The Effects of Prebiotic Oligosaccharides on Gut Microflora and Health in Infants

林軼凡 孫建琴

（復旦大學(xué)附屬華東醫院臨床營(yíng)養中心，上海200040）

摘要：益生元是一種可被選擇性發(fā)酵并改變胃腸道中對宿主健康有益菌群的組成和活性的食物成分，研究和應用較多的有菊粉、低聚半乳糖、低聚果糖等。益生元低聚糖通過(guò)改變腸道益生菌（通常為雙歧桿菌和乳酸桿菌）的比例和活性，對嬰幼兒健康發(fā)揮有益的作用，包括維護腸道微生態(tài)平衡，保持正常腸道功能，增強機體免疫力，促進(jìn)營(yíng)養物質(zhì)吸收。

關(guān)鍵詞：益生元低聚糖；腸道微生態(tài)；健康

1. 益生元低聚糖

    1.1 益生元低聚糖的概念
    益生元（prebiotics）的最新定義是一種可被選擇性發(fā)酵并改變胃腸道中對宿主健康有益菌群的組成和活性的食物成分（Roberfroid, 2007）［1］。益生元必須符合三項標準［2］：(1)耐胃酸和水解酶，不被哺乳動(dòng)物的胃腸道吸收；(2)由腸道菌群發(fā)酵；(3)選擇性刺激腸道有益菌（通常為雙歧桿菌和乳酸桿菌）的生長(cháng)或活性。多項體內外試驗已經(jīng)證實(shí)益生元的不可消化性和腸道內選擇性發(fā)酵，以及刺激有益菌生長(cháng)而促進(jìn)宿主健康的作用［1］。
    益生元的化學(xué)本質(zhì)是低聚糖（oligosaccharides, OS），但是并非所有低聚糖都具有益生元的特性，僅有不能被人體消化吸收但能被腸道有益菌利用的部分功能性低聚糖（functional oligosaccharide）符合益生元標準［3］。功能性低聚糖可以改善脂質(zhì)代謝、降低血壓、預防齲齒等，其中通過(guò)調節腸道菌群促進(jìn)健康的稱(chēng)為益生元低聚糖（prebiotic oligosaccharides）。
    1.2 益生元低聚糖的種類(lèi)
    目前被研究和應用較多的益生元低聚糖包括菊粉、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚異麥芽糖、低聚木糖、大豆低聚糖等［4］。
    菊粉（inulin）是已被證實(shí)完全符合益生元標準的低聚糖之一。Yap等［5］試驗證明，在嬰兒奶粉中添加菊粉配方（125g/d）能改變嬰兒腸道微生物組成及糞便形狀，可以降低糞便pH值，改變糞便重量、質(zhì)地和顏色，顯著(zhù)減少潛在的病原微生物如梭狀芽胞桿菌、革蘭氏陽(yáng)性球菌和大腸桿菌，增加雙歧桿菌，表明腸道的健康狀況得到改善。
    低聚半乳糖（galactooligosaccharides, GOS）是另外一種完全符合益生元標準的低聚糖。Cai等［6］試驗證明添加少量GOS配方（24g/L）的奶粉能夠改善嬰兒排便頻率，降低糞便pH值，并刺激腸道雙歧桿菌和乳酸桿菌的增殖，其健康作用與母乳喂養相當，明顯優(yōu)于未添加GOS的普通配方奶粉。
    低聚果糖（fructooligosaccharides, FOS）作為非消化性碳水化合物又能調節腸道菌群，因而常作為食品添加劑用于改善宿主對于腸道感染的抵抗力［7］。諸多試驗證明FOS確實(shí)能影響腸道菌群組成，但是其加強腸道屏障功能、抵抗腸道感染的能力仍需進(jìn)一步試驗證明。
    1.3益生元低聚糖的作用
    益生元低聚糖的生理功能［8-10］主要是：(1)維護腸道微生態(tài)平衡：益生元可通過(guò)促進(jìn)腸內有益菌的增殖，優(yōu)化腸道菌群；抑制腐敗菌的繁殖，消解腐敗菌產(chǎn)生的毒素；降低腸道pH值和電勢，促進(jìn)腸蠕動(dòng)，清除腸道垃圾，自然地恢復腸道的微生態(tài)平衡。(2)保持正常腸道功能：益生元具有雙向調節作用，既可緩解腹瀉、又可防治便秘。益生元可以縮短輪狀病毒或抗生素相關(guān)性腹瀉的病程或減輕癥狀，防治乳糖不耐癥；減輕腸道應激癥狀，預防或減輕過(guò)敏尤其是嬰兒過(guò)敏性疾病；另外低聚糖有些功能與膳食纖維相似，能刺激腸道蠕動(dòng),增加糞便的濕潤度,并通過(guò)菌體的大量生長(cháng)以保持一定的滲透壓,也能預防和減輕便秘。(3)增強機體免疫力：益生元有益于防治胃腸道炎性疾病、幽門(mén)螺桿菌感染或細菌過(guò)度生長(cháng)；也可通過(guò)增強人體免疫力，預防呼吸道感染（普通感冒或流行性感冒）和其他傳染性疾病，以及預防泌尿生殖道感染。(4)促進(jìn)營(yíng)養物質(zhì)吸收：益生元可在在腸道內合成維生素B1、B2、B6、B12、煙酸、葉酸等營(yíng)養物質(zhì)，并可提高機體對鈣離子的吸收；還能抑制某些維生素的分解菌,從而使維生素的供應得到保障。

