低聚半乳糖干預(yù)緩解腸道炎癥的研究進(jìn)展

高海娜，楊貞耐

（北京工商大學(xué)，北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類(lèi)健康高精尖創(chuàng)新中心，北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心，北京 100048）

腸道炎癥已成為我國(guó)社會(huì)健康的難題和挑戰(zhàn)。炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）是在腸道菌群等因素的參與下，導(dǎo)致腸黏膜屏障功能受損，腸黏膜通透性增加，促炎物質(zhì)進(jìn)入腸黏膜，從而誘發(fā)機(jī)體免疫應(yīng)答，使得腸道穩(wěn)態(tài)被打破后引發(fā)慢性腸道炎癥性疾病[1]。 近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，IBD在中國(guó)的發(fā)病率正逐年增加[2-3]。據(jù)我國(guó)疾控中心數(shù)據(jù)顯示，2014年IBD總病例數(shù)達(dá)約35 萬(wàn)，預(yù)計(jì)2025年達(dá)150 萬(wàn)[4]，呈現(xiàn)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度正相關(guān)的趨勢(shì)，患者年齡具有年輕化趨勢(shì)，且被認(rèn)為是一種全身性疾病，隨著病情的發(fā)展可累及多種腸外器官，引起腸外病癥表現(xiàn)[1]。IBD發(fā)病原因復(fù)雜，主要與遺傳、環(huán)境、免疫和腸道菌群等有關(guān)[2]。

低聚半乳糖（galactooligosaccharide，GOS）是一種天然存在于哺乳動(dòng)物乳中的功能性低聚糖，在動(dòng)物乳中含量較少，在人乳中含量較多[5]。GOS是以乳糖為原料，經(jīng)β-半乳糖苷酶作用，由2～9 個(gè)半乳糖基與1 個(gè)末端葡萄糖通過(guò)糖苷鍵連接形成的低聚糖[6-9]。GOS作為一種重要益生元，具有調(diào)節(jié)腸道菌群、改善腸道功能、免疫調(diào)節(jié)和預(yù)防過(guò)敏等功效[10]。本文綜述腸道炎癥的發(fā)生發(fā)展及近年來(lái)GOS緩解腸道炎癥的研究進(jìn)展。

1 腸道炎癥的發(fā)生及干預(yù)治療

1.1 腸道炎癥的發(fā)生機(jī)制

腸道既是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的主要場(chǎng)所，也是保障機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的先天性屏障[11]。腸道穩(wěn)態(tài)是指宿主（腸道屏障）、腸道內(nèi)環(huán)境（包括腸道菌群）、營(yíng)養(yǎng)和代謝產(chǎn)物等相互作用所構(gòu)成的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)[12]。腸道炎癥一般始于腸道屏障功能損傷，導(dǎo)致腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)被破壞，進(jìn)而造成獲得性免疫紊亂、中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞滲透，釋放大量細(xì)胞因子和趨化因子，增加腸上皮細(xì)胞中白細(xì)胞介素6（interleukin 6，IL-6）、環(huán)氧化酶2、腫瘤壞死因子α等基因和蛋白表達(dá)以及活性氧含量，降低空腸和回腸中過(guò)氧化氫酶、超氧化物歧化酶與谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的活性，誘導(dǎo)腸道炎癥和氧化應(yīng)激的發(fā)生發(fā)展[13]。腸道屏障主要由腸上皮細(xì)胞（intestinal epithelial cell，IEC）和緊密連接（tight junction，TJ）等構(gòu)成，它能夠防止腸內(nèi)有害物質(zhì)（如細(xì)菌和毒素）穿過(guò)腸黏膜進(jìn)入體內(nèi)，抵抗感染和炎癥[13-14]。其中，IEC是腸道屏障的第1道防線，它的發(fā)育及健康狀態(tài)（細(xì)胞數(shù)量、形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)）不僅與營(yíng)養(yǎng)吸收功能存在正相關(guān)關(guān)系[15]，還對(duì)早期免疫防御及調(diào)節(jié)腸道屏障損傷[16]具有十分重要的作用。TJ蛋白封閉IEC之間的空隙，在腸腔表面形成交織網(wǎng)絡(luò)，是阻止腔內(nèi)病原體通過(guò)細(xì)胞旁路的重要結(jié)構(gòu)及維持腸道屏障功能的關(guān)鍵因子。TJ蛋白主要由跨膜蛋白（Occludin、Claudin-1等）、胞漿黏著蛋白（ZO-1等）與細(xì)胞骨架蛋白相連組成。腸內(nèi)有害物質(zhì)引起TJ蛋白表達(dá)量降低，TJ的通透性增加，意味著腸道屏障的完整性遭到破壞，腸道屏障功能失調(diào)。這會(huì)加劇氧化損傷或炎性反應(yīng)，造成腸道急性或慢性炎癥的產(chǎn)生[17-20]。由此可見(jiàn)，確保腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)對(duì)抵御外界物質(zhì)入侵、保護(hù)人體健康具有重要意義。

