腸道微生態(tài)與嬰幼兒免疫

李在玲 張 婷 陳同辛 武慶斌 黃志華 盛曉陽

1.北京大學第三醫(yī)院（北京 100191）； 2.上海交通大學附屬兒童醫(yī)院（上海 200062）；3.上海交通大學醫(yī)學院附屬上海兒童醫(yī)學中心（上海 200127）；4.蘇州大學附屬兒童醫(yī)院（江蘇蘇州 215025）；5.華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院（湖北武漢）；6.上海交通大學醫(yī)學院附屬新華醫(yī)院（上海 200092）

人類腸道是一個生態(tài)系統(tǒng)，存在大量的微生物，腸道微生態(tài)即為腸道微生物群與其宿主之間相互作用、相互影響的統(tǒng)一體[1]。腸道微生物由細菌、病毒、真菌等構(gòu)成，其中主要為細菌，腸道菌群作為腸道微生態(tài)的重要組成部分，對宿主健康有極大的影響[2-3]。大量研究顯示，腸道菌群的生理功能主要包括，生物拮抗（防御感染）、參與營養(yǎng)吸收及代謝、參與免疫系統(tǒng)成熟和調(diào)節(jié)免疫應答等[3]。在生命早期1 000 天建立健康的腸道菌群，對腸道黏膜免疫系統(tǒng)和全身免疫系統(tǒng)的發(fā)育和成熟具有重要作用，尤其是嬰幼兒期[3]。母親孕期、分娩時及出生后多種因素影響嬰幼兒腸道菌群的定植及構(gòu)成。益生菌、益生元、共生元等，具有維持或調(diào)整微生態(tài)平衡、防治疾病和增進宿主健康的作用，因而日益受到關(guān)注。本文綜述腸道微生態(tài)與嬰幼兒免疫的關(guān)系。

1 腸道微生態(tài)與健康

1.1 抵御病原體

腸道菌群通過主動限制病原體在腸道內(nèi)定植，參與人體對病原體的抵御過程。腸道正常菌群大多為專性厭氧性細菌，這些專性厭氧菌在數(shù)量上占有絕對優(yōu)勢，可通過爭奪營養(yǎng)而抑制潛在致病菌的生長和繁殖[5]。腸道正常菌群能酵解食物產(chǎn)生短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）、次級膽汁酸和細菌素等抗菌 物質(zhì)，對腸道內(nèi)的潛在致病菌起抑制或殺滅的作用[4]。腸道正常菌群可促進腸上皮細胞的生長和變化，從而影響腸上皮屏障的發(fā)育、結(jié)構(gòu)及功能[3,5]。腸道正常菌群能夠刺激免疫系統(tǒng)，改變噬菌體對細菌的影響[3-5]。

1.2 驅(qū)動免疫系統(tǒng)發(fā)育成熟

目前研究認為，腸道菌群是最重要的微生物刺激來源，是驅(qū)動出生后免疫系統(tǒng)發(fā)育成熟和誘導、維持免疫反應穩(wěn)態(tài)的基本因素。腸道上皮細胞、菌群和免疫細胞之間的相互作用對腸道局部免疫產(chǎn)生影響。腸上皮細胞提取由細菌代謝物、細菌成分和細菌本身構(gòu)成的腸道菌群信號，調(diào)節(jié)腸黏膜屏障并向固有層免疫細胞傳遞，適應腸道環(huán)境變化；并且通過物理和化學屏障分隔腸道菌群和宿主免疫細胞，避免產(chǎn)生過度免疫反應，維持共生關(guān)系。腸道菌群通過代謝物及致病菌成分調(diào)節(jié)宿主免疫防御和耐受，誘導先天性及適應性免疫功能的成熟，維持腸道穩(wěn)態(tài)；腸道免疫細胞反過來可直接或間接地影響腸道菌群，通過免疫反應調(diào)整腸道菌群組成、多樣性和遷移[6]。

sIgA由腸黏膜分泌，對腸道免疫功能起著重要作用。sIgA對菌群應答可用于判斷腸黏膜免疫發(fā)育是否健康。腸道微生態(tài)還參與口服免疫耐受形成，包括對無害食物和腸道菌群的耐受[7-8]。腸道微生態(tài)還通過均衡細胞因子合成和釋放而調(diào)節(jié)腸道免疫炎性反應，并通過抑制腸黏膜過度生成炎性因子而降低系統(tǒng)性全身性免疫應答反應。研究表明，腸道菌群的免疫應答穩(wěn)態(tài)取決于多種因素，先天性及適應性免疫系統(tǒng)共同提供了菌群與宿主上皮層間的生化屏障，減少菌群與上皮細胞的直接接觸；菌群產(chǎn)生的信號在上皮細胞或樹突細胞的介導下直接或間接與 CD 4+T 細胞互相作用，影響后者分化為Th 1、Th 17、調(diào)節(jié)性T 細胞（regulatory cell，Treg）、Th2、自然殺傷T細胞（natural killer cells，NKT）等；菌群還可以通過不同的途徑影響自身免疫性疾病及炎癥性疾病[9]。

