肠道微生态与婴幼儿免疫

李在玲 张 婷 陈同辛 武庆斌 黄志华 盛晓阳

1.北京大学第三医院（北京 100191）； 2.上海交通大学附属儿童医院（上海 200062）；3.上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心（上海 200127）；4.苏州大学附属儿童医院（江苏苏州 215025）；5.华中科技大学同济医学院附属同济医院（湖北武汉）；6.上海交通大学医学院附属新华医院（上海 200092）

人类肠道是一个生态系统，存在大量的微生物，肠道微生态即为肠道微生物群与其宿主之间相互作用、相互影响的统一体[1]。肠道微生物由细菌、病毒、真菌等构成，其中主要为细菌，肠道菌群作为肠道微生态的重要组成部分，对宿主健康有极大的影响[2-3]。大量研究显示，肠道菌群的生理功能主要包括，生物拮抗（防御感染）、参与营养吸收及代谢、参与免疫系统成熟和调节免疫应答等[3]。在生命早期1 000 天建立健康的肠道菌群，对肠道黏膜免疫系统和全身免疫系统的发育和成熟具有重要作用，尤其是婴幼儿期[3]。母亲孕期、分娩时及出生后多种因素影响婴幼儿肠道菌群的定植及构成。益生菌、益生元、共生元等，具有维持或调整微生态平衡、防治疾病和增进宿主健康的作用，因而日益受到关注。本文综述肠道微生态与婴幼儿免疫的关系。

1 肠道微生态与健康

1.1 抵御病原体

肠道菌群通过主动限制病原体在肠道内定植，参与人体对病原体的抵御过程。肠道正常菌群大多为专性厌氧性细菌，这些专性厌氧菌在数量上占有绝对优势，可通过争夺营养而抑制潜在致病菌的生长和繁殖[5]。肠道正常菌群能酵解食物产生短链脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）、次级胆汁酸和细菌素等抗菌 物质，对肠道内的潜在致病菌起抑制或杀灭的作用[4]。肠道正常菌群可促进肠上皮细胞的生长和变化，从而影响肠上皮屏障的发育、结构及功能[3,5]。肠道正常菌群能够刺激免疫系统，改变噬菌体对细菌的影响[3-5]。

1.2 驱动免疫系统发育成熟

目前研究认为，肠道菌群是最重要的微生物刺激来源，是驱动出生后免疫系统发育成熟和诱导、维持免疫反应稳态的基本因素。肠道上皮细胞、菌群和免疫细胞之间的相互作用对肠道局部免疫产生影响。肠上皮细胞提取由细菌代谢物、细菌成分和细菌本身构成的肠道菌群信号，调节肠黏膜屏障并向固有层免疫细胞传递，适应肠道环境变化；并且通过物理和化学屏障分隔肠道菌群和宿主免疫细胞，避免产生过度免疫反应，维持共生关系。肠道菌群通过代谢物及致病菌成分调节宿主免疫防御和耐受，诱导先天性及适应性免疫功能的成熟，维持肠道稳态；肠道免疫细胞反过来可直接或间接地影响肠道菌群，通过免疫反应调整肠道菌群组成、多样性和迁移[6]。

sIgA由肠黏膜分泌，对肠道免疫功能起着重要作用。sIgA对菌群应答可用于判断肠黏膜免疫发育是否健康。肠道微生态还参与口服免疫耐受形成，包括对无害食物和肠道菌群的耐受[7-8]。肠道微生态还通过均衡细胞因子合成和释放而调节肠道免疫炎性反应，并通过抑制肠黏膜过度生成炎性因子而降低系统性全身性免疫应答反应。研究表明，肠道菌群的免疫应答稳态取决于多种因素，先天性及适应性免疫系统共同提供了菌群与宿主上皮层间的生化屏障，减少菌群与上皮细胞的直接接触；菌群产生的信号在上皮细胞或树突细胞的介导下直接或间接与 CD 4+T 细胞互相作用，影响后者分化为Th 1、Th 17、调节性T 细胞（regulatory cell，Treg）、Th2、自然杀伤T细胞（natural killer cells，NKT）等；菌群还可以通过不同的途径影响自身免疫性疾病及炎症性疾病[9]。

