肠道微生物与健康

“肠”久之计肠道微生物与健康郑宗坤博士深圳大学食品科学与工程系主要内容人体健康与微生物肠道构造及肠内生态益生菌与肠道健康认识益生菌产品人体健康的思考1.人体健康与微生物细菌主宰人体人体共生细菌的数量是人体细胞的10倍。由微生物细胞和它们所包含的基因组成的细菌群落，不会危害我们的健康，对人体有益，能帮助身体进行消化、生长和防御。人体消化系统中细菌基因数目330万个基因(来自1000多个菌种)，是人类基因数量的150倍(人类有2万~2.5万个基因)。2010年初，欧洲小组人体微生态系统包括口腔、皮肤、泌尿、胃肠道四个微生态系统。肠道微生态系统最为主要、复杂。人肠道中的细菌细胞数达1014个，占人体总微生物量的78％。肠道菌约400～500种，分为原籍菌群和外籍菌群，原籍菌群多为肠道正常菌群，正常病毒群、正常真菌群、正常螺旋体群等，各有其生理作用。肠道菌群最显著的特征：它的稳定性，它对人类抵抗肠道病原菌引起的感染性疾病是极其重要的。维持其稳定性是临床治疗的重点。研究菌群面临的难题肠道内的细菌以群居方式、在无氧环境中生存，单个细菌在开阔的培养皿中根本无法存活。研究细菌的基因——链状DNA和RNA的结构每种共生细菌都有自己的“身份证”——16S核糖体RNA基因，孤芳自赏迷住了我们的眼睛，人类自以为拥有所有保持健康所需的功能，这些有益细菌虽然不属于人体，却相伴我们一生，它们是我们身体内不可或缺的一部分。加州理工学院的生物学家SarkisK.Mazmanian人体正常菌群人体内微生物以细菌为主，大约有几十万亿到百万亿，重量1.5-2kg，其中肠道约有1kg以上，肺约有20g，口腔约有20g，鼻孔约有10g，眼约有1g，皮肤约有200g。视频非常新颖的观点经过20万年的进化，人体内的细菌群落和免疫细胞已经达成了和平共处，也就是一种平衡。免疫系统已经进化得既不会具有过强的攻击性(进攻自己人)，也不过于放松(放过敌人)。例如，T细胞会在识别和反击入侵人体的病原体时扮演重要角色，同时还会引发一系列炎症反应(肿胀、变红、发热等)。人体在产生大量T细胞后，又会很快产生调控性T细胞，抵消促炎T细胞产生的效应，缓解炎症。潜伏的战友1多形拟杆菌（消化）Bacteroidesthetaiotaomicron，最优秀的碳水化合物降解细菌，能合成260多种消化植物成分的酶，降解为葡萄糖和其他易消化的小分子糖类。帮助人体高效地从橙子、苹果、土豆、小麦胚芽等食物中提取营养素。人体中没有基因可以合成降解碳水化合物的酶。没有携带多形拟杆菌的小鼠，需要比携带了这种细菌的小鼠多吃30%的食物。潜伏的战友2幽门螺旋杆菌（食欲）Helicobacterpylori20世纪80年代，澳大利亚BarryMarshall、RobinWarren：是引发胃溃疡的病原菌。1998年纽约大学MartinBlaser：对绝大多数人都是有益的，调节胃酸水平，创造既适合它生存也适合宿主(人体)的环境。细菌内的cagA基因开始产生一种蛋白质，使胃部减少胃酸的分泌；会加重幽门螺旋杆菌引起的溃疡。胃可以产生两种与食欲相关的激素：饥饿激素(ghrelin)，瘦素(leptin)。十年之后：可以调节饥饿激素水平，即食欲。不可或缺--脆弱拟杆菌（免疫调节）研究人员向免疫系统有缺陷的无菌小鼠植入脆弱拟杆菌后，免疫系统可以恢复正常，促炎T细胞和抗炎T细胞之间重回平衡状态。2011年马兹曼尼安第一次阐明了微生物与哺乳动物之间的共生现象。“脆弱拟杆菌对人体非常有益，帮助我们弥补了人体本身DNA的不足，很多时候，它对我们的免疫系统发号施令，进行操纵。”这种操纵并不会抑制或减弱我们免疫系统的性能，相反，还有助于免疫系统发挥功能。《科学》Science肠道微生态系统-作用正常生理状态下，正常的肠道菌群对人体的维生素合成、促进生长发育和物质代谢以及免疫防御功能都有重要的作用，是维持人体健康的必要因素，也是反映机体内环境稳定的一面镜子。肠道微生态系统–例子1.对宿主的保护作用组织学和解剖学结构。