1.3 代謝與營養(yǎng)作用

腸道菌群的代謝和營養(yǎng)作用主要發(fā)生在結(jié)腸。腸道菌群能夠利用來自上消化道不被人體消化和吸收的食物殘渣、各種消化道分泌物及死亡脫落的上皮細胞、死亡細菌的殘骸等，進行代謝和生物合成，一方面使這些物質(zhì)進一步被分解排出體外，另一方面合成一些人體必需的營養(yǎng)物質(zhì)，維持人體健康，并且其代謝產(chǎn)物在調(diào)節(jié)宿主免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等生理功能方面也發(fā)揮著重要作用[10-11]。一項對1 004對雙胞胎糞便樣本宏基因組測序研究發(fā)現(xiàn)，菌群代謝途徑在不相關(guān)個體之間存在廣泛共享；71%的糞便代謝物與15%的血液代謝物間的“對話”與菌群有關(guān)；同時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)甲烷菌與肥胖有關(guān)[12]。另一項有關(guān)菌群與肥胖的研究提示，無論是動物還是人體，肥胖與腸道菌群間存在關(guān)聯(lián)，人類肥胖個體的厚壁菌豐度增加、擬桿菌減少，菌群多樣性降低；而動物實驗證實菌群和體內(nèi)脂肪增加的因果關(guān)系；菌群可影響能量獲取、饑餓/飽足信號、食物通過腸道的時間，飲食與菌群互相作用產(chǎn)生的炎癥和腸道損傷也可促進肥胖[13]。來自瑞典的一項報告顯示，1 型糖尿病遺傳風險與腸道菌群的明顯變化有關(guān)，核心微生物組和β多樣性隨人類白細胞抗原危險組和基因型而異[14]。

研究還發(fā)現(xiàn)，在健康狀態(tài)下人體腸道和共生菌群的良性互動使雙方共同利用微量營養(yǎng)素；共生菌可釋放和攝取能螯合金屬的α-羥基酸，并消化植酸和血紅素等食物分子，為自身和宿主提供鋅和鐵；發(fā)生感染和炎癥時，人體會啟動“扣押”鋅和鐵的“營養(yǎng)免疫”機制，而致病菌會通過釋放鐵載體等方式與共生菌競爭有限的鋅、鐵資源；部分腸道細菌可合成B 族維生素與無法合成的細菌和人體共享，促進菌群穩(wěn)定和多樣性[15]。

腸道菌群還與藥物代謝有關(guān)，有研究鑒定出19 種常用藥物與糞便宏基因組特征存在關(guān)聯(lián)。如口服類固醇與炎癥性腸病患者的史氏甲烷短桿菌增加相關(guān)，選擇性五羥色胺再攝取抑制劑抗抑郁藥與腸易激綜合征患者的細枝真桿菌增加相關(guān)，二甲雙胍與大腸桿菌和菌群代謝潛力變化相關(guān)；對同時服用多種藥物進行校正后，質(zhì)子泵抑制劑（proton pump inhibitors，PPI）、二甲雙胍、抗生素和瀉藥與菌群組成和微生物通路變化的關(guān)聯(lián)性最強；15種藥物的使用與菌群的抗生素耐藥基因增加相關(guān)[16]。

1.4 菌群與其他系統(tǒng)的相關(guān)性

越來越多的證據(jù)表明，腸道菌群與心理健康和行為之間存在由腦-腸軸介導的關(guān)聯(lián)，后者包括情緒和應激反應。另外，腸道菌群可以通過免疫信號轉(zhuǎn)導（例如促炎和抗炎細胞因子，趨化因子和免疫細胞）、內(nèi)分泌以及神經(jīng)通路來調(diào)節(jié)大腦功能及發(fā)育。相反的，大腦可以通過神經(jīng)遞質(zhì)影響免疫功能并通過皮質(zhì)醇水平、腸動力以及滲透性的改變，影響腸道[17]。

除了“腸-腦軸”，“腸-肺軸”的概念也逐漸被熟知。研究表明，環(huán)境污染物、抗生素使用等能影響腸道和肺部微生物群的組成，導致菌群失調(diào)和“腸-肺軸”雙向交互機制失衡，造成機體對呼吸道和食物過敏原的高敏感性和過度反應，從而增加哮喘和其他過敏性疾病的發(fā)生風險[18]。

2 建立健康腸道微生態(tài)對嬰幼兒免疫的意義

2.1 生命早期微生態(tài)的建立

生命早期1 000 天，即從母親受孕到嬰兒出生后第二年，是嬰兒發(fā)育的機遇窗口期。腸道微生態(tài)的動態(tài)發(fā)展與腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)育相輔相成。微生物群是在出生時獲得的，并與宿主平行發(fā)育。最近的研究已經(jīng)從胎盤、羊水、臍帶和胎糞中鑒定出微生物，這些微生物對孕婦有益，支持胎兒成長，并可能在哺乳期幫助滿足能量需求[19]。