1.3 代谢与营养作用

肠道菌群的代谢和营养作用主要发生在结肠。肠道菌群能够利用来自上消化道不被人体消化和吸收的食物残渣、各种消化道分泌物及死亡脱落的上皮细胞、死亡细菌的残骸等，进行代谢和生物合成，一方面使这些物质进一步被分解排出体外，另一方面合成一些人体必需的营养物质，维持人体健康，并且其代谢产物在调节宿主免疫系统、神经系统等生理功能方面也发挥着重要作用[10-11]。一项对1 004对双胞胎粪便样本宏基因组测序研究发现，菌群代谢途径在不相关个体之间存在广泛共享；71%的粪便代谢物与15%的血液代谢物间的“对话”与菌群有关；同时发现产甲烷菌与肥胖有关[12]。另一项有关菌群与肥胖的研究提示，无论是动物还是人体，肥胖与肠道菌群间存在关联，人类肥胖个体的厚壁菌丰度增加、拟杆菌减少，菌群多样性降低；而动物实验证实菌群和体内脂肪增加的因果关系；菌群可影响能量获取、饥饿/饱足信号、食物通过肠道的时间，饮食与菌群互相作用产生的炎症和肠道损伤也可促进肥胖[13]。来自瑞典的一项报告显示，1 型糖尿病遗传风险与肠道菌群的明显变化有关，核心微生物组和β多样性随人类白细胞抗原危险组和基因型而异[14]。

研究还发现，在健康状态下人体肠道和共生菌群的良性互动使双方共同利用微量营养素；共生菌可释放和摄取能螯合金属的α-羟基酸，并消化植酸和血红素等食物分子，为自身和宿主提供锌和铁；发生感染和炎症时，人体会启动“扣押”锌和铁的“营养免疫”机制，而致病菌会通过释放铁载体等方式与共生菌竞争有限的锌、铁资源；部分肠道细菌可合成B 族维生素与无法合成的细菌和人体共享，促进菌群稳定和多样性[15]。

肠道菌群还与药物代谢有关，有研究鉴定出19 种常用药物与粪便宏基因组特征存在关联。如口服类固醇与炎症性肠病患者的史氏甲烷短杆菌增加相关，选择性五羟色胺再摄取抑制剂抗抑郁药与肠易激综合征患者的细枝真杆菌增加相关，二甲双胍与大肠杆菌和菌群代谢潜力变化相关；对同时服用多种药物进行校正后，质子泵抑制剂（proton pump inhibitors，PPI）、二甲双胍、抗生素和泻药与菌群组成和微生物通路变化的关联性最强；15种药物的使用与菌群的抗生素耐药基因增加相关[16]。

1.4 菌群与其他系统的相关性

越来越多的证据表明，肠道菌群与心理健康和行为之间存在由脑-肠轴介导的关联，后者包括情绪和应激反应。另外，肠道菌群可以通过免疫信号转导（例如促炎和抗炎细胞因子，趋化因子和免疫细胞）、内分泌以及神经通路来调节大脑功能及发育。相反的，大脑可以通过神经递质影响免疫功能并通过皮质醇水平、肠动力以及渗透性的改变，影响肠道[17]。

除了“肠-脑轴”，“肠-肺轴”的概念也逐渐被熟知。研究表明，环境污染物、抗生素使用等能影响肠道和肺部微生物群的组成，导致菌群失调和“肠-肺轴”双向交互机制失衡，造成机体对呼吸道和食物过敏原的高敏感性和过度反应，从而增加哮喘和其他过敏性疾病的发生风险[18]。

2 建立健康肠道微生态对婴幼儿免疫的意义

2.1 生命早期微生态的建立

生命早期1 000 天，即从母亲受孕到婴儿出生后第二年，是婴儿发育的机遇窗口期。肠道微生态的动态发展与肠道免疫系统的发育相辅相成。微生物群是在出生时获得的，并与宿主平行发育。最近的研究已经从胎盘、羊水、脐带和胎粪中鉴定出微生物，这些微生物对孕妇有益，支持胎儿成长，并可能在哺乳期帮助满足能量需求[19]。