1.2 腸道炎癥的干預(yù)與治療

臨床治療腸道炎癥的藥物主要是高效廣譜抗菌藥（氨基水楊酸、激素、硫唑嘌呤、環(huán)孢素、沙利度胺、英夫利昔、阿達(dá)木單抗等），這類(lèi)藥物雖療效快，但副作用大，可能會(huì)導(dǎo)致腸道微生物群生態(tài)失調(diào)，如關(guān)鍵菌群缺失、致病菌增多、多樣性降低和代謝機(jī)能改變等；在導(dǎo)致腸道有害菌數(shù)量改變的同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致患者腸道益生菌數(shù)量和種類(lèi)發(fā)生改變，進(jìn)一步加重腸道菌群紊亂，并造成腸道細(xì)菌和毒素發(fā)生移位，加劇病情惡化[21-22]。 因此深入研究腸道炎癥的病理機(jī)制，加強(qiáng)有效緩解及預(yù)防腸道炎癥物質(zhì)的研發(fā)具有重要的科學(xué)意義。

近年來(lái)的研究表明，花青素[23-24]和黃芪湯[25]可以通過(guò)降低炎癥細(xì)胞因子水平和增加緊密連接蛋白的表達(dá)進(jìn)而預(yù)防脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）誘導(dǎo)的腸道炎癥。黃參苷通過(guò)抑制磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B蛋白信號(hào)通路，降低炎癥細(xì)胞因子水平、減少I(mǎi)EC凋亡和增加緊密連接蛋白的表達(dá)，進(jìn)而緩解三硝基苯磺酸誘導(dǎo)的結(jié)腸炎[26]。黃連湯通過(guò)調(diào)節(jié)核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）信號(hào)通路和核因子E2相關(guān)因子2信號(hào)通路，增強(qiáng)腸道屏障功能，進(jìn)而改善小鼠急性潰瘍性結(jié)腸炎[27]?？鄥⒙锻ㄟ^(guò)抑制Toll樣受體4信號(hào)通路、NF-κB及絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）信號(hào)通路的激活，從而降低炎癥細(xì)胞因子水平，進(jìn)而減輕LPS誘導(dǎo)的腸道炎癥損傷作用[28]。梔子花湯通過(guò)抑制促炎細(xì)胞因子和NF-κB信號(hào)通路預(yù)防腸黏膜損傷[29]。

微生物制劑（益生菌、益生元和合生元）對(duì)于維持腸道菌群平衡、促進(jìn)腸道健康也具有非常重要的意義。2016年12月，國(guó)際益生菌與益生元科學(xué)協(xié)會(huì)將益生元定義更新為：一類(lèi)能夠被宿主體內(nèi)的微生物選擇性利用并對(duì)宿主產(chǎn)生健康效應(yīng)的基質(zhì)，此舉擴(kuò)大了益生元的范圍，包括可能的非碳水化合物與非食物成分，也使作用部位不僅局限于胃腸道[30]。目前，益生元多為功能性低聚糖，其中，低聚果糖（fructo-oligosaccharide，F(xiàn)OS）通過(guò)調(diào)節(jié)腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）信號(hào)通路，增加TJ蛋白的表達(dá)，進(jìn)而緩解腸道炎癥[31]。魔芋甘露低聚糖與枯草芽孢桿菌聯(lián)合誘導(dǎo)腸道氧化損傷[32-33]。低聚木糖能夠有效促進(jìn)腸道中植物乳桿菌[34]、鼠李糖乳桿菌[34-35]和雙歧桿菌[36]的增殖，維持腸道菌群平衡。在牛乳配方粉中添加GOS和FOS可以有效增加?jì)胗變杭S便中雙歧桿菌的數(shù)量，改善腸道 健康[37]，以減少過(guò)敏反應(yīng)和異位反應(yīng)性皮炎，增加骨礦化，或治療與壓力相關(guān)的疾病。