在嬰兒出生的第一年，相對簡單的新生兒微生態(tài)成熟和發(fā)展成為一個更復雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)。生命第一年的微生物組成通常以低物種多樣性和高不穩(wěn) 定性為特征。出生后新生兒的腸道菌群暫時由腸桿菌和葡萄球菌所控制；此后短短幾天內(nèi)，雙歧桿菌、梭菌和擬桿菌迅速得以定殖，嬰兒的腸道菌群開始以雙歧桿菌和某些乳酸菌為主導，并一直保持到輔食添加為止。隨著輔食添加，腸道雙歧桿菌菌群由擬桿菌、普氏菌、瘤胃球菌、梭菌和細威菌替代，并逐漸走向 穩(wěn)定和多樣性，腸道菌群開始趨向于成年人菌群的特征[20]。出生后36個月，嬰兒的腸道菌群經(jīng)歷最后的轉(zhuǎn)變，形成一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，以擬桿菌、普氏菌和其他厚壁菌為主[21]。一旦建立，整個生命周期中60%至70%的微生物群組成將保持穩(wěn)定。遍布人類胃腸道的復雜 的微生態(tài)正在成為控制人類健康和疾病的關(guān)鍵角色。

2.2 免疫適宜

免疫適宜系指免疫系統(tǒng)既能達到清除病原體的目的，同時又避免發(fā)生不適當?shù)拿庖叻磻?，導致過度炎癥反應所致的嚴重免疫病理損傷。免疫適宜是抗病原體能力與宿主適應力、殺傷和耐受的平衡點[22]。在生命早期1 000 天，由于個體對特定感染的敏感性增加，在成人和健康兒童中只引起輕度、無癥狀或無疾病的病菌感染，很可能導致威脅嬰兒生命的感染。與成年人免疫系統(tǒng)相比，新生兒的免疫系統(tǒng)尚不成熟，因此抵抗感染的能力不足。但免疫系統(tǒng)發(fā)育的“不成熟”并不能解釋嬰兒期的免疫特征。在使用多種病原體（包括細菌或病毒）或Toll 樣受體激動劑的新生兒敗血癥動物模型中 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，新生兒產(chǎn)生的炎性反應等于或大于成人[23]。一旦新生兒免疫反應被激活，特別是在感染和缺氧缺 血時，通常會導致更為嚴重的免疫病理損傷和疾病[24]。平衡疾病的耐受性（即防止免疫抑制和病理損傷）和抵抗力（即炎癥和抗微生物反應），在整個生命周期中都是一個挑戰(zhàn)。新生兒免疫應答的發(fā)展不僅由于不成熟而受到損害，而且還因為試圖維持對無害和共生抗原的耐受性并防止組織損傷而受到損害。為了建立免疫適宜，嬰兒需要在適當?shù)拿庖邞鸷途S持對共生和無害抗原的耐受性之間尋找平衡。

2.3 嬰幼兒腸道微生態(tài)與免疫發(fā)育

腸道是重要的免疫器官，約80%的免疫細胞存在于腸道中，人類遠端腸道的細菌群落是地球上最豐富的微生物環(huán)境之一，由＞1012個細胞和數(shù)百種細菌組成[25]。胃腸道必須耐受腔內(nèi)微生物群的存在，同時要保護腸黏膜免受潛在有害病原體的侵害。腸道微生態(tài)還提供許多免疫細胞發(fā)育、分化和表觀遺傳所必需的信號。這種雙向關(guān)系是腸道免疫適宜，建立宿主-微生物共生關(guān)系的重要調(diào)控機制[26]。

早期的微生物群在未來的健康中起著主導作用。宿主與微生物群之間的相互作用失調(diào)會導致自身免疫性疾病和慢性炎癥性疾病增加，包括壞死性小腸結(jié)腸炎、遲發(fā)性敗血癥、濕疹、哮喘、食物過敏、1型糖尿病、肥胖癥、腸易激綜合征、炎癥性腸病和神經(jīng)精神疾病等[27]。研究表明，子宮內(nèi)以及早產(chǎn)和足月新生兒的T細胞反應主要是Th2和Treg反應。隨著腸道菌群的建立和暴露感染的機會增多，這些反應將被更成熟的Th1反應所取代[28]。腸道菌群的平衡共生與人類健康息息相關(guān)，共生微生物群與大多數(shù)宿主器官相互作用，并在不同生命階段具有獨特的組成和功能特征。腸道菌群在免疫系統(tǒng)成熟中起著重要作用，尤其是在生命早期。

