现代肠道微生态制剂与技术的研究发展

现代肠道微生态制剂与技术的研究发展

黄维佳 柯百胜 陈志涛

深圳万和制药有限公司   广东省  深圳市 518107

【摘要】人体肠道微生态中菌群的平衡已经被充分证实和人体健康息息相关，益生菌维持人体健康的机理也被深入研究。因年龄或者使用抗生素等原因，导致人体肠道菌群失衡，为了改善人体肠道中菌群健康，人们开展了大量的研究和探索，在食品工业领域，从全球各地采集大量人体肠道菌株并建立菌库，从中发掘和筛选各种有实际临床功效的益生菌菌株，通过产业化发酵、提纯、冻干等工艺制成益生菌的产品，并研究各种制剂形式，以便更方便的存储和提高益生菌服用后的效果。在临床医疗中，医生们使用健康人体肠道中的菌群，移植到病人的体内，重建病人的肠道菌群平衡，治愈了很多患者。

【关键词】微生态制剂；益生菌；粪菌移植

微生态活菌制品又称微生态调节剂、益生菌和益生素，世界粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）于2001年制订了《食品益生菌评价指南》，明确定义食品用益生菌是指“用一定数量后对人体健康有益的活的微生物”。益生菌包括乳酸菌类和非乳酸菌类，其中乳酸菌包括乳杆菌(Lactobacillus)、链球菌(Streptococcus)、明串珠菌(Leuconostoc)、片球菌(Pediococcus)和双歧杆菌(Bifid bacterium)等20多个属，研究表明益生菌菌群中最有益，数量最多的菌群是双歧杆菌【1】，所以通常而言双歧杆菌的作用就代表了益生菌菌群的作用。

20世纪初诺贝尔奖获得者梅契尼柯夫（Metchnikoff）提出了“胃肠道菌群与健康密切相关”的理论，认为衰老是因为肠道有害菌群产物对人体的毒害作用导致，通过饮用酸奶等益生菌制品可以抑制肠道内有害菌的繁殖。直至现今，大量的研究结果表明益生菌在消化道、免疫和心血管系统等健康方面发挥了作用。FAO/WHO专家委员会评价认为，益生菌主要生理功能有以下几种【2】：

1、调节胃肠道失调。益生菌对腹泻、便秘等肠道疾病感染及其并发症，具有预防和治疗作用，对溃疡性结肠炎，肠易激综合症等有辅助治疗作用。作用机制主要有以下几种【3】：a.双歧杆菌作为肠道细菌的优势菌，它与其他正常菌群一起可构成阻止病原菌入侵的定植阻力；b.肠粘膜上皮细胞与双歧杆菌细胞壁的磷壁酸特异性结合，使双歧杆菌粘附在肠道粘膜表面，形成生物菌膜，从而抑制致病菌粘附到肠粘膜上，达到占位性保护作用；c.双歧杆菌通过产生细胞外糖苷酶，降解致病菌和内毒素结合受体的复杂多糖，从而阻止致病菌对肠粘膜细胞的侵袭；d.双歧杆菌在代谢过程中产生多种有机酸具有抑菌作用，如醋酸、乳酸和甲酸等，其中，醋酸的抑菌作用最强，同时有机酸可以降低肠道pH和氧化还原电势（Eh），形成肠道化学保护屏障，抑制致病菌繁殖；e.游离态胆酸抑菌作用较结合态胆酸强，而双歧杆菌代谢的结合胆汁酸水解酶，可分解结合性胆酸，增加游离胆酸浓度，从而抑制病原细菌的生长；f.双歧杆菌在肠道中繁殖产生自身的代谢产物，其中Bifidin和Bifilong以及其他代谢产物对很多致病菌有很强的抑制性；g.双歧杆菌可增加肠蠕动，加快致病菌排出，进而维持肠道微生态平衡；h.双歧杆菌能产生H2O2，从而激活机体产生过氧化氢酶，抑制和杀灭革兰氏阴性菌如志贺菌和沙门菌；