2 GOS干預(yù)緩解腸道炎癥的研究

GOS是最安全的低聚糖，是一種天然的功能性食品添加劑[38]。2002年，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局把GOS列為國(guó)際公認(rèn)安全的食品添加劑之一[39]。日本、美國(guó)和歐洲等地區(qū)GOS均已實(shí)現(xiàn)商品化。而我國(guó)GOS產(chǎn)業(yè)起步相對(duì)較晚，直到2007年，中華人民共和國(guó)原衛(wèi)生部第12號(hào)公告首次批準(zhǔn)GOS為食品添加劑新品種，使用范圍為嬰兒配方食品、較大嬰兒和幼兒配方食品，總量不超過(guò)64.5 g/kg[40]。2008年第20號(hào)公告批準(zhǔn)GOS為新資源食品，使用范圍擴(kuò)增至乳制品、飲料、焙烤食品及糖果，食用量≤15 g/d[41]。

2.1 GOS理化性質(zhì)

GOS是以乳糖為原料、經(jīng)β-半乳糖苷酶作用，由2～9 個(gè)半乳糖基與1 個(gè)末端葡萄糖通過(guò)β-1,3、β-1,4、β-1,6糖苷鍵連接形成的直鏈或支鏈低聚糖[6-9]。GOS具有良好的水溶性，甜度為蔗糖的0.3～0.6 倍，耐酸耐熱，在pH 3、160 ℃條件下保持15 min不會(huì)發(fā)生變性[42]。研究表明，不同來(lái)源的β-半乳糖苷酶直接影響GOS聚合程度、糖苷鍵類(lèi)型和GOS產(chǎn)率，而聚合程度和糖苷鍵類(lèi)型的變化決定了GOS的結(jié)構(gòu)、活性行為及益生特性[43-46]。β-1,6和β-1,3糖苷鍵連接的GOS表現(xiàn)出較強(qiáng)的益生特性，可能是因?yàn)槿樘撬夂娃D(zhuǎn)糖基平衡反應(yīng)得到的GOS更容易被益生菌本身代謝[47-49]。

2.2 GOS對(duì)腸道炎癥的潛在影響及緩解機(jī)制

GOS作為一種重要益生元，具有多種生理功能，包括：1）維持腸道菌群平衡，改善腸道環(huán)境；2）改善礦物質(zhì)元素（鈣和鎂）的吸收[50]、防止骨質(zhì)減少[51]； 3）調(diào)節(jié)血清膽固醇含量，改善脂質(zhì)代謝[52]；4）預(yù)防齲齒；5）刺激增強(qiáng)免疫應(yīng)答[53-55]、抗腫瘤；6）抑制阿爾茨海默病模型小鼠腦內(nèi)Toll樣受體2表達(dá)，降低反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞M1型活化，減少NF-κB p65蛋白活化和促炎因子表達(dá)，從而減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng)，發(fā)揮抗衰老[56]等生理功能。腸道菌群與宿主之間存在廣泛的相互作用，其在維持腸道穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用[57]。GOS能夠有效改善腸道炎癥功能損傷，這是由于人體胃腸道內(nèi)缺乏水解GOS的酶系統(tǒng)，GOS不會(huì)被消化降解而到達(dá)結(jié)腸，能夠選擇性刺激腸道內(nèi)益生菌的生長(zhǎng)和繁殖[58]，抑制有害微生物生長(zhǎng)和腐敗物產(chǎn)生，維持腸道菌群平衡。所以口服益生元可能比口服活性益生菌更有效[59]。