在婴儿出生的第一年，相对简单的新生儿微生态成熟和发展成为一个更复杂的微生物生态系统。生命第一年的微生物组成通常以低物种多样性和高不稳 定性为特征。出生后新生儿的肠道菌群暂时由肠杆菌和葡萄球菌所控制；此后短短几天内，双歧杆菌、梭菌和拟杆菌迅速得以定殖，婴儿的肠道菌群开始以双歧杆菌和某些乳酸菌为主导，并一直保持到辅食添加为止。随着辅食添加，肠道双歧杆菌菌群由拟杆菌、普氏菌、瘤胃球菌、梭菌和细威菌替代，并逐渐走向 稳定和多样性，肠道菌群开始趋向于成年人菌群的特征[20]。出生后36个月，婴儿的肠道菌群经历最后的转变，形成一个稳定的系统，以拟杆菌、普氏菌和其他厚壁菌为主[21]。一旦建立，整个生命周期中60%至70%的微生物群组成将保持稳定。遍布人类胃肠道的复杂 的微生态正在成为控制人类健康和疾病的关键角色。

2.2 免疫适宜

免疫适宜系指免疫系统既能达到清除病原体的目的，同时又避免发生不适当的免疫反应，导致过度炎症反应所致的严重免疫病理损伤。免疫适宜是抗病原体能力与宿主适应力、杀伤和耐受的平衡点[22]。在生命早期1 000 天，由于个体对特定感染的敏感性增加，在成人和健康儿童中只引起轻度、无症状或无疾病的病菌感染，很可能导致威胁婴儿生命的感染。与成年人免疫系统相比，新生儿的免疫系统尚不成熟，因此抵抗感染的能力不足。但免疫系统发育的“不成熟”并不能解释婴儿期的免疫特征。在使用多种病原体（包括细菌或病毒）或Toll 样受体激动剂的新生儿败血症动物模型中 已经发现，新生儿产生的炎性反应等于或大于成人[23]。一旦新生儿免疫反应被激活，特别是在感染和缺氧缺 血时，通常会导致更为严重的免疫病理损伤和疾病[24]。平衡疾病的耐受性（即防止免疫抑制和病理损伤）和抵抗力（即炎症和抗微生物反应），在整个生命周期中都是一个挑战。新生儿免疫应答的发展不仅由于不成熟而受到损害，而且还因为试图维持对无害和共生抗原的耐受性并防止组织损伤而受到损害。为了建立免疫适宜，婴儿需要在适当的免疫应答和维持对共生和无害抗原的耐受性之间寻找平衡。

2.3 婴幼儿肠道微生态与免疫发育

肠道是重要的免疫器官，约80%的免疫细胞存在于肠道中，人类远端肠道的细菌群落是地球上最丰富的微生物环境之一，由＞1012个细胞和数百种细菌组成[25]。胃肠道必须耐受腔内微生物群的存在，同时要保护肠黏膜免受潜在有害病原体的侵害。肠道微生态还提供许多免疫细胞发育、分化和表观遗传所必需的信号。这种双向关系是肠道免疫适宜，建立宿主-微生物共生关系的重要调控机制[26]。

早期的微生物群在未来的健康中起着主导作用。宿主与微生物群之间的相互作用失调会导致自身免疫性疾病和慢性炎症性疾病增加，包括坏死性小肠结肠炎、迟发性败血症、湿疹、哮喘、食物过敏、1型糖尿病、肥胖症、肠易激综合征、炎症性肠病和神经精神疾病等[27]。研究表明，子宫内以及早产和足月新生儿的T细胞反应主要是Th2和Treg反应。随着肠道菌群的建立和暴露感染的机会增多，这些反应将被更成熟的Th1反应所取代[28]。肠道菌群的平衡共生与人类健康息息相关，共生微生物群与大多数宿主器官相互作用，并在不同生命阶段具有独特的组成和功能特征。肠道菌群在免疫系统成熟中起着重要作用，尤其是在生命早期。

3 婴幼儿健康肠道微生态建立的影响因素

3.1 孕期相关因素

孕妇饮食习惯可直接影响孕妇及其新生儿的肠道微生态，尤其是肠道菌群的组成。研究发现，孕期体质量增长及体质指数（BMI）与婴儿肠道微生态建立有关。超重母亲的婴儿在出生6 个月内，粪便中拟杆菌和葡萄球菌显著增加，而非肥胖母亲的婴儿以双歧杆菌为主[29]。孕期高脂饮食，其后代胎粪中拟杆菌较 少，并且这种菌群丰度差异可一直持续到出生后6周[29]。在母婴队列研究中也观察到，孕期增加水果摄入可以提高经产道分娩婴儿体内链球菌与梭菌的比例，同时孕期奶制品摄入与剖宫产婴儿体内梭菌增加相关[30]。此外，孕期特别是孕后期的生活压力增加，子代肠道微生物组成更易出现致病性细菌，如埃希菌、沙雷菌和肠杆菌，而乳杆菌和双歧杆菌减少[31]。致病菌数量增多也预示着体内炎症水平更高，并且这些异常的细菌定植模式与婴儿较高的消化道疾病和过敏性疾病的发病率相关。