2、增强肠道免疫功能。益生菌对免疫应答的功效已得到了广泛研究,体外实验、动物实验和临床研究认为,益生菌可以同时促进特异性和非特异性免疫。

3、抑制过敏反应。益生菌能调节机体免疫反应、防止过敏性疾病发生、缓解遗传性过敏反应。

4、保护心血管系统。益生菌及其代谢产物能够降低血清胆固醇,降低血压。关于降胆固醇的机制，主要有以下几种：a.同化作用：在酸性环境和胆盐存在的条件下，双歧杆菌可与胆固醇发生同化作用，而被吸收的胆固醇并没有被降解，而是作为内含物储存起来，这些内含物也可用作代谢前体物质。b.共沉淀作用：酸性条件下，游离胆盐和胆固醇发生共沉淀作用。虽然典型的肠道生理环境是中性甚至微碱性的，但是在肠道微生物作用下，膳食纤维发酵产生短链脂肪酸使肠道微环境为酸性，确保共沉淀作用发生；c.吸附与结合作用：胆固醇被双歧杆菌细胞表面吸附或者与细胞表面结合；降低人体吸收的胆固醇量；

由以上可知，人体肠道微生态平衡对健康的是非常重要的，但是这种平衡却容易被各种因素打破而影响健康，已知的有以下两种：

首先是抗生素的使用。自从1929年英国细菌学家弗莱明发现首个抗生素青霉素以来，已经有上万种抗生素被发现，经常用于治疗各种感染疾病，但是抗生素特别是口服抗生素的使用在杀灭致病菌的同时也会影响肠道益生菌菌群的平衡，造成有益菌群特别是其中的专性厌氧菌的数量减少，形成一个“细菌真空”，并由外来致病菌，条件致病菌和肠道内的耐药共生菌的过度生长来填补，从而影响健康。比较典型的影响有某些细菌在肠道内过度生长导致腹泻和肠炎；肠道中耐药菌株种类和数量的增多，势必会增加宿主受耐药菌感染的机会；益生菌的减少将干扰肠道分解粘蛋白，合成维生素，参与胆红素、胆固醇和短链脂肪酸代谢过程等正常生理机能

【4】。

其次是老龄化。微生态学研究发现在健康人体的消化道中的细菌数有100种，其数量达100兆以上。人体肠道内细菌群随着人的年龄增加变化显著。婴儿出生3～4个月即出现双歧杆菌，婴幼儿双歧杆菌数量占约肠内细菌总量的25%；随着年龄的增大，双歧杆菌逐渐减少甚至消失，65岁以上的老人，双歧杆菌数量则减少到仅占7.9%,而产气荚梭菌、大肠杆菌等腐败细菌大量增加；到了老年肠道内充满腐败细菌，双歧杆菌几乎消失。腐败细菌在肠道中分解食物成分，产生氨气、胺类、硫化氨、粪臭素、吲哚、酚类以及亚硝胺等有毒物质，人体长期吸收这些毒素，会加速衰老，诱发癌症，引起动脉硬化、肝脏障碍等疾病。

使用抗生素和老年化都可能导致肠道菌群失调和益生菌数量的不足，而通过食用益生菌补充有益菌菌群即维持肠道微生态平衡疗法是最直接和最有效的治疗方式，正逐渐被人民大众所接受，从而自发的去购买相关益生菌产品。

最近几十年是益生菌制品高速发展的时代，从最初的酸奶开始，到现在的各种各样的制剂形式，

目前市场上已经有非常多的益生菌制品，按制剂形式主要有益生菌胶囊，冻干菌粉，益生菌颗粒，益生菌压片等等，在生活用品和食品领域也出现了很多添加益生菌的产品，比如，益生菌牙膏，益生菌饼干，益生菌奶粉等等。

服用益生菌制品，需要考虑活菌在口服后经过胃和小肠环境的存活率问题。益生菌口服后，在胃部蠕动消化过程中将与胃部的胃酸直接接触，时间长达2-4小时，能够进入肠道的活菌才能发挥调节肠道微生态的作用。例如，人体内的双歧杆菌要在达到一定数量之后才能发挥其益生作用，目前普遍认为每克肠内含物中的活双歧杆菌量至少要达到1×107个左右,而且还要在肠道特定的部位才能发挥作用。所以能够让具有活性的益生菌菌进入肠道的益生菌制品才可以真正的起到实质调节肠道微生态，补充有益菌的功效。