3 嬰幼兒健康腸道微生態(tài)建立的影響因素

3.1 孕期相關(guān)因素

孕婦飲食習慣可直接影響孕婦及其新生兒的腸道微生態(tài)，尤其是腸道菌群的組成。研究發(fā)現(xiàn)，孕期體質(zhì)量增長及體質(zhì)指數(shù)（BMI）與嬰兒腸道微生態(tài)建立有關(guān)。超重母親的嬰兒在出生6 個月內(nèi)，糞便中擬桿菌和葡萄球菌顯著增加，而非肥胖母親的嬰兒以雙歧桿菌為主[29]。孕期高脂飲食，其后代胎糞中擬桿菌較 少，并且這種菌群豐度差異可一直持續(xù)到出生后6周[29]。在母嬰隊列研究中也觀察到，孕期增加水果攝入可以提高經(jīng)產(chǎn)道分娩嬰兒體內(nèi)鏈球菌與梭菌的比例，同時孕期奶制品攝入與剖宮產(chǎn)嬰兒體內(nèi)梭菌增加相關(guān)[30]。此外，孕期特別是孕后期的生活壓力增加，子代腸道微生物組成更易出現(xiàn)致病性細菌，如埃希菌、沙雷菌和腸桿菌，而乳桿菌和雙歧桿菌減少[31]。致病菌數(shù)量增多也預示著體內(nèi)炎癥水平更高，并且這些異常的細菌定植模式與嬰兒較高的消化道疾病和過敏性疾病的發(fā)病率相關(guān)。

3.2 分娩階段相關(guān)因素

嬰兒腸道微生態(tài)多樣性和腸道細菌定植種類與分娩方式密切相關(guān)。經(jīng)產(chǎn)道分娩的新生兒，早期定植的細菌與母親陰道微生物主要組成相近，以乳酸桿菌、普雷沃菌和纖毛菌為主，以上細菌最終可促使更多有益菌定植于嬰兒腸道；而經(jīng)剖宮產(chǎn)分娩的嬰兒因與母親皮膚直接接觸，早期定植的細菌是與母親皮膚表面細菌群落相似的葡萄球菌、棒狀桿菌和丙酸桿菌[32-33]，甚至還包括潛在的致病微生物群落，包括克雷伯菌、腸球菌和梭菌[34]。同時，剖宮產(chǎn)分娩加大了新生兒與醫(yī)療環(huán)境、醫(yī)務人員或父母皮膚接觸的概率，使外界環(huán)境中與表皮相關(guān)的兼性厭氧菌更易定植于腸道。新生兒腸道微生態(tài)的形成還與胎齡有關(guān)。與健康足月兒相比，早產(chǎn)兒的腸道細菌多樣性更低，兼性厭氧菌如腸桿菌、腸球菌、乳酸桿菌的豐度增加，厭氧菌如雙歧桿菌、擬桿菌的定植延遲，并且更容易定 植大腸桿菌、葡萄球菌、克雷伯桿菌等機會致病菌[35]。分娩時抗生素的使用會減少新生兒腸道內(nèi)雙歧桿 菌的豐度和多樣性，還會導致腸球菌、腸桿菌過度生長[36]。而腸道雙歧桿菌數(shù)量減少、梭菌數(shù)量增多可使嬰兒更易發(fā)生過敏性疾病[37]。

3.3 出生后相關(guān)因素

生命早期抗生素的使用顯著影響嬰幼兒腸道菌群的定植與發(fā)育，可能會導致嬰幼兒腸道菌群恢復力降低，引起維持腸道平衡的菌群缺失，病原菌繁殖，使腸道菌群調(diào)節(jié)功能受損。研究發(fā)現(xiàn)，嬰幼兒使用抗生素可減少腸道有益菌如雙歧桿菌和乳酸桿菌的定植，降低腸道細菌的多樣性和穩(wěn)定性[38]。出生48 小時內(nèi)腸道外使用氨芐青霉素和慶大霉素的足月兒，在治療結(jié)束后4周，其放線菌門（包括雙歧桿菌）和厚壁菌門（包括乳酸桿菌）數(shù)量減少而變形菌門（包括腸桿菌）數(shù)量增多；治療結(jié)束后8周，雖然雙歧桿菌、乳酸桿菌的數(shù)量恢復，但雙歧桿菌的種類仍減少[39]。早產(chǎn)兒在接受抗生素治療后即可出現(xiàn)菌群紊亂，表現(xiàn)為α多樣性降低，腸桿菌豐度增加，耐藥基因富集；21 個月后這些早產(chǎn)兒的菌群多樣性與豐度才接近未使用抗生素的健康嬰兒[40]。

嬰幼兒的腸道微生態(tài)與所處的生活環(huán)境也有一定關(guān)系。生活在郊區(qū)與城市的嬰幼兒腸道菌群表現(xiàn)出明顯的不同。郊區(qū)的嬰幼兒腸道菌群中普氏菌、密螺旋體屬、琥珀酸弧菌的水平較高，而城市嬰幼兒腸道菌群更偏向于分解動物蛋白、脂肪和高糖類食物的種類[41]。當嬰幼兒家中有年長同胞時，腸道菌群多樣性升高，尤其是雙歧桿菌的豐度增加[42]。還有研究發(fā)現(xiàn)，家中飼養(yǎng)帶毛寵物越多，嬰兒胎糞的菌群多樣性越高。加拿大母嬰隊列研究觀察到，孕婦產(chǎn)前接觸寵物或出生后與寵物長期共同生活的嬰幼兒的腸道顫螺旋菌、瘤胃球菌的水平顯著升高，或可減少日后發(fā)生代謝性疾病、特應性疾病和肥胖的概率[43]。不僅如此，在植被豐富、土壤或水質(zhì)較好的城市中，飼養(yǎng)寵物的非母乳喂養(yǎng)嬰兒糞便菌群中的疣微菌及梭菌減少，而腸桿菌增加[44]。

