營養(yǎng)素與植物提取物在艱難梭菌感染控制中的研究進展

牛肖然，楊 靖，趙建宏

(河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院 河北省臨床檢驗中心，河北 石家莊 050000)

艱難梭菌(Clostridioidesdifficile，C.difficile)是一種革蘭陽性厭氧芽孢桿菌，是引起抗菌藥物相關(guān)性腹瀉(antibiotic-associated diarrhea, AAD)的主要病原菌。同時，艱難梭菌感染(Clostridioidesdifficileinfection, CDI)是一種常見的醫(yī)院獲得性感染，其發(fā)病率在世界范圍內(nèi)不斷增加[1-2]。國內(nèi)研究[3]表明，患者艱難梭菌檢出率高，艱難梭菌抗菌藥物耐藥性高，并且有一定的醫(yī)院傳播風(fēng)險。其常見臨床癥狀主要表現(xiàn)為腹瀉、輕中度腹部痙攣、假膜性腸炎、中毒性巨結(jié)腸、腸穿孔和膿毒血癥等，嚴(yán)重者甚至死亡[4]。目前治療CDI的一線藥物主要是甲硝唑和萬古霉素[5]，但治療后復(fù)發(fā)率較高，且易使該病原體產(chǎn)生抗菌藥物抗性[6]，非達霉素雖能減少CDI的復(fù)發(fā)率但其價格較為昂貴。糞便菌群移植(fecal microbiota transplantation, FMT)作為一種新興的治療方案，該方法對復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染(recurrentClostridioidesdifficileinfection, rCDI)療效顯著，但也存在較多的限制因素，如復(fù)雜的糞便成分、不可預(yù)測的移植風(fēng)險等，限制了廣泛應(yīng)用[7]，因此，尋找有效的CDI治療方案迫在眉睫。食源性物質(zhì)在CDI輔助治療中的潛在價值包括抑制艱難梭菌的生長或其毒素的產(chǎn)生，因此，調(diào)整患者飲食結(jié)構(gòu)或?qū)χ委烠DI有益。本文就食源性物質(zhì)輔助治療CDI的相關(guān)研究作一綜述，以期為后續(xù)食源性物質(zhì)用于CDI的輔助治療提供參考。

1 一般營養(yǎng)素

食物中的膳食營養(yǎng)素種類繁多，主要包括蛋白質(zhì)、碳水化合物、微量元素等，為身體生長發(fā)育提供必要的營養(yǎng)支持。研究[8]發(fā)現(xiàn)，特定碳水化合物飲食(specific carbohydrate diet，SCD)可以改善宿主的腸道菌群，避免rCDI的發(fā)生。因此，明確營養(yǎng)素以減少CDI的復(fù)發(fā)顯得尤為重要。

1.1 蛋白質(zhì)和氨基酸類 雖然已有研究[9]顯示，高蛋白飲食可加速CDI發(fā)生進程，但某些蛋白質(zhì)或氨基酸對艱難梭菌卻具有一定的抑制作用，如：鈣網(wǎng)蛋白可以與鋅離子結(jié)合，通過降低腸道內(nèi)鋅離子的濃度進而提高CDI小鼠的生存率[10]。除此之外，體外試驗研究[11]也表明，40 g/L甘氨酸能抑制艱難梭菌芽孢萌發(fā)，20 g/L及以上濃度的甘氨酸和組氨酸對RT001、RT015、RT020、RT027、RT078型艱難梭菌營養(yǎng)細胞生長有抑制作用，這種作用可能與甘氨酸抑制艱難梭菌細胞壁的形成有關(guān)[12]。在日常飲食中適當(dāng)增加甘氨酸的攝入或許對CDI患者的治療有益，人體內(nèi)的蛋白質(zhì)和氨基酸種類繁多，除上述之外其他能抑制艱難梭菌的蛋白質(zhì)和氨基酸值得進一步探究。

1.2 碳水化合物及其代謝物類 碳水化合物是生命細胞結(jié)構(gòu)的主要成分及主要供能物質(zhì)，并且有調(diào)節(jié)細胞活動的重要功能。研究[13]發(fā)現(xiàn)，將微生物可利用的碳水化合物(microbiota accessible carbohydrates，MACs)加入飼料后可明顯減少小鼠糞便中艱難梭菌載量，而飲食中缺乏MACs會延長CDI病程。由此可見，增加碳水化合物攝入在一定程度上可以緩解CDI。