考虑到口服益生菌制品需要通过人体消化道的要求，目前有相当多机构在研究活菌到肠的技术，在该领域主要研究方向有：

一、通过驯化方式培养出耐氧、耐酸和胆盐的特定益生菌菌种，再利用该菌种制作微生态活菌制剂；

二、采用微胶囊包埋技术，将益生菌使用挤压法、喷雾干燥法、冷冻干燥法和化学法等工艺包埋为微小颗粒；

二、采用多层滴丸工艺将益生菌做内层，再由外部多层保护材料包裹制成多层滴丸粒。

四、在选择益生菌菌株的时候就筛选能够耐胃酸耐肠液的品种【5】，通过体外胃肠道消化模拟耐受实验确认被筛选的菌株能够存活60%以上，通过这一关的筛选后，再对符合条件的菌株开展各项功效实验和开发。

第一种研究方向受能够驯化菌种种类限制，难以全面补充各类益生菌菌群，而且对多次驯化后的菌株是否已经变异，安全性有待验证，所以应用价值不高。第二种方向目前主要用于普通益生菌制剂的益生菌活性的保存，对于耐酸和胆盐的微胶囊技术，因过于复杂目前都还没有实现规模产业化，主要还是在实验室阶段【6】，第三种采用多层滴丸工艺做包埋的技术，已有日本森下仁丹株式会社生产的成熟产品上市，虽然日本有成熟的微生态三层活菌滴丸技术，但是并不对我国转让技术。而国内还没有相关自主生产的产品，国内的滴丸技术主要还是单层技术和双层爆珠等，主要用于中药滴丸制剂，比如复方丹参滴丸、穿心莲内酯滴丸、银黄滴丸等等。多层益生菌滴丸的粒径在1.5～3mm，优选采用三层结构，其中内层存储益生菌，中层用耐胃酸和胆盐物质，并且能耐受胃部的蠕动压力，保护内层益生菌可以安全到达大肠释放；外层使用具有较强硬度和隔离氧气材料无缝包裹，保证益生菌制品在运输与存储过程中与空气隔离，免受浮游菌污染，保持菌群活性。服用后将有足够数量的益生菌进入人体肠道形成菌群优势，提高益生菌定植成功率。比目前常规的益生菌制品更好的发挥菌株的功效。第四种方法是先筛选出耐酸耐胆盐的菌株，再研究菌株的实际功效，已经被证实是一种科学有效的方法。内蒙古农业大学的乳品生物技术与工程教育部重点实验室已经使用这种方法取得了很好的效果，筛选出了很多具有临床功效的乳酸菌类菌株，但是，短双歧杆菌，长双歧杆菌，婴儿双歧杆等菌株本身就不耐受胃酸和肠液，所以很难在这些菌属中筛选出来做进一步的功效研究，无形中就错失了许多优秀的双歧杆菌菌株。

微生态制剂随着现代科学技术的发展，建立更广泛的益生菌菌株菌库，发掘更多的高价值益生菌菌株，研究效率更高的筛选方法，比如：人工智能筛选，大数据初选等；开发更好的发酵培养、提纯、冻干生产技术。在产品端，研究新的制剂形式，使得产品更易于存储和保持菌的活性。

人们通过服用微生态活菌制品改善肠道菌群，促进身体健康，提高生活质量。在疾病治疗方面临床医学采用的是粪菌移植（FMT）的技术，该技术是将健康人粪便中的功能菌群移植到患者肠道内，重建新的肠道菌群，实现肠道及肠道外疾病的治疗。粪菌移植已经被临床医学指南及共识推荐用于治疗复发性或难治性艰难梭菌感染【7-9】、并推广应用于慢性便秘、腹泻、肠易激综合征和炎性肠病等肠道功能性和器质性病，以及自闭症、焦虑、抑郁症和帕金森、代谢系统和肿瘤免疫等疾病的治疗。粪菌移植首先科学筛选出健康的粪便供体，采集粪便后配制成菌液，或进行冻干处理成菌粉并灌装成胶囊。然后针对合适的病人，可以综合使用三种给药途径，一、结肠镜、结肠管输送菌液；二、鼻肠管输送菌液；三、服用粪菌胶囊，再结合药物或手术治疗。这种医疗技术已经取得了良好的效果，特别是同济大学附属第十人民医院结直肠病专科/肠道微生态诊疗中心自2012年开始开展FMT治疗以来，已经治疗了3575例患者，移植60000余次。

