親和人體與非親和人體雙歧桿菌之間的生理特征差異

黃勤雯，陳鐵濤，肖金忠

（1.森永乳業(yè)株式會(huì)社基礎(chǔ)研究所，座間市神奈川縣228-8583，日本；2.百施（上海）生物科技有限公司上海，200436）

0 引 言

雙歧桿菌是人類腸道菌群中主要的有益菌種之一[1]。大量的研究證實(shí)雙歧桿菌在腸道內(nèi)可起到抑制有害菌的增值、刺激人體免疫系統(tǒng)，從而提高抗病能力等功能[2-3]。有鑒于此，近年來(lái)一部分雙歧桿菌的菌種（比如長(zhǎng)雙歧桿菌、短雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌、乳雙歧桿菌等）被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥品以及各種食品，其中包括發(fā)酵乳、嬰兒配方奶粉和營(yíng)養(yǎng)保健食品[4-5]等。

本文旨在深入了解不同寄宿起源的雙歧桿菌的基因型和生理特征的差異。雙歧桿菌的比較基因組學(xué)研究揭示了不同寄宿起源的雙歧桿菌在人體腸道的適應(yīng)性的不同。此外，生理學(xué)方面以及臨床研究也顯示不同寄宿起源的雙歧桿菌對(duì)人體的健康促進(jìn)作用的差異。

1 雙歧桿菌種類及分布

雙歧桿菌是一種革蘭陽(yáng)性、專性厭氧、非運(yùn)動(dòng)性、無(wú)芽孢的桿菌。它們最初是1890年由H enry Tissier從母乳喂養(yǎng)的嬰兒糞便分離得到，根據(jù)其獨(dú)有的不規(guī)則Y型形態(tài)，Tissier將其命名為分叉桿菌[6]。盡管1924年O rla-Jensen提議將其獨(dú)立分類為雙歧桿菌屬[7]，但由于它們與乳酸桿菌的相識(shí)性，在相當(dāng)長(zhǎng)的期間里雙歧桿菌常被歸類為乳酸桿菌屬(Lactobacillus)。直到20世紀(jì)中期，雙歧桿菌才被分類為雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）。在分類學(xué)上雙歧桿菌歸屬于細(xì)菌界、放線菌門、放線菌綱、雙歧桿菌目、雙歧桿菌科、雙歧桿菌屬。雙歧桿菌的形態(tài)多變，常因種及生長(zhǎng)環(huán)境不同而呈現(xiàn)彎曲桿形、Y或V形等多種形態(tài)。

雙歧桿菌廣泛分布于不同的生態(tài)環(huán)境，其中包括人體腸道、口腔、部分熱血?jiǎng)游锏南?、糞便、血液和食物中[8]。目前，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展和各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)已發(fā)現(xiàn)的雙歧桿菌屬分類成58個(gè)種和10個(gè)亞種(LPSN,http://www.bacterio.net)[9]。一般來(lái)說(shuō)，定殖在人體腸道和口腔內(nèi)的雙歧桿菌被歸類為親和人體雙歧桿菌（人類寄宿性雙歧桿菌，Human-Residential Bifidobacteria，HRB)(圖 1)[10-11]。雙歧桿菌作為人類腸道菌群的重要組成部分，隨著嬰兒出生后迅速增殖并成為優(yōu)勢(shì)菌種，特別是在母乳哺育的嬰兒腸道里雙歧桿菌占有很大的比率。斷奶以后腸道中的雙歧桿菌的數(shù)量開始下降，特別是在高齡者的腸道中其數(shù)量更加減少[12-13]。

HRB可分為嬰兒型HRB和成人型HRB，其中普遍分布于嬰兒腸道的嬰兒雙歧桿菌(B.longumsubsp.infantis)、長(zhǎng)雙歧桿菌(B.longumsubsp.longum)、短雙歧桿菌(B.breve)和兩歧雙歧桿菌(B.bifidum)被歸類為嬰兒型HRB[14,15]，而主要分布于成人腸道的菌種如青春雙歧桿菌(B.adolescentis)、假鏈雙歧桿菌(B.pseudocatenulatum)、鏈狀雙歧桿菌(B.catenulatum)、長(zhǎng)雙歧桿菌(B.longumsubsp.longum)等則被歸類為成人型HRB[16]。值得一提的是，長(zhǎng)雙歧桿菌是唯一普遍分布于嬰兒及成人的腸道內(nèi)的菌種[17]。