2.对宿主的营养作用维生素B、K，泛酸、叶酸、氨基酸、脂质和碳水化合物。3.参与机体物质代谢内源蛋白质等的代谢需要，肠道细菌产生β一葡萄糖醛酸酶、硫化酶等，4.促进营养物质消化吸收有促进肠道蠕动功能，能促进机体对营养物质的消化吸收。5.菌群屏障作用预防性屏障和治疗性屏障。6.防癌抑癌作用厌氧棒状杆菌可激活人体内免疫细胞，卫生假说卫生假说是指在儿童早期到的感染越少，则日后发展出过敏性疾病的机会愈大。广泛使用抗生素，破坏人体细菌群落。剖宫产使重要的菌株无法通过母亲的产道传递给婴儿家庭规模都很小，细菌传递给小孩子的途径减少。饮用水净化工程减少与那些共生细菌接触的机会。越来越多的人正在一个日益萎缩的微生物世界中出生和长大。2.肠道构造及肠内生态人类的肠道系统小肠壁结构绒毛肠内细菌丛人的肠内约栖息着一百兆个细菌。肠内细菌看起来就像繁茂的草丛，所以又称为“肠内细菌丛”。如果将一个人的肠内细菌排成一列，其长度约可绕行地球2周多。医学博士代田稔博士肠道菌群的功能•微生物菌群的3个功能–营养–免疫调节–抗感染:屏障作用•1种可能的负面影响:某些菌群引起某些肠道疾病?脆弱的平衡•食物改变•压力•抗生素•老化•摄入大量致病菌•肠道疼痛•过敏反应(食物过敏,湿疹)•肠道紊乱(腹泻，便秘，腹胀……)菌群肠道菌群健康人的胃肠道内寄居着种类繁多的微生物，这些微生物称为肠道菌群。肠内菌群的变化因素肠道菌群失调症肠道菌群按一定的比例组合，各菌间互相制约，互相依存，在质和量上形成一种生态平衡，一旦机体内外环境发生变化，特点是长期应用广谱抗生素，敏感肠菌被抑制，未被抑制的细菌而乘机繁殖，从而引起菌群失调，其正常生理组合被破坏，而产生病理性组合，引起临床症状就称为肠道菌群失调症3.益生菌与肠道健康益生菌(probiotics)的概念是一类通过改善宿主肠道微生物菌群的平衡而发挥作用的活性微生物。经过研究发现：益生菌具有改善肠道菌群结构,抑制病原菌,消除致癌因子,提高机体免疫力,降低胆固醇等重要的生理功效；益生菌的定义的变化1965年，Lilly：是对饲养动物肠道菌群平衡有益的促进物或微生物1991年补充：是含生理活性物质,能通过胃肠或定植于结肠或在肠道增殖,调整肠道菌群,提高机体免疫力的活的微生物后来发现，死菌体细胞成分或代谢产物也具有与活菌相同的生理功能；1996年，益生菌剂是含生理活性菌或死细胞(包含代谢产物与细胞组成),摄取后可改善粘膜表面菌群或酶的平衡,或刺激机体的特异性或非特异性免疫力的微生物制剂因此,从广义上讲,益生菌可以是单一菌株,也可以是多种菌株甚至是它们的发酵产物。即益生菌是一类对人体有益的微生态制剂(microecologics)。益生菌与健康的关系益生菌与人体健康的密切关系,使其作为一种生物添加剂在食品中广泛应用,发挥重要的生物学效应；添加益生菌的食品可以改善消化功能,促进胃肠蠕动；尤其对防止婴幼儿、老年人腹泻和消化不良、便秘等胃肠道疾病有重要作用。益生菌应该具备的条件对宿主有益无毒性作用无致病作用能在消化道存活适应胃酸和胆汁能在消化道表面定植能产生有用的酶类和代谢物在加工和贮存过程中能保持活性具有良好的感官特性。益生菌分类①乳杆菌类（如嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、詹氏乳杆菌、拉曼乳杆菌等）；②双歧杆菌类（如长双歧杆菌、短双歧杆菌、卵形双歧杆菌、嗜热双歧杆菌等）；③革兰氏阳性球菌（如粪链球菌、乳球菌、中介链球菌等）。还有一些酵母菌与酶。益生菌的种类益生菌主要是人类和动物肠道内正常生理性菌和非肠道菌。1989年FDA以及美国饲料监察协会(AAFCO)公布了41种可用于饲料的安全菌株。1996年我国公布了10种菌：乳酸杆菌类、粪链球菌、双歧杆菌类、酵母菌；DM423腊样芽孢杆菌和SA38腊样芽孢杆菌可用于动物微生态调节剂。