3.2 分娩阶段相关因素

婴儿肠道微生态多样性和肠道细菌定植种类与分娩方式密切相关。经产道分娩的新生儿，早期定植的细菌与母亲阴道微生物主要组成相近，以乳酸杆菌、普雷沃菌和纤毛菌为主，以上细菌最终可促使更多有益菌定植于婴儿肠道；而经剖宫产分娩的婴儿因与母亲皮肤直接接触，早期定植的细菌是与母亲皮肤表面细菌群落相似的葡萄球菌、棒状杆菌和丙酸杆菌[32-33]，甚至还包括潜在的致病微生物群落，包括克雷伯菌、肠球菌和梭菌[34]。同时，剖宫产分娩加大了新生儿与医疗环境、医务人员或父母皮肤接触的概率，使外界环境中与表皮相关的兼性厌氧菌更易定植于肠道。新生儿肠道微生态的形成还与胎龄有关。与健康足月儿相比，早产儿的肠道细菌多样性更低，兼性厌氧菌如肠杆菌、肠球菌、乳酸杆菌的丰度增加，厌氧菌如双歧杆菌、拟杆菌的定植延迟，并且更容易定 植大肠杆菌、葡萄球菌、克雷伯杆菌等机会致病菌[35]。分娩时抗生素的使用会减少新生儿肠道内双歧杆 菌的丰度和多样性，还会导致肠球菌、肠杆菌过度生长[36]。而肠道双歧杆菌数量减少、梭菌数量增多可使婴儿更易发生过敏性疾病[37]。

3.3 出生后相关因素

生命早期抗生素的使用显著影响婴幼儿肠道菌群的定植与发育，可能会导致婴幼儿肠道菌群恢复力降低，引起维持肠道平衡的菌群缺失，病原菌繁殖，使肠道菌群调节功能受损。研究发现，婴幼儿使用抗生素可减少肠道有益菌如双歧杆菌和乳酸杆菌的定植，降低肠道细菌的多样性和稳定性[38]。出生48 小时内肠道外使用氨苄青霉素和庆大霉素的足月儿，在治疗结束后4周，其放线菌门（包括双歧杆菌）和厚壁菌门（包括乳酸杆菌）数量减少而变形菌门（包括肠杆菌）数量增多；治疗结束后8周，虽然双歧杆菌、乳酸杆菌的数量恢复，但双歧杆菌的种类仍减少[39]。早产儿在接受抗生素治疗后即可出现菌群紊乱，表现为α多样性降低，肠杆菌丰度增加，耐药基因富集；21 个月后这些早产儿的菌群多样性与丰度才接近未使用抗生素的健康婴儿[40]。

婴幼儿的肠道微生态与所处的生活环境也有一定关系。生活在郊区与城市的婴幼儿肠道菌群表现出明显的不同。郊区的婴幼儿肠道菌群中普氏菌、密螺旋体属、琥珀酸弧菌的水平较高，而城市婴幼儿肠道菌群更偏向于分解动物蛋白、脂肪和高糖类食物的种类[41]。当婴幼儿家中有年长同胞时，肠道菌群多样性升高，尤其是双歧杆菌的丰度增加[42]。还有研究发现，家中饲养带毛宠物越多，婴儿胎粪的菌群多样性越高。加拿大母婴队列研究观察到，孕妇产前接触宠物或出生后与宠物长期共同生活的婴幼儿的肠道颤螺旋菌、瘤胃球菌的水平显著升高，或可减少日后发生代谢性疾病、特应性疾病和肥胖的概率[43]。不仅如此，在植被丰富、土壤或水质较好的城市中，饲养宠物的非母乳喂养婴儿粪便菌群中的疣微菌及梭菌减少，而肠杆菌增加[44]。

