腸道益生菌對骨代謝的影響

劉洲君 胡詠新 劉超

·綜述·

腸道益生菌對骨代謝的影響

劉洲君 胡詠新 劉超

研究發(fā)現(xiàn)腸道益生菌對骨代謝有正性調(diào)節(jié)作用，對骨骼健康有益。乳酸菌和雙歧桿菌是主要研究對象，腸道益生菌通過多種機制促進(jìn)維生素D合成，提高礦物質(zhì)利用度，增加血鈣水平，降低甲狀旁腺激素水平，增加骨密度和骨礦含量，可能有助于抑制骨質(zhì)疏松。

益生菌；骨礦含量；骨密度；骨質(zhì)疏松

原發(fā)性骨質(zhì)疏松是最常見的代謝性骨病。目前，歐洲、日本及美國有7.5億人患有骨質(zhì)疏松，預(yù)計2020年有50%的美國人會發(fā)展為骨量低下?？构琴|(zhì)疏松治療近來受到重視并被廣泛研究，近年發(fā)現(xiàn)食用益生菌也是抗骨質(zhì)疏松的方法之一。

人體正常腸道細(xì)菌也包含益生菌組分，這些益生菌可產(chǎn)生短鏈脂肪酸和乳酸代謝終末產(chǎn)物，臨床上發(fā)現(xiàn)這些細(xì)菌可治療及預(yù)防腸道內(nèi)和腸道外來源的疾病。最近的研究還發(fā)現(xiàn)腸道細(xì)菌對骨骼健康有益，腸道益生菌可通過多種機制提高骨密度和骨礦含量，其中研究最多的細(xì)菌是乳酸菌和雙歧桿菌，以下對其研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 益生菌在動物實驗中對骨代謝的影響

在絕經(jīng)后動物模型的研究中發(fā)現(xiàn)，不同菌株如乳酸菌和雙歧桿菌可能增加卵巢切除小鼠或大鼠的骨密度[1-3]。Chiang和Pan[2]給卵巢切除小鼠1×108CFU/ml副干酪乳酸菌和植物乳桿菌，檢查雙側(cè)股骨，結(jié)果顯示，與未喂食這類益生菌的模型動物相比，喂食了益生菌的小鼠骨小梁數(shù)量更多。另一項研究發(fā)現(xiàn)， 經(jīng)羅伊氏乳桿菌 ATCC PTA 6475 (L.reuteri)菌株治療的小鼠，骨吸收標(biāo)志物和活化劑以及破骨細(xì)胞生成均明顯下降，在體外研究中，骨髓CD4+T淋巴細(xì)胞可促進(jìn)破骨細(xì)胞生成，L.reuteri可抑制由于卵巢切除誘導(dǎo)的骨髓CD4+T淋巴細(xì)胞的增加，直接抑制破骨細(xì)胞生成，同時L.reuteri可改變卵巢切除鼠腸道的微生物群，研究者認(rèn)為L.reuteri治療是減少絕經(jīng)后骨丟失簡單而有效的方法[3]。

一項關(guān)于干酪乳酸菌、羅伊氏乳桿菌和加氏乳桿菌的研究還發(fā)現(xiàn)，給發(fā)育期小鼠喂食這些益生菌，與對照組相比，其鈣的吸收會明顯增加，骨的重量增加35%[4]。另外，Kim等[5]指出雖然與對照組相比，卵巢切除大鼠的骨密度下降，但是注射發(fā)酵牛奶中所含的干酪乳酸菌393后，這些大鼠的骨密度得到明顯改善，對照組骨斷裂強力(骨強度)比卵巢切除組強，但是給卵巢切除組喂食發(fā)酵牛奶后，其骨強度與對照組沒有區(qū)別。Sadeghi[6]將160只肉仔雞隨機分為對照組、益生菌治療組、感染腸炎沙門菌組及感染腸炎沙門菌-益生菌治療組4組，在21 d時，益生菌治療組脛骨灰分、鈣含量最高，而感染腸炎沙門菌組最低，感染腸炎沙門菌-益生菌治療組脛骨灰分、鈣含量有所增加(P<0.05)。而隨著仔雞的生長，腸道沙門菌帶來的不良影響和益生菌對骨代謝的影響均減弱，在42 d后對脛骨灰分、鈣含量則沒有影響。