此外，定殖于動(dòng)物腸道或其他生態(tài)環(huán)境的雙歧桿菌被歸類為非親和人體雙歧桿菌（非人類寄宿性雙歧桿菌，N on-Human-Residential Bifidobacteria，非HRB），其中包括動(dòng)物雙歧桿菌(B.animalissubsp.animalis)、乳雙歧桿菌(B.animalissubsp.lactis)、嗜熱雙歧桿菌(B.thermophilum)、假長(zhǎng)雙歧桿菌(B.pseudolongum)等(圖 1)[10-11]。其中，有報(bào)道表明普遍應(yīng)用于各種乳制品的乳雙歧桿菌亦可從人的糞便中分離得到。但很多研究表明其分離與人們?cè)陲嬍持袛z取該菌有關(guān)系，因此乳雙歧桿菌被視為非自然寄宿于人體的菌種[18-19]。

圖1 親和人體雙歧桿菌（HRB）與非親和人體雙歧桿菌（非HRB）的分布

2 HRB與非HRB之間生理特征差異

基因組學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)HRB與非HRB之間在基因構(gòu)成上有著很多差異，揭示了雙歧桿菌的起源與其生理特征方面的關(guān)系[20-21]。

2.1 葉酸合成

葉酸是一種對(duì)人體有著重要的生理功能的水溶性維生素，其備受關(guān)注的最早原因是葉酸缺乏對(duì)胎兒及嬰幼兒神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的影響；隨著研究深入，發(fā)現(xiàn)葉酸還具備抗腫瘤，防治心腦血管疾病及腸道疾病的功能[22-23]。然而人類等高等動(dòng)物卻由于缺乏相應(yīng)的葉酸合成基因而不能合成自身所需的葉酸，而必須通過(guò)飲食攝入或依靠腸道菌群所產(chǎn)生的葉酸來(lái)供給。研究證實(shí)腸道菌群中的雙歧桿菌可以產(chǎn)生多種維生素包括葉酸，是宿主維生素的主要來(lái)源之一，然而不同的菌種的葉酸合成能力有著顯著的差異[24-26]。

基因組學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌的葉酸代謝基因與菌株起源性有相關(guān)性[20,21]。雙歧桿菌的葉酸合成代謝途徑包括蝶呤代謝途徑(Pterin branches)及氨基苯甲酸代謝途徑(pABA branches)（見圖2），這二條代謝途徑只有同時(shí)發(fā)揮作用才能促成葉酸合成?；蚪M學(xué)研究發(fā)現(xiàn)HRB菌株普遍具備完整的從頭合成葉酸的途徑，然而非HRB菌株如動(dòng)物雙歧桿菌和乳雙歧桿菌則缺乏合成6-羥甲基-7,8-二氫喋呤焦磷酸（DHPPP）的關(guān)鍵基因以及結(jié)合DHPPP和氨基苯甲酸（pABA）的二氫葉酸合成酶(dihydroptetroate synthase)的基因，從而導(dǎo)致非HRB不能有效地從頭合成葉酸[20-25]（圖2）。

圖2 基于基因組學(xué)所預(yù)測(cè)的親和人體雙歧桿菌（HRB）和非親和人體雙歧桿菌（非HRB）的葉酸合成途徑

圖2中，部分非HRB菌株如動(dòng)物雙歧桿菌和乳雙歧桿菌缺乏合成6-羥甲基-7,8-二氫喋呤焦磷酸(DHPPP)的6-羥甲基-7,8-二氫葉酸激酶(HPPK)，以及結(jié)合DHPPP和氨基苯甲酸(pABA)的二氫葉酸合成酶（dihydropteroate synthase）,從而導(dǎo)致該類雙歧桿菌不能有效地從頭合成葉酸。

