益生元与肠道微生态_沈定树

742中国微生态学杂志2013年6月第25卷第6期ChineseJournalofMicroecology，Jun．2013，Vol．25No．6

376X（2013）06-0742-03文章编号：1005-

【综述】

益生元与肠道微生态

沈定树，郑静

（台州医院检验科，浙江台州317000）

【摘

要】益生元是一种非消化的成分，通过选择性的剌激肠道中一种或少数种益生菌的增长和/或活性而对宿主有利。

具有抵抗致病菌侵入的天然功能。目前广泛研究的有果糖和半乳糖，体内与体外试验均表明不被正常人酶类所消化，在大肠中容易发酵，粪便内未能检出这种糖的成分。通过大肠细菌对益生元的发酵产生的短链脂肪酸是剌激双歧杆菌和乳杆菌增长的重要因素。应用现代技术获得了人肠道微生物细菌群的组成与种类的多样性。本文综述有关益生元的研究状况，强调益生元选择性剌激的机制和对人生理功能的影响。

【关键词】益生元；肠道微生态；生理影响

【中图分类号】Ｒ378

【文献标识码】A

PrebioticsandgutmicrobialecosystemSHENDing-shuZHENGJing

（TaizhouHospital，Taizhou317000，China）

【Abstract】Aprebioticis“anon-digestiblefoodingredientthatbeneficiallyaffectsthehostbyselectivelystimulatingthegrowth，thereby，increasethebody’snaturalresistancetoinvadingand/ortheactivityofoneoralimitednumberofbacteriainthecolon．”

pathogens．Theprebioticcarbohydratesthathavebeenevaluatedinhumansatpresentlargelyconsistoffructansorgalactans．Thereisconsistentevidencefrominvitroandinvivostudiesthatthesearenotdigestedbynormalhumanenzymes，butarereadilyfermentedbyanaerobicbacteriainthelargeintestine．Therearenoreportsoffaecalrecoveryofmeasurablequantitiesofprebioticcarbohydrates．Throughfermentationinthelargeintestine，prebioticcarbohydratesyieldshort-chainfattyacids，stimulatethegrowthofmanybacterialspeciesinadditiontotheselectiveeffectsonlactobacilliandbifidobacteria．Newmethodsarebeingappliedextensivelytohumangutmi-crobiologyandpromotethedegreeofreliabilityrequiredtodetectsubtlechangesincolonicmicrofloracompositionandtocorrelatesuchchangeswithhealthbenefits．Thispaperreviewedthepresentstatusofstudiesconcerningprebiotics，withemphasisonthemechanismsofselectivegrowthstimulation，andphysiologiceffects．

【Keywords】Prebiotics；Gutmicrobialecology；Physiologiceffects目前对肠道微生态环境调整的方法有两种，一是益生菌补菌，或为活菌补菌；二是肠道中益生菌的自身增菌，或为益生元补菌。前者研究较多的主要是双歧杆菌和乳杆菌，就目前的研究应用水平还存有许多不足，如细菌在肠道中的定植力，细菌在通过上消化道时能否被破坏掉，细菌在肠道的滞留时间以及益生菌产品的时效等。而后者则克服了这些不足，益生元能使肠道内的双歧杆菌成稳定的增殖，称之为双歧杆使肠道菌群保菌生长的底物（或称双歧杆菌生长促进因子），持一个良好的微生态平衡。1

益生元定义

益生元（Prebiotics）定义是GIBSON和ＲOBEＲFＲOID于1995年首次提出：益生元是一种不被消化或难以被消化的食物成份，这些成分通过选择性的剌激结肠内细菌的增殖和/或活性，从而对宿主的健康有益。2011年国际益生菌与益生元研究会对益生元部分有许多较详细的阐述

［1，2］

直肠与结肠切除术后的个体粪便中，或回肠远端与小肠的渗出物中亦能检测出未被消化吸收的益生元成分。（2）能被肠道细菌发酵：体外试验是将益生元成分加入到粪便或直肠容物中，或将益生元加入到纯菌或混合菌的培养物中，在厌氧环境培养后，分别判断益生元的发酵功能；体内试验通常是将益生元混入到食物或饮水中喂养小鼠，在规定时间内将动物杀死，取其粪便和胃肠容物用以检测膳食中的益生元经过细菌发酵后的降解产物，主要是呼吸氢和相应的糖类成分。（3）能选择性的剌激肠道菌群的生长和/或活性：由于肠道在不同的区段存在着细菌群的多样性与复杂性，实际上完全具备特异许多研究亦选择性剌激双歧杆菌生长的益生元至今尚没有，