2.嬰幼兒腸道微生態(tài)

    2.1 腸道微生態(tài)的概念
    腸道微生態(tài)（intestinal microecology）是指腸道正常菌群與其宿主相互作用影響的統一體。世代的進(jìn)化使得定居胃腸道的微生物與人類(lèi)的生理健康之間存在微妙的平衡，它們的相互作用可以產(chǎn)生有益的營(yíng)養物質(zhì)、免疫功能、促進(jìn)生長(cháng)，也可能致使宿主患病。在正常情況下，人體的胃腸道內棲息著(zhù)約500~1000種細菌。從其功能上大致可以分為三類(lèi)，一是有益菌、二是有害菌、三是既非有益也非有害菌。有益菌是有益于身體健康的細菌，如雙歧桿菌、乳酸桿菌等；有害菌是能夠導致疾病的細菌，如產(chǎn)氣夾膜桿菌、綠膿桿菌等；其余的是介于兩者之間，在正常情況下對人體有些益處，但在一定條件下又會(huì )對人體有害的細菌，如大腸桿菌等。這三大類(lèi)細菌在腸道內保持一定的比例，保持著(zhù)一種動(dòng)態(tài)的平衡，這就是微生態(tài)平衡（microecological balance）。一旦有害菌的比例增高或者有益菌的比例降低，就會(huì )出現菌群失調，出現諸如消化不良、腹脹、腹瀉或者大便干燥的癥狀。在成人的日常生活中，濫用抗生素、服用化學(xué)藥品、工作生活壓力過(guò)大、過(guò)分追求食物的精細化等等都可以引起腸道微生態(tài)的失衡。對于嬰兒而言，在建立起完善的腸道功能之前，則需要外界的幫助來(lái)調節腸道菌群，維持腸粘膜屏障，保護腸道微生態(tài)平衡。
    2.2 嬰幼兒腸道微生態(tài)的發(fā)育特點(diǎn)
    每個(gè)嬰兒的出生，都是從一個(gè)無(wú)菌環(huán)境，來(lái)到一個(gè)充滿(mǎn)活力的生態(tài)系統。新生兒降生時(shí)腸道內是無(wú)菌的，生后1~2小時(shí)即開(kāi)始出現細菌，幾天之內微生物數量就可能超過(guò)嬰兒自己的體細胞數。首先定居腸道的多為需氧菌和兼性厭氧菌，如大腸桿菌、腸球菌等，它們在生長(cháng)過(guò)程中消耗了腸道內的氧氣，從而創(chuàng )造了乏氧環(huán)境，厭氧菌此時(shí)開(kāi)始生長(cháng)，于1周左右演替成為優(yōu)勢菌。嬰幼兒胃腸道菌群主要來(lái)自于產(chǎn)道和皮膚上的細菌，這是由相似的環(huán)境決定的。然而不同的喂養方式對嬰幼兒的腸道菌群組成影響甚大，母乳喂養兒其腸道菌群組成中雙歧桿菌占絕對優(yōu)勢，類(lèi)桿菌不足1%；人工喂養兒除雙歧桿菌外，梭桿菌、鏈球菌等也占較大比例；以添加益生元配方喂養的嬰兒的腸道菌群組成與母乳喂養兒的最為接近。與健康成人的腸道菌群組成相比，嬰幼兒雙歧桿菌所占比例較大，缺乏降解粘蛋白和轉化膽固醇的菌群。也有試驗發(fā)現從出生至成年，糞便微生物中雙歧桿菌的量始終是相對較低的。隨著(zhù)斷乳及添加輔食，類(lèi)桿菌、真桿菌和腸球菌所占比例迅速增加，雙歧桿菌相對下降，腸道菌群組成發(fā)生相應演替。于2歲左右，降解粘蛋白和轉化膽固醇的菌群分別建立，其腸道菌群的組成趨于穩定［11，12］。