早產(chǎn)兒由于胃腸功能不成熟、抗生素應(yīng)用及缺乏母乳喂養(yǎng)等原因，腸道菌群定植延遲，多樣性顯著降低，影響了腸道及全身免疫系統(tǒng)的成熟，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)壞死性小腸結(jié)腸炎[60]。GOS可以通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)和比例，修復(fù)腸道屏障功能，緩解腸道炎癥。在嬰幼兒配方乳粉中添加GOS后，嬰兒糞便中雙歧桿菌與乳酸桿菌的數(shù)量及乙酸含量明顯增加[61]，進(jìn)而促進(jìn)嬰幼兒免疫系統(tǒng)的發(fā)育。GOS能夠早期干預(yù)早產(chǎn)新生大鼠腸道菌群，提高雙歧桿菌數(shù)量，減少腸球菌數(shù)量[62]。GOS早期干預(yù)可改善哺乳仔豬回腸腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)，提高對(duì)碳水化合物的消化與吸收能力，促進(jìn)回腸腸道發(fā)育，調(diào)節(jié)回腸腸道菌群組成，并在一定程度上提高回腸腸道屏障功能[63-64]。使用GOS能有效緩解阿莫西林治療期間導(dǎo)致的雙歧桿菌豐度降低，且在停藥后有利于腸道微生物群代謝活性的恢復(fù)[65]。GOS還可以通過(guò)促進(jìn)TJ蛋白的表達(dá)，保障腸道屏障完整性，緩解腸道炎癥。GOS不僅能夠通過(guò)維持腸道菌群平衡來(lái)增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)細(xì)菌或病毒的抵御功能，還能夠通過(guò)誘導(dǎo)腸道上皮細(xì)胞分化，修復(fù)細(xì)胞創(chuàng)面，進(jìn)而調(diào)節(jié)上皮屏障功能[66]。GOS通過(guò)促進(jìn)TJ蛋白的表達(dá)，減輕脫氧雪腐鐮刀菌醇對(duì)B6C3F1小鼠絨毛結(jié)構(gòu)和腸道屏障功能的損傷[67]。補(bǔ)充GOS能有效改善重癥急性胰腺炎繼發(fā)性感染后的腸屏障功能障礙[68]。GOS分解產(chǎn)生的短鏈脂肪酸不僅可以通過(guò)降低腸道pH值抑制外源性致病菌和腸道內(nèi)固有真菌等的生長(zhǎng)繁殖，改善腸道內(nèi)微生物的種群比例[69]，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)NF-κB和AMPK信號(hào)通路，使腸道內(nèi)免疫球蛋白A和免疫球蛋白M數(shù)量顯著提高，進(jìn)而預(yù)防乳鼠輪狀病毒腹瀉[70]，還可以激發(fā)T細(xì)胞表面的短鏈脂肪酸受體43活性，從而抑制結(jié)腸腫瘤細(xì)胞的增殖和炎癥反應(yīng)[71]?？诜?0 g/100 mL GOS制劑的飲用水能夠增加抗炎菌群數(shù)量，減少促炎菌群數(shù)量，進(jìn)而潛在預(yù)防直腸癌的發(fā)生發(fā)展[72]。

3 結(jié) 語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來(lái)越重視功能性低聚糖類(lèi)益生元對(duì)腸道菌群調(diào)節(jié)機(jī)制的研究。GOS具有多種生理功能，包括調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答、抗病毒、促進(jìn)腸道內(nèi)有益菌增殖以及抑制腸桿菌、腸球菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌等的增殖。GOS對(duì)腸組織乃至整個(gè)機(jī)體的物質(zhì)代謝和免疫穩(wěn)定發(fā)揮著重要作用。

相比常規(guī)藥物，益生元與益生菌緩解炎癥具有高效、副作用小等優(yōu)勢(shì)，在腸道炎癥發(fā)生發(fā)展中的作用備受關(guān)注，已成為緩解腸道炎癥的研究熱點(diǎn)。雙歧桿菌BCM、嗜酸乳桿菌LCM和植物乳桿菌ZLP001能夠調(diào)節(jié)腸道內(nèi)Occludin、Claudin和ZO-1的表達(dá)，改善腸道屏障功能完整性，緩解腸道炎癥[73-74]。副干酪乳桿菌06TCa19和乳酸鏈球菌ML2018能夠激活p38 MAPK信號(hào)通路，抑制IL-8表達(dá)，改善腸道炎癥[75-76]。羅伊氏乳桿菌I5007可能通過(guò)增加結(jié)腸內(nèi)容物中丁酸的含量，進(jìn)而刺激豬腸上皮細(xì)胞先天性免疫防御肽表達(dá)，緩解仔豬腸道炎癥[77]。

目前對(duì)GOS調(diào)節(jié)腸道菌群、緩解腸道屏障損傷的作用機(jī)制研究仍然較少，因此，未來(lái)以GOS影響腸道菌群為切入點(diǎn)，進(jìn)一步研究GOS緩解腸道炎癥的可能作用途徑及機(jī)制，有助于深入了解GOS益生價(jià)值，為預(yù)防各種腸道炎癥疾病提供新的策略。