葡萄糖是生物體主要的能源物質(zhì)，人體攝入的碳水化合物在體內(nèi)經(jīng)消化變成葡萄糖或其它單糖參加機體代謝。體外試驗表明，低濃度的葡萄糖(2 g/L)能夠促進艱難梭菌產(chǎn)生毒素，而高濃度葡萄糖(5 g/L或10 g/L)則顯著減少毒素的產(chǎn)生[14]，其機制可能是高濃度的葡萄糖在被艱難梭菌代謝后產(chǎn)生大量乳酸，從而抑制艱難梭菌毒素分泌。海藻糖是一種非還原性糖，耐高溫及耐酸，在香菇、酵母、面包、啤酒、葡萄酒、大豆、蝦類等食品中含量豐富。研究[15]表明，與未接受海藻糖處理的CDI小鼠相比，CDI小鼠食用海藻糖后盲腸中毒素基因tcdA和tcdB表達降低，病情得到緩解，提示海藻糖輔助治療CDI的潛力。另一種碳水化合物-水蘇糖在發(fā)酵過程中能夠降低腸道pH值，抑制腸道病原菌生長的同時[16]，特異性地促進益生菌—格氏副擬桿菌(Parabacteroidesgoldsteinii)和多形擬桿菌(Bacteroidesthetaiotaomicron)的增殖[17]，通過調(diào)節(jié)腸道菌群，從而維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，減輕CDI的嚴(yán)重程度。

除上述單糖外，碳水化合物還包括多糖，如黃原膠，由于其具有黏性，常被用作食品增稠劑。研究人員在整個試驗期間給試驗組CDI小鼠飲食中添加5%黃原膠，隨后通過16S rRNA進行腸道微生物群測序和短鏈脂肪酸代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)與正常飲食對照組小鼠相比，試驗組小鼠腸道微生物的多樣性和豐富度較高，腸道內(nèi)短鏈脂肪酸丙酸和丁酸濃度顯著增加，且艱難梭菌定植率明顯下降?？梢?，黃原膠在抗菌藥物治療期間保護了腸道內(nèi)正常的微生物群，從而排除艱難梭菌在腸道的定植[18]。但需要注意的是，此研究中使用的黃原膠濃度較高，較低劑量的黃原膠對CDI患者的腸道是否有有益作用尚需進一步探究。

碳水化合物被攝入后，腸道菌群可將其發(fā)酵為短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)[19]，如乙酸、丙酸、丁酸和戊酸等，這些發(fā)酵產(chǎn)物能反向調(diào)節(jié)腸道菌群，在CDI過程中對機體發(fā)揮保護作用。研究[20]指出，乙酸可以促進腸道免疫細胞產(chǎn)生白細胞介素(IL)-22，繼而誘導(dǎo)宿主黏液糖基化而促進腸道中的考拉桿菌屬(Phascolarctobacteriumspp.)生長，顯著抑制艱難梭菌的定植[21]。丁酸可促進缺氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1)相關(guān)基因及細胞旁連接蛋白相關(guān)基因的表達，進而維持腸上皮的完整性，減輕艱難梭菌毒素對腸上皮的損傷[22]。此外，戊酸鹽不僅能抑制不同型別的艱難梭菌生長[23]，還能增加優(yōu)勢菌群厚壁菌門及擬桿菌門的豐富度，恢復(fù)腸道菌群的多樣性[24]。可見，碳水化合物能夠通過調(diào)節(jié)腸道菌群進一步增加短鏈脂肪酸的產(chǎn)生，從而維持腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，保持腸道健康。

1.3 維生素D 維生素是日常飲食中不可缺少的營養(yǎng)成分，研究[25]發(fā)現(xiàn)體內(nèi)維生素水平輕度降低是CDI的危險因素之一。有研究[26]指出血清25(OH)D3水平與CDI嚴(yán)重程度在一定范圍內(nèi)呈負相關(guān)；并且，與不缺乏維生素D的CDI患者相比，維生素D缺乏的CDI患者腹瀉病程更長，且更易發(fā)生敗血癥[27]；此外，當(dāng)給孕婦補充維生素D后，通過16S rRNA基因序列分析發(fā)現(xiàn)嬰兒腸道中艱難梭菌數(shù)量明顯減少[28]。綜上所述，給機體補充維生素D可能是輔助治療CDI的新思路。營養(yǎng)素與與植物提取物對人體腸道健康的影響見圖1。