3.4 喂養(yǎng)方式

母乳為嬰幼兒提供營養(yǎng)以及功能和/或生物活性成分，支持腸道成熟和最佳生長發(fā)育，母乳喂養(yǎng)也為嬰幼兒提供最佳的免疫訓練機會。人乳的成分極其復雜，天然含有數(shù)千種不同的專門針對嬰幼兒需求而量身定制的營養(yǎng)和保護成分，并且以獨特的方式相互影響。人乳中含有一系列有健康促進作用的微生物以及由益生菌產(chǎn)生和/或源自益生菌的代謝產(chǎn)物。人乳中最常見的微生物組分是葡萄球菌、鏈球菌和丙酸桿菌，雙歧桿菌、韋榮球菌、羅斯菌和乳酸桿菌在人乳中也很常見，還有棒狀桿菌、雷爾菌、不動桿菌、食酸菌、假單胞菌、擬桿菌、梭菌、埃希菌/志賀菌、孿生球菌和腸球菌等[45]。據(jù)估計，人乳中每ml含有103～106個細菌細胞。

母乳喂養(yǎng)是影響嬰幼兒腸道微生物的主要因素，這可能是由于人乳微生物的垂直傳播，以及人乳低聚糖（human milk oligosaccharides，HMOs）和抗菌肽等影響微生物形成因素的作用。不僅是人乳中的細菌，人乳中的細菌代謝產(chǎn)物（如細胞壁成分和各種細菌代謝產(chǎn)物）都可以刺激嬰幼兒腸道菌群、免疫功能和腸道發(fā)育。大量研究表明，人乳菌群及其代謝產(chǎn)物可支持腸道微生態(tài)平衡，以及抗感染和刺激免疫發(fā)育，在嬰幼兒免疫系統(tǒng)發(fā)育中發(fā)揮重要作用。純母乳喂養(yǎng)嬰兒的腸道微生物在組成、多樣性和功能上與非純母乳喂養(yǎng)嬰兒顯著不同[46]。

隨著輔食添加，嬰幼兒食物能量來源發(fā)生變化，腸道微生物的代謝能力也隨之發(fā)生變化，與淀粉、中心碳、丙酮酸代謝相關(guān)的基因增加[47]。隨著奶類攝入 減少，腸道中與奶類相關(guān)的細菌減少，如雙歧桿菌、乳酸桿菌，而能夠降解復雜多糖的微生物增多，如擬 桿菌、毛螺旋菌和瘤胃球科菌。輔食添加期間，嬰幼兒腸道微生物的多樣性和豐度增加，其中毛漆科 菌、瘤胃球科菌、布勞特菌、擬桿菌和艾克曼菌增加，而雙歧桿菌、韋榮球菌、乳酸桿菌、腸桿菌和腸球菌下降。

輔食添加期間，母乳喂養(yǎng)仍然對嬰幼兒腸道微生態(tài)有重要影響。母乳喂養(yǎng)可增加嬰幼兒腸道微生物的可塑性[48]。持續(xù)母乳喂養(yǎng)有助于部分腸道菌群的增殖，如雙歧桿菌、乳酸桿菌、柯林斯菌、巨球菌和韋榮球菌。引入高蛋白、高纖維食物可增加腸道菌群多樣性，但不同食物所產(chǎn)生的作用與是否繼續(xù)母乳喂養(yǎng)有很大的關(guān)系。到12 月齡時，6 月齡前就停止母乳喂養(yǎng)嬰兒的腸道微生物豐度和多樣性最高，而仍在母乳喂養(yǎng)嬰兒的豐度和多樣性最低。停止母乳喂養(yǎng)和輔食添加，兩者都不同程度地促進了嬰兒腸道微生態(tài)向成人的轉(zhuǎn)變。

4 益生菌

4.1 益生菌定義

益生菌是指適量使用時能給宿主帶來健康益處的活的微生物[49]。雖然腸道菌群有許多生理功能被證實，但是糞便菌群只能反映部分腸道菌群信息，取樣部位越接近直腸末端，菌群越不能反映上端菌群結(jié)構(gòu)。益生菌定植受腸道菌群影響，同時益生菌對于宿主和菌群的影響具有菌株、宿主特異性。