常用的益生菌菌种菌种菌株双歧杆菌青春双歧杆菌短双歧杆菌两岐双岐杆菌婴儿双岐杆菌乳酸杆菌嗜酸乳杆菌保加利亚乳杆菌干酪乳杆菌发酵乳杆菌胚芽乳杆菌短乳杆菌纤维二糖乳杆菌乳酸乳杆菌某些链球菌粪链球菌乳链球菌嗜热链球菌乙酸乳酸双链球菌此外,明串球菌属、足球菌属、丙酸杆菌属和芽孢杆菌属的菌种也可用作益生菌。益生菌的功能1维持肠道菌群平衡，治疗肠道功能紊乱2抗癌、抗肿瘤作用3增强免疫系统的功能4营养作用5控制内毒素的产生6延缓机体衰老7降胆固醇功能8抗高血压功能9益生菌的其他功能1．维持肠道菌群平衡，治疗肠道功能紊乱益生菌能产生胞外糖苷酶，可降解肠粘膜上皮细胞的复杂多糖，而这些糖是潜在致病菌和结合细菌毒素的受体；通过酶的作用可以阻止潜在致病菌及其毒素在肠粘膜上皮细胞的粘附和侵入。益生菌的代谢作用产生的酸，造成肠道内的酸性环境，调节和促进肠蠕动，防止致病菌的定植，维持肠道正常的生理功能。2．抗癌、抗肿瘤作用益生菌的抗肿瘤作用是由于益生菌的存在及其生成的代谢产物优化了肠道菌群的组合，增强了免疫功能，抑制了肿瘤细胞的增殖和致癌物质的产生。Moore等人报导了对肠道菌群与癌症间的关系,他们对不同地区,不同饮食习惯，结肠息肉患者和肿瘤低发区,挑选出的87名对象进行研究,从这些人的粪便中分离出55-60个菌株作统计学处理；结果显示,癌症发病率的高低和膳食组分密切相关,而含益生菌的膳食己被证明具有明显降低癌症发病率的功效。3．增强免疫系统的功能人体免疫功能会随着年龄的增长而降低,免疫系统的功能失调将带来健康问题,如过敏和炎症反应。益生菌能通过激活巨噬细胞，增强细胞活性和增加免疫球蛋白(特别是IgA)的水平等来增强非特异性免疫和特异性免疫应答。益生菌的活菌细胞、死细胞或是发酵产物都具有免疫调节功能。4．营养作用益生菌代谢产生的酸可促进对维生素D、钙和铁离子的吸收。研究表明益生菌可合成多种维生素，如硫胺素、核黄素、尼克酸、吡哆醇、泛酸、叶酸和维生素B12。当某些因素造成肠道菌群失调时，明显表现出维生素缺乏症。5．控制内毒素的产生益生菌可抑制肠道中腐败细菌的繁殖，从而减少肠道中内毒素和尿素酶的含量，使血液中内毒素和氨含量下降。6．延缓机体衰老益生菌能使机体中某些具有抗衰老作用的酶活性升高，使衰老的物质浓度降低。7.降胆固醇功能许多研究证明益生菌可以降低胆固醇,每天吃酸奶可使血清胆固醇降低;8.抗高血压功能近来,膳食疗法来治疗高血压的研究很多,根据Tacano研究表明,益生菌食品能在一定程度上控制血压。其抗高血压效果在先天性高血压老鼠实验中得到证实,从啤酒酵母和瑞士乳杆菌发酵乳中分离的三肽物质(Val-Pro-Pro和Ile-Pro-Pro)具有抑制血管紧张素转移酶活性的作用。9.益生菌的其他功能提高食物转化率,促进人及动物生长发育;改善人体健康水平,有益菌大量增殖,产生竞争性排斥作用,控制消化道疾病;消化分解抗营养因子,如植酸、胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素和非淀粉多糖，促进营养物质的利用等；5.认识益生菌产品益生菌在食品中的应用在食品中益生菌主要用于发酵乳制品的生产,但它也正逐步被用于开发各种功能食品，如果汁、糖果、冰棋淋、冷冻酸奶等；在中国与亚太地区益生菌的最普及的应用仍是奶制品领域，如酸奶和乳酸菌饮品等；功能性食品的益生菌类一类为双歧杆菌,该类乳酸菌为全球公认有益菌，尚未有不利于人体的报道出现；常见的有婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、青春双歧杆菌等；另一类为乳杆菌,如嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、植物乳杆菌、和罗伊氏乳杆菌等；较新型的两个菌种为植物乳杆菌和罗伊氏乳杆菌；益生菌制品1益生菌干酪2益生菌制剂3益生菌乳粉4益生菌发酵果蔬汁5益生菌酸豆乳6益生菌巧克力7益生菌化妆品益生元益生元（Prebiotics）是指不易被消化的食品成分，通过选择性的刺激一种或几种细菌的生长与活性而对寄主产生有益的影响，从而改善寄主健康