長雙歧桿菌與嬰幼兒腸道健康的研究進(jìn)展

吳詩寅 蔡美琴

上海交通大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院（上海 200025）

1 長雙歧桿菌概述

雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）是一種厭氧、產(chǎn)乳酸、不產(chǎn)芽孢、不運(yùn)動的革蘭氏陽性細(xì)菌屬，目前已知的雙歧桿菌共有32 種，來源于人類的共有12種。長雙歧桿菌（Bifidobacterium longum）是雙歧桿菌屬之一，也是嬰幼兒腸道菌群中最豐富的物種之一。長雙歧桿菌有三個亞種，分別為長雙歧桿菌嬰兒亞種（B.longum ssp.infantis）、長雙歧桿菌長亞種（B.longum ssp.longum）和長雙歧桿菌豬亞種（B.longum ssp.suis和B.longum ssp.Suillum）[1]。豬亞種是動物糞便分離出來的，與嬰兒健康有關(guān)的主要是長亞種和嬰兒亞種。

1.1 生理特性

長雙歧桿菌嬰兒亞種是一種在健康母乳喂養(yǎng)小兒腸道中占主導(dǎo)地位的定植菌株。在胃腸液耐受能力方面，體外試驗(yàn)中嬰兒亞種活力對數(shù)損失僅為（0.7±0.0) log CFU/mL，對膽汁耐受性良好[2]。在低聚糖利用能力方面，嬰兒亞種以母乳低聚糖（HMOs）作為唯一碳源，通過表達(dá)16種糖基水解酶來完全利用HMOs，低聚糖利用率極高。在定植能力方面，B.longum ssp.infantisATCC 15697與乳雙歧桿菌相比，在早產(chǎn)兒腸道中定植力更強(qiáng)，相對豐度是后者的6.0倍[3-4]。

長雙歧桿菌長亞種在腸道中的高普遍性和高豐度對于維持生命早期腸道健康至關(guān)重要。在胃腸液耐受能力方面，一項(xiàng)對B.longum ssp.longumBCBL-583腸道環(huán)境適應(yīng)性的測試顯示，該菌株經(jīng)胃酸和膽酸鹽處理6 h的存活率為（85.8±1.5）%，具良好的胃腸環(huán)境適應(yīng)活性[5]。在低聚糖利用能力方面，長亞種以不同類型的酶代謝HMOs和其他復(fù)合碳水化合物低聚糖，釋放乳-N-二糖和半乳-N-二糖來構(gòu)建身體組織[6]。長亞種還可協(xié)同其他菌株降解低聚糖交叉喂養(yǎng)，促進(jìn)腸道微生物群建立。在定植能力方面，研究表明在同一受試者的腸道中，B.longum ssp.longum44-B可從嬰兒早期開始定植超過6年，并可與其他雙歧桿菌共存產(chǎn)生健康縱向效應(yīng)[7]。

1.2 基因組水平的生物學(xué)特性

基因測序等手段解釋了不同長雙歧桿菌菌株生理功能的差異。應(yīng)聰萍等[8]對B.longumCCFM760進(jìn)行基因組草圖測序，對比基因數(shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)其基因組中可能含有多種抗生素抗性基因、多種基因組編碼和氧化損傷修復(fù)功能蛋白質(zhì)的基因編碼，從而解析了其低聚糖代謝能力、抗生素抗性以及抗氧化能力。本文列舉了幾種常見的不同基因型長雙歧桿菌的生理特性差異，見表1。

表1 長雙歧桿菌不同基因型菌株的生理特性差異

1.3 代謝組水平的生物學(xué)特性

長雙歧桿菌不同亞種對碳水化合物代謝的差異可由平均核苷酸一致性值（ANI）和系統(tǒng)發(fā)育分析進(jìn)行研究。由于嬰兒亞種和長亞種ANI 值低，它們表型和基因型的差異較大，嬰兒亞種中特定基因的數(shù)量是長亞種的4倍，主要包括兩個較大的基因簇：脲酶基因簇和唾液酸代謝基因簇，分別代謝母乳中的尿素和唾液酸。此外，參與復(fù)雜碳水化合物代謝的注釋基因編碼酶GHs家族在兩個亞種之間所占的比例有32.2%存在顯著差異，其中與HMOs代謝息息相關(guān)的GH29，GH33和GH95家族存在于所有嬰兒亞種中，但僅存在于少數(shù)長亞種中，例如B.longum ssp.longumJSWX9M5和CCFM752。兩個亞種在碳水化合物轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝基因中都有變異，這可能是嬰兒亞種不同于長亞種，具有代謝所有HMOs 能力的原因，而長亞種只能代謝HMOs 中的2'-和3'-巖藻糖基乳糖[13]。