圖1 營養(yǎng)素與與植物提取物對人體腸道健康的影響

2 天然提取物

2.1 吲哚-3-甲醇(I3C) 我國傳統(tǒng)中醫(yī)醫(yī)學(xué)中有大量關(guān)于植物提取物被用作抗菌劑的記載[29]，對艱難梭菌有抑制作用的植物提取物在國內(nèi)外也多有報道。芥子油苷是一種來自于卷心菜家族的天然產(chǎn)物，I3C是芥子油苷的代謝物。在飼料中添加I3C后，可顯著抑制CDI小鼠盲腸炎癥反應(yīng)，減少細菌移位，降低重癥CDI小鼠死亡率[30]。目前I3C在預(yù)防人類CDI中的作用機制尚不明確，研究人員有必要發(fā)掘其在CDI防治中的潛力，如給圍手術(shù)期需要抗菌藥物治療的患者或有較高患CDI風(fēng)險的人群飲食中添加I3C，可能會降低CDI的發(fā)生率和/或嚴(yán)重程度。

2.2 香芹酚(carvacrol,CR) CR是一種食品級單萜植物酚，天然存在于牛至和百里香油中，具有抑菌和抗炎作用。研究[31]發(fā)現(xiàn)正常小鼠預(yù)防性食用CR可顯著改變感染后腸道菌群組成，主要表現(xiàn)為有益菌群(厚壁菌門)豐度增加，有害菌群(如變形菌門)豐度減少；此外，與未治療組相比，經(jīng)CR治療后的CDI小鼠體重下降的程度減輕，臨床評分降低，這可能與CR抑制艱難梭菌芽孢生長和/或毒素產(chǎn)生有關(guān)。CR可以在不引起腸道菌群紊亂的情況下改善CDI癥狀。

2.3 姜黃素(curcumin)和姜油酮 姜黃素主要來源于姜黃，占姜黃的0.3%～5.4%，已被證明具有抗炎、抗癌、抗氧化作用[32]，體外試驗[33]發(fā)現(xiàn)姜黃素對艱難梭菌毒素的產(chǎn)生呈劑量依賴性抑制，其抑制作用優(yōu)于非達霉素。此外，與萬古霉素、甲硝唑相比，姜黃素對正常腸道菌群中的乳桿菌屬(Lactobacillus)、雙歧桿菌(Bifidobacterium)和類桿菌(Bacteroides)等益生菌的影響更小。姜油酮(zingerone)來自姜黃，將艱難梭菌暴露于姜油酮24 h后，活菌數(shù)下降，有一定的殺菌活性[34]；長期使用抗菌藥物而導(dǎo)致的腸道菌群紊亂是CDI的主要誘因，增加姜黃素的攝入，加強腸道對艱難梭菌的抵抗能力，或許能夠克服抗菌藥物所帶來的不良影響。

2.4 黃連素(berberine) 黃連素又稱小檗堿，是一種異喹啉生物堿，在植物界分布較廣，被廣泛用于治療胃腸道疾病。將艱難梭菌培養(yǎng)在含有黃連素培養(yǎng)基中時，其菌體生長受到顯著抑制[35]。高濃度的黃連素可在艱難梭菌芽孢萌發(fā)開始后不久進入芽孢，從而抑制芽孢的萌發(fā)，降低芽孢萌發(fā)帶來的危害[36]。另一方面，使用黃連素聯(lián)合萬古霉素治療CDI小鼠后，恢復(fù)了因使用萬古霉素而導(dǎo)致腸道菌群失衡，且這種聯(lián)合治療方案能夠預(yù)防rCDI[37]。目前，雖已有體外研究證明黃連素有一定的抗菌作用，但其治療CDI患者的臨床效果尚待驗證，其在CDI治療中的價值值得進一步探索。