4.2 益生菌在嬰幼兒期的作用

雖然益生菌廣泛應用于臨床實踐，但益生菌的功效仍頗具爭議。嬰兒腸道菌群的特征是雙歧桿菌的早期優(yōu)勢，這對于免疫系統(tǒng)發(fā)育和成熟起著重要作用。短雙歧桿菌M-16V是從健康母乳喂養(yǎng)嬰兒的腸道和人乳中分離出來的，是健康新生兒腸道菌群的主要組成部分，其主要作用可能是影響腸道菌群的發(fā)育、增強腸屏障功能和對未成熟免疫系統(tǒng)的激活，對于預防和治療過敏性疾病有著積極作用[50]。益生菌有助于嬰兒腸道正常菌群的建立。例如，口服短雙歧桿菌M-16V可促進早產(chǎn)兒腸道雙歧桿菌定植[51]，改善早產(chǎn)兒腸道雙歧桿菌定植延遲?？诜屉p歧桿菌M-16 V 還可上調(diào)轉(zhuǎn)化生長因子-β1（TGF-β1）信號，并可能有助于減輕嬰兒的炎性和過敏反應[52]。世界過敏組織（World Allergy Organization，WAO）過敏性疾病預防指南建議，過敏高風險的非純母乳喂養(yǎng)嬰兒可使用益生菌預防濕疹[53]。早產(chǎn)及低出生體質(zhì)量嬰兒口服短雙歧桿菌M-16 V 可降低新生兒壞死性小腸結(jié)腸炎和感染的發(fā)生率[54]。

5 益生元

5.1 益生元定義

益生元是指可被宿主微生物選擇性利用的底物，對健康有益[49]。不同的益生元可以刺激不同腸道定殖菌的生長，具有修飾腸道菌群的巨大潛力。具有益生元作用的物質(zhì)包括各種低聚糖，幾種類型的膳食纖維、酚類、亞油酸和多不飽和脂肪酸，其中低聚果糖（fructooligosaccharide，F(xiàn)OS）和低聚半乳糖（galactooligosaccharide，GOS）在益生元類別中占主導地位。嬰兒配方粉中添加9:1的短鏈GOS和長鏈FOS（scGOS/lcFOS），濃度0.8 g/100 mL，可模擬母乳中非消化性低聚糖的功能，是研究最多、證據(jù)最充分的益生元組合。

5.2 益生元在嬰幼兒期的作用

益生元的主要作用是刺激腸道內(nèi)有益菌的生長和活性，從而賦予宿主健康益處。例如，已證明加入scGOS/lcFOS的嬰兒配方粉能以劑量依賴方式增加糞便雙歧桿菌[55-58]，使所喂養(yǎng)嬰兒的腸道菌群組成更接近于母乳喂養(yǎng)[59]。

通過使用益生元而使有益菌繁殖并產(chǎn)生有機酸可使腸道pH值降低，從而抑制病原體的生長。建立穩(wěn)定的共生微生物種群可爭奪入侵微生物的營養(yǎng)供應，從而抑制病原菌的定殖。scGOS/lcFOS已被證明可以減少臨床相關(guān)的多種病原體感染[60]。盡管其確切機制尚不清楚，但有證據(jù)表明，益生元可以減少Th2反應，從而影響過敏。在一項納入259例嬰兒的雙盲、隨機、安慰劑對照試驗中，使用scGOS/lcFOS益生元配方粉喂養(yǎng)嬰兒，特應性皮炎、喘息和蕁麻疹的發(fā)病率較對照組降低[56]。WAO 過敏性疾病預防指南建議，應當在非純母乳喂養(yǎng)嬰兒中補充益生元，不論嬰兒過敏風險是高還是低[49]。我國2019年發(fā)布的《兒童過敏性疾病診斷及治療專家共識》也建議，不能母乳喂養(yǎng)者添加含有益生元的配方粉預防過敏[61]。已證明scGOS/lcFOS 可以減少食物過敏相關(guān)癥狀，如嬰兒特應性皮炎、蕁麻疹和鼻結(jié)膜炎[56,62]；并可降低抗炎和抗組胺治療的需要。在過敏高風險嬰兒中，補充6 個月的GOS/FOS 可降低血漿總IgE、IgG 1、IgG 2 和IgG 3 水平，而未觀察到對IgG4的影響；此外牛奶蛋白特異性IgG1顯著降低。

6 共生元

6.1 共生元定義

共生元，又稱合生元，是指足夠數(shù)量的益生菌和益生元的混合物，可通過增進益生菌在腸道的存活和定植以及有選擇性地刺激一種或數(shù)量有限的有益菌生長和/或激活其代謝，從而改善宿主健康[63]。共生元并非一種或幾種益生菌和一種或幾種益生元的簡單相加[64]。組合共生元配方的原則[65-66]：①選擇合適的益生菌和益生元，各自單獨使用時對宿主健康產(chǎn)生積極有益作用；②確定益生元對益生菌可特異性選擇刺激其生長，并對健康產(chǎn)生有益的影響，同時缺乏或有限刺激其他腸道微生物；③攝入腸道后展現(xiàn)協(xié)同作用；④臨床試驗驗證有效。

6.2 共生元在嬰幼兒期的作用

共生元是益生菌和益生元的混合物，除發(fā)揮各自有益作用之外，還具有互補、或補充、或協(xié)同效應，對構(gòu)建嬰幼兒健康腸道菌群，預防感染，免疫功能發(fā)育、協(xié)調(diào)和預防/治療過敏有著重要作用。