也可被大表明低聚糖在肠道中除可剌激双歧杆菌的生长外，量包括肠杆菌在内的各种细菌的发酵与利用。因此，联合国粮农组织（FAO）的益生元专门会议上对益生元的定义作过补充

［3］

。主要为：（1）

不被消化：采用体外试验和以无菌小鼠的体内试验均证明该益生元具有抗胃酸、抗消化酶类和不能被肠道吸收的功能；在

：益生元是一种无生命的食物成分，与肠道微生物菌群的

调节一道而有益于宿主的健康。可见肠道微生态环境的改善并非只要对某一特定菌群如双歧杆菌的剌激，而应把肠道菌群作为一个整体，不应忽视其他菌群对益生元的代谢活性而所发挥的作用。2

结肠的细菌群与益生元的发酵

人体大肠是一个细菌种类多样且又代谢活跃的器官，现

【收稿日期】2012-11-20

【作者简介】Email：shen_沈定树，男，从事临床微生物研究工作，

dshu@sina．com

代的宏基因组学的研究表明，在结肠内有1000多不同种类的

11

细菌残留，内容物中含有细菌群落为101～102CFU/g。由

的糖部分可与兔疫细胞上的受体相互作用。虽然目前特异的果糖受体还未鉴定出，但已在免疫细胞上鉴定出β-葡聚糖和甘露糖的受体。体外研究证明果糖能改变非调理素的吞噬作用，提示在免疫细胞上有果糖受体存在。4

益生元与膳食纤维和功能性食品

1果聚糖，目前能满足益生元研究的标准品是β2-包括菊这两种益生元被广泛用于免疫调糖（IN）和低聚果糖（FOS），

节机制的研究。其它糖类如低聚半乳糖（GOS）、乳果糖、异麦芽寡糖等均被认为是研究益生元的候选品。益生元作为一种功能性低聚糖，由2～10个相同或不同的单糖以糖苷键聚合而成，具有糖类的某些共同特性，因此可直接替代糖类作为配料加入到食品中。

膳食纤维是平衡膳食结构必要的营养素之一，是指不易被人体消化吸收的以多糖类为主的大分子物质的总称。包括植物性木质素、纤维素、半纤维素、果胶、动物性壳质、胶原等；还应包括抗性淀粉、果聚糖、葡聚糖、菊糖等耐消化的低聚糖类物质。由于膳食纤维体积大，可促进肠的蠕动，同时，膳食纤维在肠道经细菌发酵过程中能直接吸收水分，起到预防便秘的作用。很显然，膳食纤维是一种结肠食物，虽然不被胃肠消化，但能被肠道细菌利用为碳源，给宿主提供营养和能量，有利健康。然而这类物质在肠道中无论是有益菌或有害菌均因而无选择性。故不能称其为益生元。因此，益能对其利用，

但并非所有膳食纤维都具有益生生元可以是一种膳食纤维，元的功效。

益生元是一种功能性食品。功能性食品的慨念至今未能在全世界范围内形成统一的定义。欧洲食品研究会关于功能性食品的特性包括：（1）作为载体成分能存在于日常食品中；（2）天然存在于食物中；（3）被证明对宿主的健康有益，具有靶功能且其价值优于基础营养成分；（4）通过对人体营养干扰试验表明能降低疾病的危险因素，能改善人体的生理、心理和行为的生命质量5

［8］

［7］

pH适宜，于结肠的内容物移动缓慢、使细菌容易获取营养物质而长期存留。这些细菌以乳杆菌和双歧杆菌为主，对维持肠道的正常功能与代谢起重要作用。肠道微生物的组成及其代谢活性与人体的健康与疾病密切相关，虽然其影响的机制但迄今的研究认为：（1）结肠内益生菌的增加尚未完全清楚，