3.4 喂养方式

母乳为婴幼儿提供营养以及功能和/或生物活性成分，支持肠道成熟和最佳生长发育，母乳喂养也为婴幼儿提供最佳的免疫训练机会。人乳的成分极其复杂，天然含有数千种不同的专门针对婴幼儿需求而量身定制的营养和保护成分，并且以独特的方式相互影响。人乳中含有一系列有健康促进作用的微生物以及由益生菌产生和/或源自益生菌的代谢产物。人乳中最常见的微生物组分是葡萄球菌、链球菌和丙酸杆菌，双歧杆菌、韦荣球菌、罗斯菌和乳酸杆菌在人乳中也很常见，还有棒状杆菌、雷尔菌、不动杆菌、食酸菌、假单胞菌、拟杆菌、梭菌、埃希菌/志贺菌、孪生球菌和肠球菌等[45]。据估计，人乳中每ml含有103～106个细菌细胞。

母乳喂养是影响婴幼儿肠道微生物的主要因素，这可能是由于人乳微生物的垂直传播，以及人乳低聚糖（human milk oligosaccharides，HMOs）和抗菌肽等影响微生物形成因素的作用。不仅是人乳中的细菌，人乳中的细菌代谢产物（如细胞壁成分和各种细菌代谢产物）都可以刺激婴幼儿肠道菌群、免疫功能和肠道发育。大量研究表明，人乳菌群及其代谢产物可支持肠道微生态平衡，以及抗感染和刺激免疫发育，在婴幼儿免疫系统发育中发挥重要作用。纯母乳喂养婴儿的肠道微生物在组成、多样性和功能上与非纯母乳喂养婴儿显著不同[46]。

随着辅食添加，婴幼儿食物能量来源发生变化，肠道微生物的代谢能力也随之发生变化，与淀粉、中心碳、丙酮酸代谢相关的基因增加[47]。随着奶类摄入 减少，肠道中与奶类相关的细菌减少，如双歧杆菌、乳酸杆菌，而能够降解复杂多糖的微生物增多，如拟 杆菌、毛螺旋菌和瘤胃球科菌。辅食添加期间，婴幼儿肠道微生物的多样性和丰度增加，其中毛漆科 菌、瘤胃球科菌、布劳特菌、拟杆菌和艾克曼菌增加，而双歧杆菌、韦荣球菌、乳酸杆菌、肠杆菌和肠球菌下降。

辅食添加期间，母乳喂养仍然对婴幼儿肠道微生态有重要影响。母乳喂养可增加婴幼儿肠道微生物的可塑性[48]。持续母乳喂养有助于部分肠道菌群的增殖，如双歧杆菌、乳酸杆菌、柯林斯菌、巨球菌和韦荣球菌。引入高蛋白、高纤维食物可增加肠道菌群多样性，但不同食物所产生的作用与是否继续母乳喂养有很大的关系。到12 月龄时，6 月龄前就停止母乳喂养婴儿的肠道微生物丰度和多样性最高，而仍在母乳喂养婴儿的丰度和多样性最低。停止母乳喂养和辅食添加，两者都不同程度地促进了婴儿肠道微生态向成人的转变。

4 益生菌

4.1 益生菌定义

益生菌是指适量使用时能给宿主带来健康益处的活的微生物[49]。虽然肠道菌群有许多生理功能被证实，但是粪便菌群只能反映部分肠道菌群信息，取样部位越接近直肠末端，菌群越不能反映上端菌群结构。益生菌定植受肠道菌群影响，同时益生菌对于宿主和菌群的影响具有菌株、宿主特异性。

4.2 益生菌在婴幼儿期的作用

虽然益生菌广泛应用于临床实践，但益生菌的功效仍颇具争议。婴儿肠道菌群的特征是双歧杆菌的早期优势，这对于免疫系统发育和成熟起着重要作用。短双歧杆菌M-16V是从健康母乳喂养婴儿的肠道和人乳中分离出来的，是健康新生儿肠道菌群的主要组成部分，其主要作用可能是影响肠道菌群的发育、增强肠屏障功能和对未成熟免疫系统的激活，对于预防和治疗过敏性疾病有着积极作用[50]。益生菌有助于婴儿肠道正常菌群的建立。例如，口服短双歧杆菌M-16V可促进早产儿肠道双歧杆菌定植[51]，改善早产儿肠道双歧杆菌定植延迟。口服短双歧杆菌M-16 V 还可上调转化生长因子-β1（TGF-β1）信号，并可能有助于减轻婴儿的炎性和过敏反应[52]。世界过敏组织（World Allergy Organization，WAO）过敏性疾病预防指南建议，过敏高风险的非纯母乳喂养婴儿可使用益生菌预防湿疹[53]。早产及低出生体质量婴儿口服短双歧杆菌M-16 V 可降低新生儿坏死性小肠结肠炎和感染的发生率[54]。