3.益生元低聚糖對嬰幼兒健康的作用

     益生元低聚糖通過(guò)改變腸道益生菌（通常為雙歧桿菌和乳酸桿菌）的比例和活性，對嬰幼兒健康發(fā)揮有益的作用。Parracho等［13］比較多項臨床試驗結果證實(shí)，膳食可提供不同的細菌發(fā)酵底物來(lái)影響腸道微生態(tài)的構成，使用益生元低聚糖可增加被認為對人體健康有益的常駐菌群數目，例如雙歧桿菌和乳酸桿菌，從而起到調節兒童腸道微生態(tài)構成及其活性的效應。BakkerZierikzee等［14］使用添加GOS/FOS益生元混合物配方的嬰兒奶粉，添加動(dòng)物雙歧桿菌活菌配方的嬰兒奶粉，以及普通嬰兒奶粉進(jìn)行臨床試驗，結果16周時(shí)，益生元組的雙歧桿菌比例592%高于益生菌組的527%及對照組的518%，而益生元組的糞便pH值56顯著(zhù)低于益生菌組的66及對照組的71。雙歧桿菌和乳酸桿菌則能定植于腸粘膜上并生長(cháng)繁殖，維護腸粘膜屏障，保護宿主免受致病菌侵襲；而酸性環(huán)境還可促進(jìn)腸蠕動(dòng)，機械性排出致病菌，恢復腸道的微生態(tài)平衡。Yap等［5］證明在嬰兒奶粉中添加菊粉配方（125g/d）時(shí)能改變嬰兒腸道微生物組成如增加雙歧桿菌、減少潛在的病原微生物，并且顯著(zhù)降低糞便pH值，糞便的質(zhì)地變軟、顏色變深，表明腸道的健康狀況得到改善。