試管實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大部分HRB菌株能夠在不含有葉酸的培養(yǎng)基或含有一定葉酸水平的培養(yǎng)基中增殖并產(chǎn)生葉酸[26-27]。然而，只有少數(shù)的非HRB菌株能產(chǎn)生少量的葉酸[20,27]。Sugahara等研究了44個(gè)雙歧桿菌菌株的葉酸合成能力，發(fā)現(xiàn)所有HRB菌株培養(yǎng)后均含有高于培養(yǎng)基所含有的初始水平的葉酸，與之相反，非HRB菌株的葉酸濃度則相對(duì)地低于培養(yǎng)基所含有葉酸的初始水平[26]（圖3）。另有研究發(fā)現(xiàn)一些從非人類的靈長(zhǎng)類動(dòng)物中分離到的HRB菌株，如青春雙歧桿菌和齒雙歧桿菌（B.dentium）亦能產(chǎn)生高量的葉酸[24]。相比之下，非HRB，如動(dòng)物雙歧桿菌、乳雙歧桿菌、假長(zhǎng)雙歧桿菌、星狀雙歧桿菌(B.asteroides)、棒狀雙歧桿菌(B.coryneforme)和蜜蜂雙歧桿菌(B.indicum)均不能合成葉酸[24]。

圖3中，顯示雙歧桿菌培養(yǎng)后的上清液中的葉酸濃度，虛線為培養(yǎng)基中的初始葉酸水平。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了HRB菌株不需要與其他腸道菌群相互作用即能直接合成葉酸[26]。將HRB或非HRB的單菌株移植到無(wú)菌小白鼠的腸道中發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)雙歧桿菌單獨(dú)定植的無(wú)菌小白鼠糞便中的葉酸濃度高于乳雙歧桿菌單獨(dú)定植的小白鼠[26]。因?yàn)槿~酸與貧血有關(guān)，該研究還發(fā)現(xiàn)定植有長(zhǎng)雙歧桿菌的無(wú)菌小白鼠的血中的血紅蛋白濃度高于無(wú)菌小白鼠或定植有非HRB菌株的小白鼠。有鑒于此，具備葉酸合成能力的HRB還可能在預(yù)防貧血方面給宿主帶來(lái)健康益處。

圖3 親和人體雙歧桿菌（HRB）和非親和人體雙歧桿菌（非HRB）的葉酸合成能力

另外，Pompei等研究了在缺乏葉酸飲食中添加雙歧桿菌對(duì)改善Wistar大白鼠葉酸水平的效果。研究表明添加HRB菌株，青春雙歧桿菌DSM Z 18352、青春雙歧桿菌DSM Z 18350和假鏈雙歧桿菌DSM Z 18353均能有效地改善大白鼠的葉酸水平[28]。為此，Pompei等還進(jìn)行了一項(xiàng)臨床試驗(yàn)，讓23名健康志愿者每人每天連續(xù)30天攝取上述的HRB菌株。試驗(yàn)結(jié)果表明該類HRB菌株顯著地增加了參試者糞便中的葉酸含量，從而表明該類HRB菌株能夠在人的腸道中合成和分泌葉酸[29]。事實(shí)上，結(jié)腸是葉酸的主要貯藏庫(kù)，而由雙歧桿菌合成的葉酸還能起到維持粘膜腸細(xì)胞中維生素的動(dòng)態(tài)平衡并預(yù)防結(jié)腸癌發(fā)生的作用[21]。因此，相比于非HRB，具有葉酸合成能力的HRB菌株在維持腸內(nèi)維生素動(dòng)態(tài)平衡以及改善宿主的健康應(yīng)該更為優(yōu)越。

2.2 碳水化合物代謝能力

雙歧桿菌具有各種外切性糖苷酶和內(nèi)切性糖苷酶等獨(dú)特的代謝途徑，以代謝利用腸道環(huán)境中的多種碳水化合物，而同時(shí)其碳水化合物代謝能力有助于雙歧桿菌菌種在特定生態(tài)環(huán)境中定殖。值得注意的是，不同起源的雙歧桿菌菌種之間在碳水化合物代謝能力方面有著顯著的差異。其中，HRB菌株具有代謝各種多聚糖的重要基因簇和糖苷酶，可有效地代謝多種糖類碳水化合物如人乳低聚糖（human milk oligosaccharides,HMO s），黏液素（mucin）以及膳食來(lái)源的碳水化合物，從而反映出它們與人體宿主共同進(jìn)化的關(guān)系。相比之下，非HRB菌株則缺乏可代謝如上所述的人類腸胃道中的各種碳水化合物的能力。