对致病菌具有抑制性，能保持肠道的微生态平衡和对代谢底物的竟争性；（2）细菌通过对益生元糖的发酵产生SCFA，主要是丁酸、乙酸和丙酸的代谢而为肠壁细胞供给能量，以供人体需要；（3）增强肠内大便的膨胀和蠕动；（4）调节免疫系统，特别是肠相关淋巴样组织（GALT）的免疫活性；（5）调节肠壁细L细胞（en-胞的基因表达和细胞的识别，包括结肠的内分泌-5］

docrineL-cells）［4，。

SCFA无论在结肠内或是对全身的免疫水平而言均有重能被吸收进入血流，能在发酵要作用。SCFA是水溶性物质，

中产生SCFA的细菌种与数量的变化显著的影响肠腔内致病菌与益生菌的竟争趋势。胃肠上部未被消化和吸收的物质如抗淀粉、非淀粉类多糖（纤维素、半纤维素、胶质）、糖醇、非消化低聚糖等经过细菌的发酵作用产生能量，这种发酵途径是细菌利用多种酶类消化糖类中的己糖产生丙酮酸，为肠上皮细胞和其它细菌提供能量。同时发酵中产生的气体还能彭胀粪便利于排泻。结肠上皮细胞优先利用丁酸为其能量的提供者，被认为是决定结肠上皮细胞的代谢活性与增殖的关键营养因子。对预防结肠癌和溃疡性结肠炎具有重要功能。乙酸存在于肝血流中，主要通过肝脏的代谢，其他器官如脑、心脏与骨骼肌也有乙酸代谢。丙酸在肝脏中主要是用作葡萄糖异生作用的底物，如果干扰丙酸的合成可以降低肝脏产生胆固醇的水平。宿主每天所需能量的7%～8%是由肝脏和肌肉对SCFA的进一步代谢来提供的。细菌发酵产生的SCFA能降低肠腔内的pH，进而抑制致病菌生长，减少毒性物质如铵、胺和酚类化合物的形成，并能抑制某些腐败菌酶的活性3

益生元的作用机制

益生元有益于宿主健康的确切机制尚需进一步研究证实。肠道菌群对益生元的发酵并促进有益菌数量的增长是影响宿主免疫力的主要因素。首先，双歧杆菌数量的增长增加了与腐败菌对肠上皮结合点和对营养物质的竟争优势，从而抑制了腐败菌的生存率。肠道有益菌能穿过肠道屏障进入到peyer'spatches内，并激活免疫细胞。但也有研究认为并不是有益菌本身穿过了肠内屏障，而是细菌的胞壁成分或胞质抗原穿过屏障。双歧杆菌和乳杆菌还能产生抑制腐败菌生长与存活的抗菌物质。第二，益生元通过双歧杆菌的发酵所产生的SCFA还具有下列功能：（1）结肠环境的酸化对某些腐败菌如拟杆菌属、梭菌属和大肠埃希菌类有害。（2）结肠环境的酸化有利于粘液素的产生，能改善肠黏膜的生态环境，降低腐败43）能菌的移殖和移位。（3）SCFA受体（G蛋白偶联受体41、结合到肠道相关淋巴组织（GALT）的免疫细胞上。（4）丁酸能减少上皮细胞对谷酰胺的需求，还可以改变上皮细胞基因8和单核细胞趋化蛋白1），表达（如IL-从而依次改变上皮细胞对黏膜免疫系统的信号传递。第三，益生元通过改善肠道有益菌的调节机制来影响宿主的免疫力，具报道益生元分子

［6］

。

。益生元对老年人健康的影响

已有证据表明，老年人肠道微生物群的种类与数量与年

轻人有很大的不同，特别是双歧杆菌的数量呈明显的下降，其可能与老年人饮食结构的改变、抗生素的机制还不完全清楚，

应用和肠道受体位置的变化有关，因此加大了老年人患病的危险因素。HAMILTON等

［9］

随机选取37例年龄在50岁以上

的志愿者观察益生元对肠道菌群的影响，每天服用低聚乳糖4g，连续3周后，取其粪便采用分子学技术检测微生物群的种类并作计数，结果表明，服用低聚乳糖的志愿者的双歧杆菌数量显著高于对照组，并在粪便中检测出细菌发酵产物丁酸量的增加。作者认为随着年龄增加而肠道中的双歧杆菌数量的下降可以通过增加益生元的摄入来改善。

随年龄增加也伴随着免疫力衰退（Immunosenescence）。HOPKINS等［10］对鼠研究表明，服用低聚果糖能增加吞噬细胞对病原体的吞噬能力并增加淋巴细胞的水平。ＲEUTEＲ等

［11］

对77至79岁年龄志愿者每天服用8克的低聚果糖连续

+

3周后，粪便双歧杆菌数呈明显增加，淋巴细胞总数（CD4

andCD8+）显著增加。ASPINALL等［12］对44例健康老年人（65～80岁）服用低聚乳糖的的结果表明，β-低聚乳糖能增加双歧杆菌数量。增加吞噬作用，增加NK细胞的活性，增加