2.5 黃芩苷(baicalin) 黃芩苷是黃芩中的一種黃酮苷類化合物，常被廣泛用來治療感染性疾病[38]。黃芩苷已被證明能夠減少毒素的產(chǎn)生，顯著降低艱難梭菌芽孢形成和萌發(fā)，從而降低艱難梭菌的傳播率以及復(fù)發(fā)風(fēng)險。此外，向CDI小鼠腸道內(nèi)補充黃芩苷后，艱難梭菌關(guān)鍵的致病基因(PaLoc區(qū)域)表達被顯著下調(diào)，且不影響腸道有益菌群(如乳酸桿菌)的生長[39]。綜上所述，黃芩苷用于治療CDI的潛質(zhì)應(yīng)進一步研究探討。

2.6 石榴多酚(punicalagin) 石榴有一定的營養(yǎng)和藥用價值。石榴多酚，又稱為鞣花單寧，是石榴汁中含量最豐富的多酚。體外研究發(fā)現(xiàn)石榴多酚在一定濃度下，能以劑量依賴的方式抑制艱難梭菌的生長同時，降低高產(chǎn)毒菌株NAP1/027/BI中毒素B(TcdB)的產(chǎn)生，而對腸道內(nèi)的益生菌乳酸乳球菌(Lactococcuslactisspp.)、干酪乳桿菌(Lactobacilluscasei)和動物雙歧桿菌(Bifidobacteriumanimalis)的生長則無抑制作用[40]。

2.7 蜂蜜 麥盧卡蜂蜜(Manuka honey)提取自麥盧卡樹，其在體外可以抑制艱難梭菌蛋白質(zhì)合成[34]，最近，4例難治性CDI患者接受非達霉素治療3 d后用15%麥盧卡蜂蜜進行結(jié)腸灌洗，糞便中的艱難梭菌含量降低，并且，蜂蜜灌洗后恢復(fù)了非達霉素治療后的腸道菌群多樣性降低情況[41]。該病例報告證明蜂蜜灌腸對難治性CDI具有良好的療效。

2.8 其他 從大蒜中提取的大蒜汁和大蒜粉，可抑制艱難梭菌蛋白質(zhì)合成[34]，對艱難梭菌有抑菌作用[42]；反式肉桂醛來自肉桂，其可以破壞艱難梭菌細胞膜，細胞膜的完整性對維持艱難梭菌在對數(shù)期和穩(wěn)定期存活至關(guān)重要[34]，低濃度的反式肉桂醛在體外增強了常規(guī)抗菌藥物萬古霉素的抗菌活性，因此，反式肉桂醛與萬古霉素的聯(lián)合治療可能會提高這種感染的治療效果[42]；薄荷油來源于薄荷，8%(v/v)的薄荷油對艱難梭菌菌株也顯示出抑制和殺菌作用[42]。新鮮洋蔥鱗莖提取物和椰子油，以及新鮮生姜根莖提取物，抑制艱難梭菌的孢子形成，然而，效果因艱難梭菌菌株而異[42]。這些都在日常生活中常見且容易獲得，但是應(yīng)用時要適量，因為植物衍生物存在相關(guān)的風(fēng)險，應(yīng)用時要加以辨別以提供更安全的抗菌藥物替代品。

植物提取物對艱難梭菌的體內(nèi)外抑制作用機制見表1。

表1 植物提取物對艱難梭菌的體內(nèi)外抑制作用機制

3 總結(jié)與展望

綜上所述，特定的食源性物質(zhì)可以影響人體腸道健康，顯著改善CDI的癥狀。一旦發(fā)生CDI，在使用抗菌藥物的同時加入一些對艱難梭菌有抑制作用的食源性物質(zhì)，可以縮短抗菌藥物治療時間，減少抗菌藥物使用劑量，彌補抗菌藥物治療的不足。此外，合理選擇某種特定的食源性物質(zhì)對防治CDI十分重要，用食源性物質(zhì)輔助治療CDI患者，具有安全性高、副作用小、患者接受度高的優(yōu)勢?？傊?，食源性物質(zhì)在CDI的輔助治療方面有很好的發(fā)展前景，可以為開發(fā)個體化精準(zhǔn)飲食輔助防治CDI提供新的參考價值。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。