發(fā)酵的花椰菜中長雙歧桿菌對骨骼健康同樣有益，研究者按喂食食物不同將雄性大鼠分為4組：正常飲食對照組、高脂飲食組、高脂+花椰菜組和高脂+長雙歧桿菌組，與正常飲食對照組相比，高脂+花椰菜組和高脂+長雙歧桿菌組的血清總膽固醇、血清有效抗氧化劑水平更高，在牙周，谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽比正常飲食對照組高34%；另外，與正常飲食對照組相比，高脂+花椰菜組大鼠只有少量抗酒石酸酸性磷酸酶陽性的破骨細(xì)胞，而抗酒石酸酸性磷酸酶是骨吸收和破骨細(xì)胞活性的良好標(biāo)志物，提示長雙歧桿菌可以抑制破骨細(xì)胞活性[1]。

但是Rodrigues等[7]對長雙歧桿菌和雪蓮果粉的研究結(jié)果與前述研究矛盾，該研究包含32只雄性Wistar大鼠，分為AIN-93G飼料對照組(C組)、雪蓮果粉組(Y組)、飼料+長雙歧桿菌組(B組)、雪蓮果粉+長雙歧桿菌組(YB組)。研究者評估每日攝入的食物、周次體重，從而通過體重/總攝入食物量計算食物效率系數(shù)，他們發(fā)現(xiàn)處理28 d后，大鼠體重、食物總攝入量和飼料轉(zhuǎn)化效率沒有變化，而鈣、磷和鎂等礦物含量在B組及YB組是升高的，但Y組、B組、YB組與C組之間，股骨厚度、長度和骨折強度沒有發(fā)現(xiàn)差異。

在動物體外實驗中，有學(xué)者從生長8～12周的雌性小鼠的股骨和脛骨取得骨髓細(xì)胞，研究細(xì)菌成分對成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的影響，發(fā)現(xiàn)瑞士乳桿菌可增加骨密度，通過檢測培養(yǎng)的成骨細(xì)胞中鈣的沉積，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵乳乳清中的瑞士乳桿菌濃度在1×10-5、1×10-4和1×10-3時均可以使成骨細(xì)胞活性增加1.3～1.4倍。但在體外破骨細(xì)胞培養(yǎng)中，沒有發(fā)現(xiàn)其對骨形成的作用[8]。

2 益生菌在人體試驗中對骨代謝的影響

基于動物實驗的結(jié)論，益生菌對人體骨代謝影響的研究也逐漸增加。在一項針對20名平均體重指數(shù)為26 kg/m2的65歲絕經(jīng)后婦女的隨機雙盲交叉研究中，研究對象被分為進(jìn)食瑞士乳桿菌發(fā)酵乳組及不含益生菌乳組，洗脫期為6 d。在研究開始前，所有研究對象進(jìn)食含600 mg鈣的奶制品，避免因鈣量的不同影響晨尿鈣的量，研究評估血清甲狀旁腺激素、離子鈣、鈣、磷和0, 1, 2, 4, 6，8 h的1型膠原羧基末端終肽以及0, 2, 4, 6和8 h的尿鈣和尿肌酐水平。結(jié)果顯示，發(fā)酵乳中的乳酸菌可明顯降低甲狀旁腺激素水平，增加血清鈣水平，最終減少絕經(jīng)后婦女的骨吸收。與對照組相比，攝入瑞士乳桿菌發(fā)酵乳組血清離子鈣、總鈣、磷酸鹽和尿鈣更高[9]。

3 益生菌影響骨代謝的機制

3.1 益生菌產(chǎn)生短鏈脂肪酸 維生素A、B、C、D、E和K參與鈣的代謝，是骨形成的必需元素，益生菌可促進(jìn)維生素的合成[10-11]。另外，益生菌產(chǎn)生短鏈脂肪酸，通過其溶解作用提高礦物質(zhì)吸收，降低甲狀旁腺激素水平[12]。

3.2 益生菌產(chǎn)生植酸酶 谷物所含礦物質(zhì)可被植酸所包圍，鋅、鐵、銅和鈣等礦物質(zhì)的利用度會被植酸抑制[13]。而益生菌產(chǎn)生的植酸酶可抑制植酸作用，從而釋放這些礦物質(zhì)，在低鈣、低磷飲食中加入植酸酶可改善生長能力、骨質(zhì)及磷的利用[14]。