     益生元低聚糖改變糞便性狀具有雙向調節作用，既可緩解輪狀病毒或抗生素相關(guān)性腹瀉，減輕腸道應激癥狀；又可增加糞便的濕潤度,保持一定的滲透壓,以期預防和減輕便秘。Veereman［15］給受試嬰幼兒分別服用添加了菊粉/GOS混合物和菊粉/FOS混合物配方的嬰兒奶粉，結果受試者腸道菌群中雙歧桿菌和乳酸桿菌的數量增多，糞便軟化，對于減少發(fā)熱、腹瀉及過(guò)敏反應也有顯著(zhù)作用。Rodenburg［7］試驗證實(shí)FOS能影響腸道菌群組成，并通過(guò)基因表達改變能量代謝，從而加強腸道屏障功能，改善宿主對于腸道感染的抵抗力。
     益生菌是重要的免疫調節因子，具有激活淋巴細胞、增加抗體、產(chǎn)生白介素2、白介素10、腫瘤壞死因子α的作用，可增強機體抗感染的能力。益生元低聚糖有益于防治胃腸道感染；也可通過(guò)增強人體免疫力，預防呼吸道感染；并可預防或減輕嬰兒過(guò)敏性疾病。另外益生元低聚糖降低了腸道的pH值和電勢，有利于鈣、鐵、鎂離子及維生素的吸收；還可在腸道內合成維生素B1、B2、B6、B12、煙酸、葉酸等營(yíng)養物質(zhì)，并抑制某些維生素的分解菌保證營(yíng)養物質(zhì)的供應。

4.小結

     益生元低聚糖對維持嬰幼兒腸道微生態(tài)平衡有益，添加益生元低聚糖成分的配方粉有利于嬰幼兒健康。

參考文獻：
    1Roberfroid M Prebiotics：the concept revisited J Nutr， 2007，137(3 Suppl 2):830S-837S
    2Gibson GR, Probert HM, Loo JV, etc Dietary modulation of the human colonic microbiota：updating the concept of prebiotics Nutr Res Rev， 2004，17(2):259-275
    3孫建琴, 王惠群 母乳低聚糖及益生元與嬰幼兒營(yíng)養和健康 國外醫學(xué)兒科學(xué)分冊， 2003， 30(2)：68-70
    4楊遠志, 劉峰 益生元時(shí)代的到來(lái) 中國食品添加劑， 2008， S1：61-67
    5K W Yap W, Mohamed S, Husni Jamal M, etc Changes in infants faecal characteristics and microbiota by inulin supplementation J Clin Biochem Nutr， 2008， 43(3)：159-166
    6Cai JW, Lu YD, Ben XM Effects of infant formula containing galactooligosaccharides on the intestinal microflora in infantsZhongguo Dang Dai Er Ke Za Zhi， 2008，10(5):629-632
    7Rodenburg W, Keijer J, Kramer E, etc Impaired barrier function by dietary fructooligosaccharides (FOS) in rats is accompanied by increased colonic mitochondrial gene expression BMC Genomics， 2008，9:144
    8De Vrese M, Schrezenmeir J Probiotics, prebiotics, and synbiotics Adv Biochem Eng Biotechnol， 2008，111:1-66
    9Ben XM, Li J, Feng ZT, Shi SY, Lu YD, Chen R, Zhou XY Low level of galactooligosaccharide in infant formula stimulates growth of intestinal Bifidobacteria and LactobacilliWorld J Gastroenterol， 2008，14(42):6564-6568
    10Boehm G, Moro G Structural and functional aspects of prebiotics used in infant nutrition J Nutr， 2008，138(9):1818S-1828S
    11P(pán)almer C, Bik EM, Digiulio DB, Relman DA, Brown PO Development of the Human Infant Intestinal MicrobiotaP(pán)LoS Biol， 2007， 5(7):e177
    12岳玉國, 李云珠, 俞善昌 腸道微生態(tài)與兒童營(yíng)養、免疫和益生元 國外醫學(xué)兒科學(xué)分冊， 1998， 25(3)：143-145
    13P(pán)arracho H, McCartney AL, Gibson GR Probiotics and prebiotics in infant nutrition Proc Nutr Soc， 2007， 66(3)：405-411
     14BakkerZierikzee AM, Alles MS, Knol J, etc Effects of infant formula containing a mixture of galacto and fructooligosaccharides or viable Bifidobacterium animalis on the intestinal microflora during the first 4 months of life Br J Nutr， 2005， 94(5)：783-790
    15Veereman G Pediatric applications of inulin and oligofructose J Nutr， 2007，137(11 Suppl):2585S-2589S