IL-10细胞因子的水平，6、IL-1β而减少促炎症细胞因子（IL-a）水平。和TNF-6

益生元对婴儿肠道功能的影响

婴儿刚出生时的肠道是无菌状态，之后的一周内便有细其种类与数量与分娩时的环境、分娩方式、母体的菌的植入，

菌群组成、营养状况和药物的使用有关。刚出生婴儿特别是容易透过抗原而引起肠黏早产儿的肠道屏障功能尚不成熟，

膜不同程度的损害，婴儿易受感染。渗透性的增加导致肠道也容易引起婴儿对食物的过敏反应。因此极早的菌群失衡，

建全婴儿的肠道屏障功能至关重要。母乳喂养的婴儿比人工喂养的婴儿更不易患病和被感染，其原因之一就是母乳中存在有益生元低聚糖。母乳喂养的婴儿在6～7天时的肠道菌群中以双歧杆菌为主，而以人工喂养的婴儿肠道菌群双歧杆其细菌种类多样。双歧杆菌能激活免疫系统，抑制菌数较少，

致病菌的生长，有利于保护宿主的肠道功能。研究表明，人母乳中含有1．0%～1．2%的低聚糖类，其组成成分非常复杂，已鉴定出130多种不同结构的低聚糖。目前人工提取合成的低聚糖尚无一种能与人母乳中低聚糖的结构完全一致，比较公认的低聚半乳糖和低聚果糖中有许多核心分子与人母乳中低聚糖相似。据报道采用90%的低聚半乳糖和10%的低聚果糖，以0．8g%比例制成婴儿混合配方食品，对早产儿和足月并设置人母乳喂养组和未用混合配方食品儿进行人工喂养，

混合配方喂养组的双歧杆喂养组与其作为对照。结果表明，

菌数显著高于未采用混合配方喂养组，与人母乳喂养组非常相似。而且粪便中产生的SCFA的量与人母乳喂养组相一致。作者认为益生元低聚糖在婴儿出生后免疫系统的发展中有重要作用7

［13，14］

NATHALIE等［16］对24名高胆固醇患者，每天给食低聚果糖18g，6周后胆固醇下降8．6%，LDL下降14．4%。双歧杆菌能产生胆酸水解酶，使结合胆酸成为游离胆汁酸，在pH6．0时，游离胆汁酸同胆固醇结合为沉淀物随粪便排出。双歧杆菌与低聚果糖本身亦可吸附胆固醇而有效调节血脂。【参考文献】

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。

益生元对矿物元素的影响

不少研究已证实，食用功能性低聚糖能有助于人体对钙、

镁、磷和铁等矿物元素的吸收，可以促进儿童的生长和防止骨质疏松。其机制虽未完全搞清，但在很大程度上是依赖低聚糖被发酵后生成的有机酸，使肠道pH下降，导致小肠内所形磷酸盐、镁构成的复合物发生溶解后而被容易吸收。成的钙、

动物试验研究表明，菊糖、低聚果糖、低聚葡萄糖和低聚半乳特别是镁、钙和铁。糖能剌激多种矿物元素的吸收与滞留，

LEECOLE等［15］报道青少年志愿者试验结果，少年者每天食钙的吸收率增加26%；青年者每天食入菊糖入低聚果糖15g，

40g，钙的吸收率可增加58%，因此认为低聚果糖对钙吸收效果明显，低聚半乳糖次之，而异麦芽糖则没有这种功效8

益生元对脂质代谢的影响

在益生元对脂质影响的研究报道中，主要是集中在菊糖和低聚果糖。动物和人体的试验研究表明，功能性低聚糖可以调节肝脏中脂肪的代谢机制，食入低聚果糖能调节血糖、血压和降低胆固醇的功效。NATHALIE等

［17］

［16］

。

用10%的菊糖与

低聚果糖混合物喂养大鼠，可以明显降低血清中的甘油三酯胆固醇含量，提高HDL/LDL的比值。低聚果糖降低甘油三酯的机制是由于肝脏通过抑制乙酰辅酶A羧化酶、脂肪酸合成ATP柠檬酸裂解酶、6-酶、苹果酸酶、葡萄糖-磷酸脱氢酶的产生，从而减少了新生脂肪酸合成。低聚果糖能降解脂肪合成酶基因表达，给小鼠喂养低聚果糖后，其血清中的胰岛素与血糖水平明显降低，可见低聚糖的摄入显著影响到糖类的代谢。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4mxq.html