3.3 益生菌產(chǎn)生生物活性肽 腸道乳酸菌和雙歧桿菌可水解富雌激素活性食物的糖苷鍵，而富含雌激素活性的食物也可增加礦物質(zhì)的生物利用度[2]。一些益生菌產(chǎn)生的多肽可發(fā)揮生物功能，被稱為生物活性肽。不同的益生菌產(chǎn)生不同的生物活性肽[15]。瑞士乳桿菌產(chǎn)生的脯氨酰包含的多肽為異亮氨酰-脯氨酰-脯氨酸和異戊氨酰-脯氨酰-脯氨酸，可以增加礦物質(zhì)利用度；另外，一些多肽雖然不能被吸收，但可以使礦物質(zhì)從非溶解離子中釋放出來，因此提高礦物質(zhì)的吸收。研究還發(fā)現(xiàn)兩歧雙歧桿菌MF20/5發(fā)酵乳與異亮氨酰-脯氨酰-脯氨酸、異戊氨酰-脯氨酰-脯安酸均有抑制和防止血管緊張素Ⅰ轉(zhuǎn)化成血管緊張素Ⅱ的作用,其中兩歧雙歧桿菌MF20/5發(fā)酵乳作用最強。體外研究發(fā)現(xiàn),血管緊張素Ⅱ抑制成骨細(xì)胞分化和礦化結(jié)節(jié)形成，并且是骨骼脈管系統(tǒng)中的血管收縮劑，可減少組織供血[9,16-17]。瑞士乳桿菌發(fā)酵乳還可通過酪蛋白磷酸肽(CPP)減少骨丟失，研究發(fā)現(xiàn),牛奶在腸道內(nèi)消化產(chǎn)生CPP，而CPP可增加卵巢切除大鼠鈣的生物利用度，預(yù)防骨質(zhì)疏松[5,18]。

3.4 益生菌提高抗氧化作用及減少腸道炎性反應(yīng) 人體原代骨髓細(xì)胞培養(yǎng)研究顯示，過氧化氫激活抗酒石酸酸性磷酸酶陽性的多核巨細(xì)胞，增加破骨細(xì)胞活性，增加與破骨細(xì)胞分化有關(guān)的巨噬細(xì)胞集落刺激因子、核因子-κ B受體活化因子配體的表達(dá)，使核因子-κ B受體活化因子配體/護(hù)骨素比值增加，因此，氧化應(yīng)激刺激破骨細(xì)胞分化形成，與骨吸收增加有關(guān)[19]。而長雙歧桿菌可通過下調(diào)核因子-κB基因表達(dá)，提高牙周抗氧化狀態(tài)。在牙槽骨質(zhì)丟失過程中，誘導(dǎo)型一氧化氮合酶是重要的炎性反應(yīng)因子，長雙歧桿菌在牙周組織中可下調(diào)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶基因的表達(dá)，因此，免疫調(diào)節(jié)作用和抗氧化作用對牙槽骨表面的破骨細(xì)胞分化產(chǎn)生抑制作用[1]。

攝入益生菌可以減少腸道炎性反應(yīng)，從而增加骨密度[20]。羅依雙歧桿菌6475可減少全身促炎性細(xì)胞因子水平，從而增加骨體積分?jǐn)?shù)；同樣，它可減少空腸和回腸中促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)。羅伊氏乳桿菌6475可提高鈣的溶解度、減少腸道上皮細(xì)胞炎性反應(yīng)，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的運輸，從而增加鈣的吸收，影響骨代謝。該研究來源于動物實驗，除了代謝的不同，人體和嚙齒類動物如大鼠的胃腸道生理、解剖和生物化學(xué)均有區(qū)別，這些差異可引起攝入營養(yǎng)物質(zhì)和藥物吸收的明顯差異。目前在胃腸道中發(fā)現(xiàn)大約有400種不同的微生物，腸道微生物群參與各種影響營養(yǎng)物質(zhì)吸收的化學(xué)物質(zhì)的代謝。

綜上所述，無論動物實驗或人體研究，均明確了益生菌對骨骼的有利影響，因此增加益生菌的攝入可能是增加礦物質(zhì)吸收，改善骨密度的安全有效的方法。但益生菌對骨代謝影響機制的研究多源于動物實驗，其對人類骨代謝的影響及作用機制仍需要進(jìn)一步探討。

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Effectsofintestinalprobioticsonbonemetabolism

LiuZhoujun,HuYongxin，LiuChao.

EndocrineandDiabetesCenter,JiangsuProvinceHospitalonIntegrationofChineseandWesternMedicine,NanjingUniversityofTraditionalChineseMedicine,Nanjing210028,China

LiuChao,Email:liuchao@nfmcn.com

Studies showed a positive effect of intestinal probiotic on bone metabolism, which is good for bone health. Most of the investigated bacteria are Lactobacillus and Bifidobacterium. The probiotics could promote the synthesis of vitamin D and increase the bioavailability of the minerals by various mechanisms, which leads to increased bone mass density and bone mineral content followed by increasing serum calcium level and reducing parathyroid hormone level. The probiotics may be helpful for inhibiting osteoporosis.

Probiotics; Bone mineral content; Bone mass density; Osteoporosis

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2016.01.014

210028 南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬江蘇省中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院 內(nèi)分泌代謝病院區(qū)

劉超，Email: liuchao@nfmcn.com

2015-05-24)