5 益生元

5.1 益生元定义

益生元是指可被宿主微生物选择性利用的底物，对健康有益[49]。不同的益生元可以刺激不同肠道定殖菌的生长，具有修饰肠道菌群的巨大潜力。具有益生元作用的物质包括各种低聚糖，几种类型的膳食纤维、酚类、亚油酸和多不饱和脂肪酸，其中低聚果糖（fructooligosaccharide，FOS）和低聚半乳糖（galactooligosaccharide，GOS）在益生元类别中占主导地位。婴儿配方粉中添加9:1的短链GOS和长链FOS（scGOS/lcFOS），浓度0.8 g/100 mL，可模拟母乳中非消化性低聚糖的功能，是研究最多、证据最充分的益生元组合。

5.2 益生元在婴幼儿期的作用

益生元的主要作用是刺激肠道内有益菌的生长和活性，从而赋予宿主健康益处。例如，已证明加入scGOS/lcFOS的婴儿配方粉能以剂量依赖方式增加粪便双歧杆菌[55-58]，使所喂养婴儿的肠道菌群组成更接近于母乳喂养[59]。

通过使用益生元而使有益菌繁殖并产生有机酸可使肠道pH值降低，从而抑制病原体的生长。建立稳定的共生微生物种群可争夺入侵微生物的营养供应，从而抑制病原菌的定殖。scGOS/lcFOS已被证明可以减少临床相关的多种病原体感染[60]。尽管其确切机制尚不清楚，但有证据表明，益生元可以减少Th2反应，从而影响过敏。在一项纳入259例婴儿的双盲、随机、安慰剂对照试验中，使用scGOS/lcFOS益生元配方粉喂养婴儿，特应性皮炎、喘息和荨麻疹的发病率较对照组降低[56]。WAO 过敏性疾病预防指南建议，应当在非纯母乳喂养婴儿中补充益生元，不论婴儿过敏风险是高还是低[49]。我国2019年发布的《儿童过敏性疾病诊断及治疗专家共识》也建议，不能母乳喂养者添加含有益生元的配方粉预防过敏[61]。已证明scGOS/lcFOS 可以减少食物过敏相关症状，如婴儿特应性皮炎、荨麻疹和鼻结膜炎[56,62]；并可降低抗炎和抗组胺治疗的需要。在过敏高风险婴儿中，补充6 个月的GOS/FOS 可降低血浆总IgE、IgG 1、IgG 2 和IgG 3 水平，而未观察到对IgG4的影响；此外牛奶蛋白特异性IgG1显著降低。

6 共生元

6.1 共生元定义

共生元，又称合生元，是指足够数量的益生菌和益生元的混合物，可通过增进益生菌在肠道的存活和定植以及有选择性地刺激一种或数量有限的有益菌生长和/或激活其代谢，从而改善宿主健康[63]。共生元并非一种或几种益生菌和一种或几种益生元的简单相加[64]。组合共生元配方的原则[65-66]：①选择合适的益生菌和益生元，各自单独使用时对宿主健康产生积极有益作用；②确定益生元对益生菌可特异性选择刺激其生长，并对健康产生有益的影响，同时缺乏或有限刺激其他肠道微生物；③摄入肠道后展现协同作用；④临床试验验证有效。

6.2 共生元在婴幼儿期的作用

共生元是益生菌和益生元的混合物，除发挥各自有益作用之外，还具有互补、或补充、或协同效应，对构建婴幼儿健康肠道菌群，预防感染，免疫功能发育、协调和预防/治疗过敏有着重要作用。