1.4 蛋白組水平的生物學(xué)特性

長雙歧桿菌之間存在著蛋白組基因編碼的差異，這為不同菌株擁有不同的生理特性提供科學(xué)解釋。長亞種和嬰兒亞種均具有降解HMOs 的能力，但相較于長亞種，嬰兒亞種降解HMOs 能力更強(qiáng)。這是因?yàn)閶雰簛喎N的43-kb基因簇中存在包括α-巖藻糖苷酶、β-半乳糖苷酶、β-己糖胺酶和α-唾液酸酶等16種糖苷酶和一系列低聚糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，它們與特定的HMOs 鍵結(jié)合時上調(diào)基因表達(dá)，有助于其細(xì)胞質(zhì)完全消化HMOs，這為嬰兒亞種作為新生兒健康基礎(chǔ)這一說法提供理論支持。

2 長雙歧桿菌與嬰幼兒腸道健康

2.1 長雙歧桿菌是嬰兒腸道中的優(yōu)勢菌

嬰幼兒腸道中長雙歧桿菌的定植和相對豐度與新生兒的健康生長密切相關(guān)。健康母嬰糞便中比例最高的雙歧桿菌是長雙歧桿菌，提示長雙歧桿菌是嬰兒及其母親腸道中的優(yōu)勢菌，有利于嬰幼兒健康生長。此外，長雙歧桿菌在嬰幼兒腸道分布中存在著顯著的個體差異，這與嬰幼兒的分娩方式、喂養(yǎng)類型和抗生素使用等有關(guān)[1]。

長雙歧桿菌可通過調(diào)節(jié)腸道菌群促進(jìn)嬰幼兒腸道健康。基于體外實(shí)驗(yàn)和16S rRNA基因測序結(jié)果示，加入長雙歧桿菌后的試驗(yàn)組中厚壁菌門、鏈球菌科、乳酸桿菌科、雙歧桿菌屬相對豐度在整個期間顯著增加，變形桿菌門、腸桿菌科相對豐度下降[14]。

2.2 長雙歧桿菌具有免疫調(diào)節(jié)作用

長雙歧桿菌有保護(hù)宿主免受過敏性疾病和自身免疫性疾病等異常免疫反應(yīng)的益生功能。第一，長雙歧桿菌代謝復(fù)雜碳水化合物時產(chǎn)生的醋酸等短鏈脂肪酸（SCFAs）可與腸嗜鉻細(xì)胞表面的G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合，產(chǎn)生吲哚-3-甲醛激活芳香烴受體介導(dǎo)的免疫信號通路，上調(diào)色氨酸代謝，產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子IL-22抑制異常Th2免疫反應(yīng)，調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能[15]。第二，長雙歧桿菌還可通過DNA甲基化的表觀遺傳學(xué)機(jī)制，刺激宿主免疫系統(tǒng)。長雙歧桿菌經(jīng)gDNA測序發(fā)現(xiàn)存在獨(dú)特的甲基化基序m4C、m5C和m 6 A，在缺乏IL-2 和轉(zhuǎn)化生長因子TGF-β 共刺激的情況下有效誘導(dǎo)Treg細(xì)胞免疫[16]。

2.3 長雙歧桿菌治療或緩解嬰幼兒腸道疾病的作用

研究發(fā)現(xiàn)，長雙歧桿菌可以有效緩解嬰幼兒功能性便秘、腸易激綜合征、炎癥性腸炎等胃腸道疾病，調(diào)節(jié)腸道菌群失調(diào)。其可能機(jī)制是長雙歧桿菌通過介導(dǎo)各種免疫信號通路，調(diào)節(jié)微生物-腸-腦軸相互作用，阻止病原體過度生長，達(dá)到治療或緩解腸道疾病的目的。

2.3.1 長雙歧桿菌與嬰幼兒功能性便秘 功能性便秘（FC）是一種基于排便次數(shù)減少、排便困難、無器質(zhì)性病變的最常見的功能性胃腸病，多發(fā)于嬰兒和學(xué)齡前兒童，全世界兒童FC 的發(fā)病率在0.7%～29.0%。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)C患兒與健康嬰幼兒的腸道菌群微生態(tài)環(huán)境存在明顯差異，尤其是較高的FC風(fēng)險與較低的長雙歧桿菌水平間存在正相關(guān)[17]。

目前臨床上治療FC 多采用長雙歧桿菌與多種益生菌聯(lián)合治療。Russo 等[18]通過隨機(jī)對照試驗(yàn)評估了含有長雙歧桿菌長亞種B.longum ssp.longumBB536、嬰兒亞種B.longum ssp.infantisM-63和短雙歧桿菌等多種益生菌混合物對55 例FC 患兒的治療效果，觀察到接受益生菌和聚乙二醇治療的患兒與僅服用聚乙二醇的對照組相比，便秘改善率提高6.2%。