2.2.1 人乳低聚糖代謝能力

人類的母乳是嬰兒的天然食物，它含有豐富的營(yíng)養(yǎng)和能量，可促進(jìn)新生兒的健康生長(zhǎng)和發(fā)育[30]。人乳中含有乳糖、脂肪酸、低聚糖和分泌型IgA（sIgA），其中人乳低聚糖是母乳中的重要成分，它是一種低度聚合糖，不能被人的腸胃道消化吸收，但可以被一部分腸內(nèi)細(xì)菌特別是雙歧桿菌利用代謝產(chǎn)生短鏈脂肪酸等產(chǎn)物，起到①降低結(jié)腸pH值、促進(jìn)鈣、鎂、鐵等礦物質(zhì)吸收；②給腸細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)、維持腸黏膜屏障和抵御病原微生物的侵襲等作用。因此，HMO s可促進(jìn)腸內(nèi)雙歧桿菌，特別是嬰兒型HRB菌株的增殖[31-32]。HMO s的基本單元包括半乳糖（Gal）、葡萄糖（Glu）、巖藻糖（Fuc）、唾液酸（Sia）和N-乙酰葡糖胺（Glu-NAc）。幾乎所有的HMO s都包含一個(gè)乳糖核心基團(tuán)（Gal-β-1,4-G lu）作為還原端，以通過(guò)β-1,3-或β-1,6-反復(fù)連接乳-N-生物糖（lacto-N-biose,LNB）或N-乙酰乳糖胺（N-acetyllactosam ine）而延伸[33]。目前研究發(fā)現(xiàn)，人乳中含有大約200多種HMO s，其中乳-N-四糖（lacto-N-tetraose，LN T）、乳糖-N-巖藻戊糖I（lacto-N-fucopentaose I，LN FP I）、乳糖-N-二巖藻己糖I（lacto-N-difucohexaose I，LNDFH I）和2’-巖藻糖（2’-fucosyllactose，2’-FL）的含量最為豐富（圖4）。值得注意的是，這四種主要的HMO s中有三種是具有LN T結(jié)構(gòu)的I型鏈寡糖[34],因此，LNT及其降解產(chǎn)物，LNB，是HMO s代謝中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

圖4 人乳低聚糖(HMOs)的結(jié)構(gòu)

圖4中，HMO s的基本單元包括半乳糖（Gal）、葡萄糖（G lu）、巖澡糖（Fuc）、唾液酸（Sia）和N-乙酰葡糖胺（GluNAc）。HMO s包含一個(gè)乳糖核心基團(tuán)（Gal-β-1,4-G lu）作為還原端，以通過(guò)β-1,3-或β-1,6-反復(fù)連接乳-N-生物糖（lacto-N-biose，LNB）或N-乙酰乳糖胺（N-acetyllactosam ine）而延伸。HMO s的四個(gè)主要結(jié)構(gòu)包括乳-N-四糖（lacto-N-tetraose，LNT）、乳糖-N-巖藻戊糖I（lacto-N-fucopentaose I，LNFP I）、乳糖-N-二巖藻己糖 I（lacto-N-difucohexaose I，LNDFH I）和2’-巖藻糖（2’-fucosyllactose，2’-FL）。

HRB菌株和非HRB菌株之間的比較基因組學(xué)研究揭示了HRB菌株，特別是嬰兒型HRB菌株在代謝利用LNT的能力[35]。其中，嬰兒雙歧桿菌的基因簇包含一系列降解HMO s所必要的糖苷水解酶（GH）和ABC轉(zhuǎn)運(yùn)器（ABC transporter）[36]。相比于其他菌種嬰兒雙歧桿菌可為利用HMO s的頂級(jí)好手，能降解不同類型的HMO s并能夠利用HMO s作為唯一的碳源而增殖[37-38]。嬰兒雙歧桿菌具備細(xì)胞內(nèi)降解各種完整的HMO s的途徑，以將HMO s水解成單糖并用于生產(chǎn)能量[39]（表1）。相對(duì)于嬰兒雙歧桿菌能夠完整的利用各種HMO s分子，其他嬰兒型HRB菌株如長(zhǎng)雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌和短雙歧桿菌一般則擁有不完整的HMO s降解途徑[40]（表1）。兩歧雙歧桿菌與長(zhǎng)雙歧桿菌利用細(xì)胞外LNBase將大分子HMO s部分降解以后輸入細(xì)胞內(nèi)降解，而大部分短雙歧桿菌菌株則需要依靠其他菌種在細(xì)胞外部分降解以后才能利用[34,37,41-42]。有趣的是，最近的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)短雙歧桿菌UCC 2003菌株也具有與嬰兒雙歧桿菌類似的LNT降解途徑[43]。與之相反，成人型HRB菌株，如青春雙歧桿菌和非HRB菌株，如動(dòng)物雙歧桿菌則不能降解LNT或其他可檢測(cè)的HMO s[40]（表1）。這些研究表明普遍定植于成年人和動(dòng)物腸道以及其他來(lái)源的成人型HRB菌株和非HRB菌株可能不存在著或已經(jīng)失去降解HMOs的能力。

