极有效的应对措施，从而降低晚发性维生素K缺乏发生率、预防部分颅内出血[21]；②腹泻可造成肠道菌群失调，且因婴幼儿肠道菌群尚未充分建立，进一步导致维生素K合成减少；③抗生素的使用抑制了肠道菌群，与维生素K具有竞争性抑制作用。总之，肠道菌群合成的维生素K是机体补充维生素、维持维生素水平稳定的重要方式之一，当身体疾病、抗生素等药物使用以及其他方式诱导肠道菌群失调时，体内维生素水平可能会产生大幅波动，此时，机体就容易出现各种维生素缺乏症状，影响机体的生命活动。

3.2 婴幼儿肠道菌群、维生素K与骨代谢

近年来研究发现，维生素K在骨代谢和骨矿化过程中发挥重要的作用。维生素K，特别是维生素K2，通过促进谷氨酸γ-羧基化骨钙素的合成和分泌，抑制骨吸收，促进骨形成，从而提高骨量。维生素K水平的降低可引起未羧化骨钙素升高，骨密度降低，骨量减少。另外，维生素K还可通过调节钙平衡，间接影响骨代谢，可能的影响机制为维生素K与骨钙素、IL-1、IL-6水平合成有关[22]。有研究显示当维生素K2、维生素D以及钙同时存在时，可有效提高骨矿含量，增强骨密度，提示含天然维生素K2的益生菌制剂能有效防治钙摄入量不足引起的骨代谢疾病[23]。

上述研究提示维生素K能参与钙的代谢，与骨形成关系密切，而添加益生菌可促进肠道微生物对这些维生素的合成。以往有学者通过动物实验研究发现在维生素K缺乏的情况下，在鸡的饲料中添加凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌，均增加了幼鸡血浆中降钙素的水平，降低了甲状旁腺素水平，提示凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌这两种益生菌可有效调控维生素K缺乏肉鸡的钙磷代谢相关激素的水平。因此，可以认为，肠道微生态作为人体最大的生态系统，具有调节机体免疫、促进细胞正常代谢、促进骨骼健康、抑制骨钙流失等功能。应用益生菌等肠道菌群改善骨代谢，预防婴幼儿佝偻病等骨代谢疾病是目前研究的新热点。

随着对肠道菌群研究的不断深入，肠道菌群对婴幼儿的重要性逐渐被学者们发现及认可。肠道菌群在保护婴幼儿肠道、改善新陈代谢和调节机体免疫等方面发挥着重要的生物学作用，并能通过与维生素K的交互作用，促进儿童骨骼健康、抑制骨钙流失，发挥骨代谢的调节作用。但是，肠道微生物种类繁多，数量庞大，不同菌种对人体肠道和健康的影响机理有待进一步研究，肠道菌群、维生素K与骨代谢的相关性还需在大样本、前瞻性研究中进一步探索。