Chen 等[19]選取0～2 月齡48 名腹痛嬰兒給予1×109CFU長雙歧桿菌KABP042（CECT7894）和戊糖片球菌KABP 041（CECT 8330）的混合劑和42名腹痛嬰兒給予等量安慰劑，觀察21天，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組的糞便稠度評分比對照組顯著提高0.2 分。在西班牙開展的一項(xiàng)臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，連續(xù)14天給予21～120日齡的患有腹絞痛的11 名嬰兒服用1×109CFU 的長雙歧桿菌CECT7894和戊糖片球菌CECT8330的混合劑，9名對照組嬰兒服用等量安慰劑，服用益生菌組患兒每天哭鬧時間與安慰劑組相比減少26.9分鐘[20]。提示每天口服CECT7894和CECT8330是一種有效改善糞便硬度，恢復(fù)腸黏膜屏障功能，減緩嬰兒過度哭鬧綜合征，減輕腹痛帶來不良反應(yīng)的治療方式。這是因?yàn)殚L雙歧桿菌CECT7894具備刺激巨噬細(xì)胞分泌抑炎因子IL-10，及拮抗大腸桿菌和產(chǎn)酸克雷伯菌等病原菌的能力[20]。

閔燕華等[21]對4月齡～4歲的FC患兒進(jìn)行的隨機(jī)對照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，長雙歧桿菌聯(lián)合常規(guī)藥物能更有效安全地治療FC。權(quán)冰潔等[22]的隨機(jī)臨床試驗(yàn)對比了分別服用雙歧桿菌四聯(lián)活菌片聯(lián)合乳果糖、神曲消食口服液聯(lián)合乳果糖和乳果糖3組9月齡～9歲患兒的便秘復(fù)發(fā)率和治療效果，得出雙歧桿菌四聯(lián)活菌片聯(lián)合乳果糖的治療FC有效率高達(dá)92.3%，復(fù)發(fā)率僅26.7%，是減短病程，緩解患兒生理心理痛苦的更優(yōu)臨床治療方案。

長雙歧桿菌治療功能性便秘的可能作用機(jī)制包括以下兩個方面：一是長雙歧桿菌在腸道內(nèi)發(fā)酵復(fù)雜碳水化合物產(chǎn)生代謝物，包括SCFAs 和次級膽汁鹽（BAs）。SCFAs 可以降低腸道pH，提升腸道滲透壓和增加水分分泌，增強(qiáng)腸道平滑肌的蠕動和收縮，減少食物殘渣滯留在結(jié)腸，增加排便頻率[23]。SCFAs還能經(jīng)脂肪酸受體FFA2和FFA3介導(dǎo)，通過作用于腸內(nèi)分泌細(xì)胞（EECs），促進(jìn)色氨酸羥化酶1表達(dá)和5-羥色胺（5-HT）的產(chǎn)生。5-HT可分泌緩解結(jié)腸動力障礙的神經(jīng)遞質(zhì)受體5-HT4R，介導(dǎo)5-HT4上調(diào)，刺激黏膜肥大細(xì)胞響應(yīng)，誘導(dǎo)結(jié)腸運(yùn)動的興奮性，促進(jìn)排便。腸腔內(nèi)高濃度的BAs 介導(dǎo)的神經(jīng)或激素機(jī)制使BAs 初級代謝物鵝去氧膽酸加速結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)并增強(qiáng)腸壁收縮，促進(jìn)排便[24]。二是長雙歧桿菌可拮抗腸道病原體，其特定的基因序列可產(chǎn)生獨(dú)特的抗菌化合物，再經(jīng)過有機(jī)酸如乳酸和乙酸介導(dǎo)，可拮抗多種革蘭氏陰性和陽性細(xì)菌病原體。如B.longumKABP042基因組中存在細(xì)菌素羊毛硫抗生素B基因和輔助基因lanR2、lanK、lanA、lanR1和lanI，具有拮抗肺炎克雷伯桿菌和鼠傷寒沙門氏菌，促進(jìn)腸道蠕動，改善糞便性狀的效果[25]。

2.3.2 長雙歧桿菌與腸易激綜合征 腸易激綜合征（IBS）屬于功能性胃腸病之一，多發(fā)于4 歲以上兒童。樊琳等[26]納入84例IBS患兒，比較采用口服馬來酸曲美布汀和思密達(dá)常規(guī)治療的對照組和雙歧桿菌四聯(lián)活菌聯(lián)合常規(guī)治療的治療組之間的療效差異。結(jié)果顯示，聯(lián)合治療組的總有效率比對照組顯著提高了16.7%。聯(lián)合治療組患兒的腸桿菌豐度與治療前相比顯著降低0.5 lg CFU/g，雙歧桿菌豐度與治療前相比顯著提高0.6 lg CFU/g，而對照組這兩組菌的相對豐度前后變化無顯著性差異。聯(lián)合治療組干擾素IFN-γ和IFN-γ/IL-4 與對照組相比分別顯著降低33.5 pg/mL 和0.1，IL-4 與對照組相比顯著提高47.5 pg/mL，表明雙歧桿菌用于治療IBS 患兒有助于提高療效。