Xiao等的研究顯示，部分成人型HRB菌株，包括青春雙歧桿菌、鏈狀雙歧桿菌、齒雙歧桿菌和角雙歧桿菌（B.angulatum）與非HRB菌株，包括乳雙歧桿菌和嗜熱雙歧桿菌都不能利用LNB[44]。同時(shí)，Wada等也強(qiáng)調(diào)了雙歧桿菌的LNBase活性功能的菌株特異性[41]，其中一些嬰兒型HRB菌株，如長(zhǎng)雙歧桿菌和兩歧雙歧桿菌擁有活性功能的LNBase以利用I型HMO s，反之，非HRB菌株，如動(dòng)物雙歧桿菌和假長(zhǎng)雙歧桿菌則缺乏LNBase[38,45]?？偟膩?lái)說(shuō)，這些研究反映出嬰兒型HRB菌株在適應(yīng)嬰兒腸道環(huán)境方面的共同進(jìn)化，從而闡明了嬰兒型HRB在代謝HMO s的優(yōu)越性。

表1 親和人體雙歧桿菌（HRB）和非親和人體雙歧桿菌（非HRB）不同的人乳低聚糖（HMOs）降解途徑

2.2.2 人類黏液素代謝能力

HRB和非HRB菌株具有各種不同遺傳基因特征以適應(yīng)并定植于人類腸胃道中。它們能夠降解和吸收黏液素作為營(yíng)養(yǎng)源，以便在腸道黏膜層內(nèi)定植與存活[46]。其中，大部分的長(zhǎng)雙歧桿菌和兩歧雙歧桿菌的菌株均具備內(nèi)切α-N-乙酰半乳糖胺酶(endo-α-N-acetylgalactosaminidase)的基因同源體以釋放在黏液素寡糖核心結(jié)構(gòu)中的Galβ1-3GalNAc[47]。腸道中含有極度有限可利用的碳源，因此具備該類基因的嬰兒型HRB菌株具有可降解黏液素的能力，從而有利于它們?cè)趮雰耗c道中的適應(yīng)和競(jìng)爭(zhēng)。此外，O dam aki等發(fā)現(xiàn)大部分的HRB菌株，包括嬰兒雙歧桿菌、長(zhǎng)雙歧桿菌和短雙歧桿菌具備α-N-乙酰半乳糖胺酶（α-N-acetylgalactosaminidase,N agBb）的基因同源物體以降解粘液素的核心糖鏈，然而，這些基因組并不存在于非HRB菌株[48]。

另外，有文獻(xiàn)表明HRB菌株中的兩歧雙歧桿菌能夠代謝黏液素[49-50]。此外，一項(xiàng)關(guān)于嬰兒型HRB菌株降解黏液素能力的研究發(fā)現(xiàn)，兩歧雙歧桿菌D 119和L22、短雙歧桿菌NC IM B8807和長(zhǎng)雙歧桿菌NCIM B8809在含有黏液素的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)良好，從而表明了該類嬰兒型HRB菌株能夠利用黏液素作為碳源以增殖[51]。相比之下，動(dòng)物雙歧桿菌和假鏈雙歧桿菌的菌種無(wú)法生長(zhǎng)在含有粘液素的培養(yǎng)基。因此，具有可代謝黏液素的能力的HRB菌株，特別是嬰兒型HRB菌株，能夠在人類腸胃道中存活并定植，從而闡明了HRB菌株的優(yōu)越性。