人乳中含有HMOs和多种对健康有益的微生物，如乳杆菌和双歧杆菌等，二者再与人乳其他成分协同有助于“导向性肠道菌群”的发育和成熟。因此可以把人乳称为天然共生元[67-68]。研究表明，HMOs在成熟人乳中的含量在5～15g/L[69]。HMOs能够耐受婴儿胃内的低pH值，也能耐受胰腺和刷状缘酶的消化，以完 整形式抵达远端小肠和结肠，在此选择性地塑造婴儿肠道微生物群中特殊成员（如长双歧杆菌婴儿亚种、短双歧杆菌）的生长以及发挥宿主-微生物的相互作用[67,70]。

长双歧杆菌婴儿亚种能够表达整套HMOs 降解酶，表现出相当特异的“双歧因子”效应，而其他双歧杆菌以及其他细菌只能断开和代谢复杂HMOs 分子的特定部分[67,70]。HMOs 降解过程是在双歧杆菌的各种水解酶作用下，水解为单糖分子或双糖类，而后迅速被肠道微生物群水解为乳酸以及小分子SCFA，此过程体现微生物群通过互喂活动（cross-feeding activities）的协同作用，进行连续降解和代谢复杂的HMOs骨架[67]。人乳中的细菌及其代谢产物，如SCFA可促进健康肠道菌群的形成，并促进肠道和免疫功能的发育[67,69-71]。

一项多国参与的双盲研究表明，共生元（scGOS/lcFOS 9:1和短双歧杆菌M-16V）对婴儿肠道菌群产生促双歧杆菌生长效应，恢复剖宫产婴儿的特征性肠道双歧杆菌定植延迟和菌群失调[72]。添加scGOS/lcFOS 和短双歧杆菌M-16 V 的配方粉通过增加双歧 杆菌以及降低肠道pH 值，对健康幼儿的粪便微生物群发育产生积极影响[73]。在一项大型随机、双盲基于社区（4 558 名，体质量≥2 000 g 健康新生儿）的研究中发现，由植物乳杆菌ATCC 菌株202195 和低聚果 糖组合成的共生元可有效预防新生儿败血症的发生[74]。

由人乳得到的启示，共生元组合（如scGOS/lcFOS+短双歧杆菌M-16 V）是一种富有吸引力的用于非母乳喂养婴儿的过敏管理方案。研究显示，这一共生元可恢复剖宫产婴儿双歧杆菌定植延迟，使其更接近于阴道分娩和母乳喂养婴儿；这种作用被认为可能可以降低婴儿特应性皮炎的发生率[72]。对使用这一共生元12周的特应性皮炎婴儿随访1年，发现其肠道菌群状态恢复至接近母乳喂养婴儿，且哮喘样症状的发生率和哮喘药物的使用率都有所降低，提示其可能有长期的作用[75]。

7 后生素

7.1 后生素定义

后生素（postbiotics）又称益生素，是指任何由益生菌产生的代谢活性因子或释放的分子，能够以直接或间接方式对宿主产生有益的影响[76]。后生素包括死亡的益生菌及其代谢产物，如由活菌分泌的或细菌裂解后释放的可溶性因子、SCFA、酶类、多肽类、磷壁酸、肽聚糖衍生物-胞壁肽、内源性和外源性多糖、细菌外膜蛋白、维生素、胆汁酸、缩醛磷脂以及长链脂肪酸等[77]。后生素常存在于发酵的食品基质中，但也可以从发酵培养基中提取[77]。

后生素作为重要的信号因子，通过与机体的交互对话（cross-talk）在宿主的局部和全身水平都具有潜在的生理功能，能够积极影响菌群稳定、宿主代谢和免疫应答，以及宿主应对有害变化的弹性[76,78]。后生素具有多种表观遗传修饰功能，例如DNA甲基化、磷酸化、泛素化、组蛋白乙酰化和RNA 干扰等，参与宿主细胞的表观遗传控制。这些修饰可影响免疫调节、竞争性排斥和调节上皮细胞屏障功能，在预防癌 症、炎症性肠病和自身免疫性疾病中发挥有益作用[78]。

大多数后生素的活性成分是在发酵过程中产生的，包括SCFA、肽类、酶类、细胞表面蛋白、细菌素、多糖和维生素等，具有吸收、新陈代谢以及弥散能力，作为信号传递到宿主不同组织和器官，从而引发多种生物反应[77-78]。如SCFA具有抗氧化、免疫调节、抗癌和抗炎的特性，更重要的是作为细胞的能量来源，有助于调节能量稳态[79]。