O'mahony等[27]對77例IBS患者進(jìn)行隨機(jī)分配，8周后與安慰劑組相比，飲用含有1×1010CFU長雙歧桿菌嬰兒亞種（B.longum ssp.infantis35624）的麥芽奶飲料的IBS 患者更少出現(xiàn)腹痛、腹脹、不適、排便困難的癥狀；根據(jù)李克特評分表，益生菌組的腹痛、腹脹和排便困難評分分別比安慰劑組顯著降低4.4分、4.2分和9.0分，其IL-10與IL-12的比值從69顯著升高至176，也更趨于正常標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于排便困難參數(shù)、細(xì)胞因子水平和生活質(zhì)量等的治療增益顯著超過安慰劑20%～25%，不低于藥物替加色羅和阿洛司瓊的治療效益。

Giannetti等[28]對8～17歲的48名IBS患兒隨機(jī)分配接受3×109CFU長雙歧桿菌B.longumBB536、1×109CFU 嬰兒雙歧桿菌M-63 和1×109CFU 短雙歧桿菌M-16V的3種雙歧桿菌的混合物或安慰劑，經(jīng)6周后發(fā)現(xiàn)益生菌組比安慰劑組的腹痛痊愈率和生活質(zhì)量改善率分別顯著提升27.5%和31%，腹痛頻率顯著降低28%，為雙歧桿菌作為IBS 的新治療方案提供臨床證據(jù)。

長雙歧桿菌治療IBS的作用機(jī)制可能在于維持腸黏膜屏障完整性。長雙歧桿菌KABP042聯(lián)合戊糖片球菌KABP041能夠協(xié)同誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞Caco-2，即緊密連接蛋白ZO-1、Occludin和Claudin-1和血清素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SERT的表達(dá)，發(fā)揮5-HT1A和5-HT3R下調(diào)和轉(zhuǎn)錄物SLC6A4上調(diào)作用，促進(jìn)形成腸道屏障，增強(qiáng)腸道蠕動，降低腸道敏感性，緩解腸黏膜屏障功能紊亂引起的IBS[25]。

2.3.3 長雙歧桿菌與兒童炎癥性腸病 炎癥性腸?。↖BD）屬于腸道非特異性免疫性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎（UC）和克羅恩?。–D）。近年來研究發(fā)現(xiàn)，長雙歧桿菌治療嬰幼兒IBD 是一種安全耐受、有積極臨床緩解率的療法。姜友志等[29]對120 例2～12歲輪狀病毒感染性腸炎患兒進(jìn)行隨機(jī)分組，對照組使用蒙脫石散，治療組使用雙歧桿菌乳桿菌三聯(lián)活菌片聯(lián)合蒙脫石散。雙歧桿菌聯(lián)合藥物治療組的總有效率比對照組顯著提高18.3%，為臨床用藥提供一定依據(jù)。Tamaki等[30]納入56例IBD患者，與使用安慰劑的患者相比，服用B.longum536的治療組在第8 周有63%的患者表現(xiàn)出顯著的臨床癥狀緩解，UC疾病活動指數(shù)、內(nèi)鏡活動指數(shù)和梅奧評分分別顯著下降1.2 分、3 分和0.7 分，而對照組的變化無顯著差異。

長雙歧桿菌治療IBD 的作用機(jī)制可能在于：①介導(dǎo)微生物群-腸上皮細(xì)胞-腸道免疫相互作用，刺激B 細(xì)胞分化產(chǎn)生IgA，啟動Tregs，分泌免疫細(xì)胞Th 1、Th 17 和ILC 3 s 以維持免疫穩(wěn)態(tài)，從而抑制IBS。②長雙歧桿菌參與膳食纖維發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs，通過G 蛋白偶聯(lián)受體激活信號通路，由GPR41和GPR43識別、殺傷并及時清除體內(nèi)突變細(xì)胞，GPR 109 A 抑制免疫細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞介導(dǎo)的NF-kB 信號通路活化，從而有助于修復(fù)損傷的腸上皮，提高腸道通透性，達(dá)到消炎抗炎、緩解腹瀉和改善糞便性狀等功效，促進(jìn)小兒腸道恢復(fù)健康[31]。

3 總結(jié)

長雙歧桿菌作為一類獨(dú)特的益生菌，其嚴(yán)格厭氧、結(jié)腸定植等生物學(xué)特性均顯著差異于其他菌，這也賦予它特有的益生功能，應(yīng)用長雙歧桿菌治療或緩解嬰幼兒胃腸道疾病已成為各領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。