2.2.3 植物來(lái)源碳水化合物代謝能力

除了宿主衍生的聚糖之外，雙歧桿菌還能代謝多種不可被人類宿主消化的植物來(lái)源碳水化合物，特別是宿主膳食中的植物細(xì)胞壁碎片和淀粉顆粒。然而，HRB和非HRB菌種之間具有不同的植物來(lái)源碳水化合物的代謝能力。值得注意的是，HRB菌株含有編碼代謝植物來(lái)源碳水化合物的各種基因組，它們可利用聚糖作為其主要的碳源來(lái)生存。其中，主要寄宿于嬰兒和成人腸道中的長(zhǎng)雙歧桿菌富含糖基水解酶GH 43和51家族中的同源基因，可水解阿拉伯呋喃糖苷和木聚糖[48]。這些在長(zhǎng)雙歧桿菌中的基因組被視為有助于嬰兒在斷奶期間的消化，尤其是當(dāng)攝取含有復(fù)合碳水化合物的非乳飲食的時(shí)候。此外，該類戊糖也存在于典型的植物性成人飲食中，從而解釋了長(zhǎng)雙歧桿菌為何可生長(zhǎng)和定殖于嬰兒和成人腸道中的原因[17]。

此外，成人型HRB菌株中的青春雙歧桿菌的基因組富含編碼α-基葡糖苷酶，淀粉酶，支鏈淀粉酶和環(huán)麥芽糖糊精酶等活性酶的基因。青春雙歧桿菌具有可廣泛地代謝植物來(lái)源的碳水化合物的能力，其中包括在成人飲食中豐富含有的淀粉和淀粉樣寡糖/多糖如支鏈淀粉（amylopectin,pullulan），麥芽三糖和麥芽糖糊精[52-53]。這些基因組結(jié)構(gòu)反映出該類成人型HRB菌株在含有豐富的植物來(lái)源的聚糖的成年人腸胃道中的適應(yīng)能力。

淀粉是膳食中的主要碳水化合物，可以被人類的消化酶消化吸收。有研究指出，盡管大部分動(dòng)物來(lái)源的非HRB菌株具有廣泛的淀粉降解的能力，而在HRB菌株中，只有青春雙歧桿菌、角雙歧桿菌和齒雙歧桿菌能夠降解和利用淀粉[54]。然而，一些非HRB菌株，如乳雙歧桿菌、假長(zhǎng)雙歧桿菌和嗜熱雙歧桿菌等則缺乏編碼代謝阿拉伯木聚糖寡糖的酶的基因[55]。這些研究結(jié)果表明了非HRB菌株代謝植物來(lái)源碳水化合物的遺傳性基因組結(jié)構(gòu)與其相應(yīng)的宿主有著息息相關(guān)的關(guān)系，從而揭示了非HRB菌株與其宿主共同進(jìn)化的過(guò)程[56]。有鑒于此，HRB菌株似乎具有優(yōu)于非HRB菌株在人類宿主的適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)。顯而易見，HRB菌株具備著可代謝多樣化人類宿主不可消化的植物來(lái)源碳水化合物，從而為宿主提供能量并有助于宿主消化和營(yíng)養(yǎng)攝入。

3 雙歧桿菌與母乳的親和性

研究證實(shí)母乳是影響嬰兒腸道菌群的組成的關(guān)鍵因素，而盡管雙歧桿菌可優(yōu)先定殖于嬰兒腸道，不同寄宿起源的雙歧桿菌之間的母乳親和性有著顯著的差異[14,57]。M inam i等在一項(xiàng)評(píng)估37種雙歧桿菌菌株在人類母乳中增殖能力的體外研究中表明嬰兒型HRB菌株中的短雙歧桿菌和嬰兒雙歧桿菌均在人類母乳中增殖良好，而長(zhǎng)雙歧桿菌和兩歧雙歧桿菌則顯示出菌株間的差異但大部分菌株能夠增殖[14]（圖5）。與之相反，大部分的成人型HRB菌株和非HRB菌株在人類母乳中不但不能增殖反而會(huì)失去活性[14]（圖5）。其他文獻(xiàn)也闡明不同雙歧桿菌菌種在人類母乳中增殖性的不同，其中可代謝人乳低聚糖的嬰兒型HRB菌株如兩歧雙歧桿菌和短雙歧桿菌的增殖優(yōu)于成年型HRB菌株如青春雙歧桿菌[57]。