人乳中含有HMOs和多種對健康有益的微生物，如乳桿菌和雙歧桿菌等，二者再與人乳其他成分協(xié)同有助于“導向性腸道菌群”的發(fā)育和成熟。因此可以把人乳稱為天然共生元[67-68]。研究表明，HMOs在成熟人乳中的含量在5～15g/L[69]。HMOs能夠耐受嬰兒胃內(nèi)的低pH值，也能耐受胰腺和刷狀緣酶的消化，以完 整形式抵達遠端小腸和結(jié)腸，在此選擇性地塑造嬰兒腸道微生物群中特殊成員（如長雙歧桿菌嬰兒亞種、短雙歧桿菌）的生長以及發(fā)揮宿主-微生物的相互作用[67,70]。

長雙歧桿菌嬰兒亞種能夠表達整套HMOs 降解酶，表現(xiàn)出相當特異的“雙歧因子”效應，而其他雙歧桿菌以及其他細菌只能斷開和代謝復雜HMOs 分子的特定部分[67,70]。HMOs 降解過程是在雙歧桿菌的各種水解酶作用下，水解為單糖分子或雙糖類，而后迅速被腸道微生物群水解為乳酸以及小分子SCFA，此過程體現(xiàn)微生物群通過互喂活動（cross-feeding activities）的協(xié)同作用，進行連續(xù)降解和代謝復雜的HMOs骨架[67]。人乳中的細菌及其代謝產(chǎn)物，如SCFA可促進健康腸道菌群的形成，并促進腸道和免疫功能的發(fā)育[67,69-71]。

一項多國參與的雙盲研究表明，共生元（scGOS/lcFOS 9:1和短雙歧桿菌M-16V）對嬰兒腸道菌群產(chǎn)生促雙歧桿菌生長效應，恢復剖宮產(chǎn)嬰兒的特征性腸道雙歧桿菌定植延遲和菌群失調(diào)[72]。添加scGOS/lcFOS 和短雙歧桿菌M-16 V 的配方粉通過增加雙歧 桿菌以及降低腸道pH 值，對健康幼兒的糞便微生物群發(fā)育產(chǎn)生積極影響[73]。在一項大型隨機、雙盲基于社區(qū)（4 558 名，體質(zhì)量≥2 000 g 健康新生兒）的研究中發(fā)現(xiàn)，由植物乳桿菌ATCC 菌株202195 和低聚果 糖組合成的共生元可有效預防新生兒敗血癥的發(fā)生[74]。

由人乳得到的啟示，共生元組合（如scGOS/lcFOS+短雙歧桿菌M-16 V）是一種富有吸引力的用于非母乳喂養(yǎng)嬰兒的過敏管理方案。研究顯示，這一共生元可恢復剖宮產(chǎn)嬰兒雙歧桿菌定植延遲，使其更接近于陰道分娩和母乳喂養(yǎng)嬰兒；這種作用被認為可能可以降低嬰兒特應性皮炎的發(fā)生率[72]。對使用這一共生元12周的特應性皮炎嬰兒隨訪1年，發(fā)現(xiàn)其腸道菌群狀態(tài)恢復至接近母乳喂養(yǎng)嬰兒，且哮喘樣癥狀的發(fā)生率和哮喘藥物的使用率都有所降低，提示其可能有長期的作用[75]。

7 后生素

7.1 后生素定義

后生素（postbiotics）又稱益生素，是指任何由益生菌產(chǎn)生的代謝活性因子或釋放的分子，能夠以直接或間接方式對宿主產(chǎn)生有益的影響[76]。后生素包括死亡的益生菌及其代謝產(chǎn)物，如由活菌分泌的或細菌裂解后釋放的可溶性因子、SCFA、酶類、多肽類、磷壁酸、肽聚糖衍生物-胞壁肽、內(nèi)源性和外源性多糖、細菌外膜蛋白、維生素、膽汁酸、縮醛磷脂以及長鏈脂肪酸等[77]。后生素常存在于發(fā)酵的食品基質(zhì)中，但也可以從發(fā)酵培養(yǎng)基中提取[77]。

后生素作為重要的信號因子，通過與機體的交互對話（cross-talk）在宿主的局部和全身水平都具有潛在的生理功能，能夠積極影響菌群穩(wěn)定、宿主代謝和免疫應答，以及宿主應對有害變化的彈性[76,78]。后生素具有多種表觀遺傳修飾功能，例如DNA甲基化、磷酸化、泛素化、組蛋白乙酰化和RNA 干擾等，參與宿主細胞的表觀遺傳控制。這些修飾可影響免疫調(diào)節(jié)、競爭性排斥和調(diào)節(jié)上皮細胞屏障功能，在預防癌 癥、炎癥性腸病和自身免疫性疾病中發(fā)揮有益作用[78]。

大多數(shù)后生素的活性成分是在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的，包括SCFA、肽類、酶類、細胞表面蛋白、細菌素、多糖和維生素等，具有吸收、新陳代謝以及彌散能力，作為信號傳遞到宿主不同組織和器官，從而引發(fā)多種生物反應[77-78]。如SCFA具有抗氧化、免疫調(diào)節(jié)、抗癌和抗炎的特性，更重要的是作為細胞的能量來源，有助于調(diào)節(jié)能量穩(wěn)態(tài)[79]。