在2013年，美国FDA就把人类粪便视作一种未经批准的药物进行监管，同时FDA也认可，只要获得患者或其法定代理人对FMT疗法充分的知情同意，就可以对复发性CDI开展FMT治疗。即FDA已经将FMT疗法的粪便当作一种未批准的药物，同意进行临床试验研究。

粪菌移植FMT治疗技术后续将继续发展，提高菌液和粪菌胶囊的制备技术，追求实现标准化，工业化生产；探索新的更加无害和高效的给药方式，提高病人的接受度。发展供体和受体匹配的途径，进行精准分析的基础上个体化FMT。研究探索具有特定疾病治疗的标准化供体和高疗效的超级供体等。

参 考 文 献

【1】赵胜娟 罗红霞 任发政 李文亮 《益生菌调节肠道菌群的研究现状》乳品加工 2007.10.29；

【2】李军训,罗学刚,高洁,郝冉,张同存《益生菌的分类、生理功能与有效性评价研究进展》中国农业科技导报,2010 12（6）：49-55；

【3】吕锡斌，何腊平，张汝娇，李翠芹，张玲，朱秋劲《双歧杆菌生理功能研究进展》食品工业科技 Vol.34,No.16,2013；

【4】于勇，盛志勇 《抗生素对肠道菌群的不良影响》 解放军医学杂志1992年第17卷第1期；

【5】熊三玉,管斌,董书阁,王艳,郑君 《两歧双歧杆菌耐氧耐酸耐胆盐优良菌株的选育》中国食品添加剂 1006-2513(2007)02-0126-05；

【6】潘秋月 高红岩 南天月 袁芳 高彦祥《益生菌的微胶囊研究进展》食品科技 2014年 第39卷 第07期；

【7】Mullish BH，Quraishi MN，Segal JP, et al. The use of faecalmicrobiota transplant as treatment for recurrent or refractoryClostridium difficile infection and other potential indications：joint British Society of Gastroenterology (BSG) and HealthcareInfection Society (HIS)guidelines[J].Gut,2018,67(11):1920-1941.DO1:10.1136/gutjnl-2018-316818.

【8】Surawicz CM,Brandt LJ, Binion DG,et al. Guidelines for diagnosis, treatment, and prevention of Clostridium difficileinfections[J].Am J Gastroenterol，2013,108(4):478-499.DOI:10.1038/aig.2013.4.

【9】中华医学会肠外肠内营养学分会 中国国际医疗保健促进交流会加速康复外科分会 中国微生态治疗创新联盟 上海预防医学会微生态专业委员会 《菌群移植标准化方法学的建立与临床应用中国专家共识》 中华胃肠外科杂志 2020年7月 第23卷 ISSN 1671-0274 CN 44-1530/R

【10】张和平 孙志宏 《益生菌调节肠道菌群及其代谢发挥功效的研究进展》 内蒙古农业大学学报（自然科学版）第43卷 第5期 2022 年9 月 DOI：10. 16853/j. cnki. 1009-3575. 2022. 05. 013

【11】史志远1,2 陈璐萍1 李博星1 朱宝利1 律娜 《不同粪便DNA提取方法比较分析》生物工程学报. 2022,38(09) DOI：10.13345/j.cjb.220085

【12】荣立新1 鲁爽1 张保献2 《中药滴丸剂研究概况》中国实验方剂学杂志. 2013,19(20)

【13】熊倩 凡奎 吴昊欣 吴至久 《肠道菌群与功能性便秘相关研究进展》中国肛肠病杂志. 2022,42(09)

【14】胡彤1,2 庞智1,2,3 《炎症性肠病与肠道微生态》医学新知. 2022,32(04)