圖5 親和人體雙歧桿菌（HRB）和非親和人體雙歧桿菌（非HRB）在人類母乳中的增殖能力與對(duì)溶菌酶的耐受性

圖5中，紅色柱子為雙歧桿菌在人乳中的存活量，黑圈為雙歧桿菌在含有蛋清溶菌酶的培養(yǎng)基中的存活量（OD值）。

應(yīng)該注意的是，人乳中除了人乳低聚糖以外還含有大量的雙歧桿菌可利用的乳糖（約70 m g/m L）[58]，因此缺乏代謝人乳低聚糖的能力似乎不是決定成人型HRB菌株與非HRB菌株在母乳中失活的關(guān)鍵。研究顯示母乳含有各種抗菌因子如免疫球蛋白、乳鐵蛋白、溶菌酶、乳過(guò)氧化物酶、游離脂肪酸、抗菌肽等，可選擇性地抑制有害菌的增殖[59]。其中，作為人類母乳中主要的抗菌因子之一的溶菌酶是影響腸道菌群定殖的最重要的因素之一。溶菌酶大量存在于人類母乳中（高達(dá)400μg/m L），但牛奶等動(dòng)物乳汁中的含量極低，牛奶中的濃度為人母乳的千分之一左右[60]。它可選擇性抑制細(xì)菌在人體生長(zhǎng)，從而幫助建立適當(dāng)?shù)哪c道菌群。

近期研究證實(shí)了溶菌酶可影響雙歧桿菌菌種在母乳中的增殖，并且表明人乳溶菌酶可能是影響嬰兒腸道中的雙歧桿菌組成的關(guān)鍵因素[11,14,57]。M inam i等進(jìn)行的體外研究顯示，大部分嬰兒型HRB菌株對(duì)高濃度的溶菌酶具有良好的耐受性，而成人型HRB菌株具有中等耐受性，反之，非HRB菌株則對(duì)溶菌酶具有較差的耐受性[14]（圖5）。在另一項(xiàng)類似的研究中，相比于非HRB菌株如乳雙歧桿菌、假長(zhǎng)雙歧桿菌和瘤胃雙歧桿菌，HRB菌株包括短雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌和長(zhǎng)雙歧桿菌更能抵抗蛋清溶菌酶（400μg/m L）[61]。同時(shí)，耐溶菌酶的HRB菌株（兩歧雙歧桿菌）在含有15～58μg/m L人乳溶菌酶的母乳中增殖良好，而非HRB菌株（乳雙歧桿菌）則失活[61]。

除了母乳之外，溶菌酶天然存在于幾乎所有人體組織、體液和分泌物如淚液、鼻腔排出物、唾液、汗液和血清中[59]。因此，溶菌酶可能影響雙歧桿菌在人體的生存能力，同時(shí)決定了具有溶菌酶耐受性的HRB菌株能夠更好地定殖于人類腸道。此外，比較人類母乳或配方奶粉喂養(yǎng)嬰兒的大便中的微生物構(gòu)成的研究發(fā)現(xiàn)，母乳喂養(yǎng)嬰兒的腸道中具有大量的HRB菌種如長(zhǎng)雙歧桿菌、短雙歧桿菌和兩歧雙歧桿菌，而不存在非HRB菌種如動(dòng)物雙歧桿菌[62]。有鑒于人類母乳中含有人乳低聚糖和溶菌酶，而嬰兒配方奶粉并沒有，人乳低聚糖和溶菌酶可能是決定嬰兒腸道中的雙歧桿菌構(gòu)成的主要因素（圖6）[62]。

圖6 人乳低聚糖和溶菌酶可能是影響親和人體雙歧桿菌（HRB)與非親和人體雙歧桿菌（非HRB)在嬰兒腸道中組成的關(guān)鍵因素

圖6中，嬰兒型HRB菌株具有可降解人乳低聚糖的能力和較高的人乳溶菌酶的耐受性，可存活于母乳喂養(yǎng)的嬰兒腸道中。成人型HRB菌株雖對(duì)溶菌酶有一定的耐受性但不能降解人乳低聚糖。非HRB菌株則欠缺降解人乳低聚糖的能力以及對(duì)溶菌酶的耐受性。