源自益生菌的生物活性成分對腸道屏障功能的保護作用與活的益生菌相似，這些生物活性成分可增強腸道黏蛋白的表達，防止脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）或腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor，TNF-α）誘導腸屏障損傷、下調(diào)腸道黏 蛋白2（mucin 2，MUC 2）和增強閉鎖連接蛋白-1 （zonula occludens-1，ZO-1），防止腸道的完整性遭受破壞[77,79-80]。后生素還可通過增強針對病原體的抗體反應、影響腸道屏障功能和腸道免疫達到增強抵抗感染的能力。如后生素通過激活α 2 β 1 整合素膠原受體，增強對諸如布拉酵母菌等的屏障功能以及改善上皮細胞的血管形成[77,81]。

由不同益生菌來源獲得的后生素，其生物活性和/或?qū)】档淖饔靡膊煌?。如由乳桿菌和雙歧桿菌所獲得的后生素，可改變腸道菌群結(jié)構(gòu)以及相應代謝產(chǎn)物，恢復腸屏障功能，抑制內(nèi)毒素血癥和降低腎臟交感神經(jīng)活性[82]。后生素的抗菌活性成分包括細菌素、酶類、小分子物質(zhì)和有機酸等，對革蘭陽性和革蘭陰性微生物具有抑菌或殺菌特性[83]。這些作用可能會積極影響腸道菌群的穩(wěn)定以及宿主的代謝和信號轉(zhuǎn)導通路。

7.2 后生素在生命早期的作用

人乳中的HMOs、細菌及其代謝產(chǎn)物如SCFA 可促進生命早期及以后的健康腸道菌群的形成，并促進腸道和免疫功能的發(fā)育。臨床數(shù)據(jù)表明，嬰兒配方粉中添加含量最豐富的HMOs 成分2’-巖藻糖半乳糖（2’-fucosyllactose，2'-FL），具有良好的安全性和耐受性，并使嬰兒呼吸道感染發(fā)病率顯著降低，其功效與人乳2’-FL 相似[84]。與單獨使用2'-FL 相比，存在scGOS/lcFOS時，2'-FL可以更有效地幫助調(diào)節(jié)樹突狀細胞成熟[85]。采用短雙歧桿菌C50和嗜熱鏈球菌065在牛奶基質(zhì)上發(fā)酵制備的嬰兒配方粉，其中的嗜熱鏈球菌065 在轉(zhuǎn)糖基酶的作用下，可產(chǎn)生后生素，3'-半乳糖基乳糖（3'-galactosyl lactose，3’-GL），其分子結(jié)構(gòu)與人乳3’-GL一致，具有維護腸功能屏障和抗炎作用[86]。應用短雙歧桿菌C50和嗜熱鏈球菌065發(fā)酵嬰兒配方粉喂養(yǎng)早產(chǎn)兒、足月兒以及過敏高風險嬰兒的數(shù)項臨床研究結(jié)果表明，具有增加嬰兒腸道雙歧桿菌數(shù)量，減少成人樣菌種數(shù)量；嬰兒糞便中抗脊髓灰質(zhì)炎病毒IgA 滴度顯著升高；嬰兒腹瀉程度輕，更少出現(xiàn)脫水；胸腺顯著增大；糞鈣衛(wèi)蛋白降低，sIgA 分泌增加；消化和呼吸系統(tǒng)潛在過敏不良事件發(fā)生率低等功效[86]。

而在添加益生元scGOS/lcFOS 9:1（濃度為0.8 g/100 mL）和短雙歧桿菌C50和嗜熱鏈球菌065發(fā)酵嬰兒配方粉的隨機、雙盲、對照研究中，聯(lián)合使用益生元和后生素，安全且耐受性良好，可以支持嬰兒正常生長；還可減少嬰兒哭鬧，嬰兒腸絞痛發(fā)生率更低[87]；嬰兒糞便菌群的成分和代謝活性更接近母乳喂養(yǎng)嬰兒，腸道pH值降低、乙酸和sIgA水平升高、雙歧桿菌數(shù)量增加而艱難梭菌減少[88]。因此，聯(lián)合使用益生元和后生素呈現(xiàn)良好的預期效果。

綜上，嬰幼兒腸道微生態(tài)受產(chǎn)前因素、分娩方式和喂養(yǎng)方式等多種因素影響，并對生命早期以及終身健康都有著深遠的影響。越來越多的證據(jù)顯示，使用特定益生菌、益生元、共生元、后生素等主動調(diào)節(jié)腸道菌群，能夠促進嬰幼兒建立健康的腸道菌群。未來還需要進行大規(guī)模、長期的縱向研究來加強對腸道微生態(tài)的深入理解，如哪些因素參與構(gòu)成嬰幼兒健康、穩(wěn)定、多樣性的腸道微生態(tài)，喂養(yǎng)方式、生活方式和環(huán)境因素等可以引起腸道微生物群發(fā)生哪些具體的改變，以及這些改變是如何影響微生物功能和宿主-微生物關(guān)系，從而影響健康和疾病等等。