源自益生菌的生物活性成分对肠道屏障功能的保护作用与活的益生菌相似，这些生物活性成分可增强肠道黏蛋白的表达，防止脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）或肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor，TNF-α）诱导肠屏障损伤、下调肠道黏 蛋白2（mucin 2，MUC 2）和增强闭锁连接蛋白-1 （zonula occludens-1，ZO-1），防止肠道的完整性遭受破坏[77,79-80]。后生素还可通过增强针对病原体的抗体反应、影响肠道屏障功能和肠道免疫达到增强抵抗感染的能力。如后生素通过激活α 2 β 1 整合素胶原受体，增强对诸如布拉酵母菌等的屏障功能以及改善上皮细胞的血管形成[77,81]。

由不同益生菌来源获得的后生素，其生物活性和/或对健康的作用也不同。如由乳杆菌和双歧杆菌所获得的后生素，可改变肠道菌群结构以及相应代谢产物，恢复肠屏障功能，抑制内毒素血症和降低肾脏交感神经活性[82]。后生素的抗菌活性成分包括细菌素、酶类、小分子物质和有机酸等，对革兰阳性和革兰阴性微生物具有抑菌或杀菌特性[83]。这些作用可能会积极影响肠道菌群的稳定以及宿主的代谢和信号转导通路。

7.2 后生素在生命早期的作用

人乳中的HMOs、细菌及其代谢产物如SCFA 可促进生命早期及以后的健康肠道菌群的形成，并促进肠道和免疫功能的发育。临床数据表明，婴儿配方粉中添加含量最丰富的HMOs 成分2’-岩藻糖半乳糖（2’-fucosyllactose，2'-FL），具有良好的安全性和耐受性，并使婴儿呼吸道感染发病率显著降低，其功效与人乳2’-FL 相似[84]。与单独使用2'-FL 相比，存在scGOS/lcFOS时，2'-FL可以更有效地帮助调节树突状细胞成熟[85]。采用短双歧杆菌C50和嗜热链球菌065在牛奶基质上发酵制备的婴儿配方粉，其中的嗜热链球菌065 在转糖基酶的作用下，可产生后生素，3'-半乳糖基乳糖（3'-galactosyl lactose，3’-GL），其分子结构与人乳3’-GL一致，具有维护肠功能屏障和抗炎作用[86]。应用短双歧杆菌C50和嗜热链球菌065发酵婴儿配方粉喂养早产儿、足月儿以及过敏高风险婴儿的数项临床研究结果表明，具有增加婴儿肠道双歧杆菌数量，减少成人样菌种数量；婴儿粪便中抗脊髓灰质炎病毒IgA 滴度显著升高；婴儿腹泻程度轻，更少出现脱水；胸腺显著增大；粪钙卫蛋白降低，sIgA 分泌增加；消化和呼吸系统潜在过敏不良事件发生率低等功效[86]。

而在添加益生元scGOS/lcFOS 9:1（浓度为0.8 g/100 mL）和短双歧杆菌C50和嗜热链球菌065发酵婴儿配方粉的随机、双盲、对照研究中，联合使用益生元和后生素，安全且耐受性良好，可以支持婴儿正常生长；还可减少婴儿哭闹，婴儿肠绞痛发生率更低[87]；婴儿粪便菌群的成分和代谢活性更接近母乳喂养婴儿，肠道pH值降低、乙酸和sIgA水平升高、双歧杆菌数量增加而艰难梭菌减少[88]。因此，联合使用益生元和后生素呈现良好的预期效果。

综上，婴幼儿肠道微生态受产前因素、分娩方式和喂养方式等多种因素影响，并对生命早期以及终身健康都有着深远的影响。越来越多的证据显示，使用特定益生菌、益生元、共生元、后生素等主动调节肠道菌群，能够促进婴幼儿建立健康的肠道菌群。未来还需要进行大规模、长期的纵向研究来加强对肠道微生态的深入理解，如哪些因素参与构成婴幼儿健康、稳定、多样性的肠道微生态，喂养方式、生活方式和环境因素等可以引起肠道微生物群发生哪些具体的改变，以及这些改变是如何影响微生物功能和宿主-微生物关系，从而影响健康和疾病等等。