4 HRB對(duì)人體健康的優(yōu)越性

隨著益生菌領(lǐng)域的不斷挖掘，目前雙歧桿菌被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療、保健和食品等領(lǐng)域。在市面上我們可以看到的益生雙歧桿菌包括HRB菌株，如長(zhǎng)雙歧桿菌，短雙歧桿菌，嬰兒雙歧桿菌和兩歧雙歧桿菌以及非HRB菌株，如乳雙歧桿菌[63-66]。盡管有人認(rèn)為益生菌的功效歸因于菌株水平的特異性的生理特征而不是其分離源，但如本文所表明的，我們也不能否認(rèn)菌株的起源與其特性有很多關(guān)聯(lián)，如雙歧桿菌的生理特征中的葉酸合成、碳水化合物代謝能力和母乳親和性等是取決于菌種菌株的寄宿起源。因此很有必要從臨床角度評(píng)估HRB和非HRB菌株對(duì)人體中的功效與安全性。

然而，臨床評(píng)估HRB和非HRB菌株對(duì)促進(jìn)人類健康作用的研究并不多。有研究表明，給配方奶粉和人乳喂養(yǎng)的早產(chǎn)兒補(bǔ)充雙歧桿菌時(shí)，HRB菌株如嬰兒雙歧桿菌的定殖優(yōu)于非HRB菌株如乳雙歧桿菌[67]。在人乳喂養(yǎng)的嬰兒中，相比于乳雙歧桿菌，服用嬰兒雙歧桿菌時(shí)會(huì)顯著地增加?jì)雰捍蟊阒须p歧桿菌的數(shù)量，并降低了有害的γ變形桿菌的數(shù)量[67]。這些研究結(jié)果表明，相比于非HRB菌株，HRB菌株能更有效地定殖于嬰兒腸道中。另外一項(xiàng)涉及108位健康新生兒的研究發(fā)現(xiàn)，嬰兒型HRB菌株，如短雙歧桿菌或嬰兒雙歧桿菌為最優(yōu)先定殖于嬰兒腸道的菌種，而且其定殖能力不受分娩方式和喂養(yǎng)方法的影響，從而表明嬰兒型HRB菌株在嬰兒腸道中的優(yōu)越性[68]。相比之下，非HRB菌株，如乳雙歧桿菌的定殖能力則受喂養(yǎng)方法的影響而更容易定殖于配方奶粉喂養(yǎng)的嬰兒腸道[68]。因此，正如其一般不存在于母乳喂養(yǎng)的嬰兒腸道里一樣，乳雙歧桿菌可能不是常見的嬰兒腸道菌群。

總的來(lái)說(shuō)，HRB菌株將會(huì)是更理想的人類益生菌，特別是對(duì)于于嬰幼兒，且對(duì)宿主會(huì)有更多的功效（表2）。毫無(wú)疑問，我們還需進(jìn)一步地探討HRB與非HRB的特征，特別是從臨床角度研究HRB與非HRB菌株在人體中功能性的差異。

表2 親和人體雙歧桿菌（HRB）與非親和人體雙歧桿菌（非HRB）的不同生理特征

5 結(jié)束語(yǔ)

盡管雙歧桿菌具有促進(jìn)人類健康的功效，但并非所有菌株都具有相同的功能特征。本文顯示了HRB與非HRB菌株之間的一些不同的生理特征。比較基因組學(xué)研究提供了HRB和非HRB菌株之間的功能差異的有力證據(jù)，并且顯示了HRB和非HRB菌株在合成葉酸和代謝人乳低聚糖、粘液素和膳食聚糖的基因結(jié)構(gòu)的不同。另外，針對(duì)雙歧桿菌的生理特征所進(jìn)行的大量體外研究以及臨床評(píng)估指出，一些HRB菌株，特別是嬰兒型HRB菌株比非HRB菌株更適合人類的腸道環(huán)境。綜合HRB菌株可合成葉酸和代謝人類腸道中可用的各種聚糖的能力，以及它們?cè)谌祟惸溉橹械挠H和性，HRB菌株尤其是嬰兒型HRB菌株可能更為適合用于嬰幼兒。