学术报告厅
The Effects of Prebiotic Oligosaccharides on Gut Microflora and Health in Infants
林轶凡 孙建琴
（复旦大学附属华东医院临床营养中心，上海200040）
摘要：益生元是一种可被选择性发酵并改变胃肠道中对宿主健康有益菌群的组成和活性的食物成分，研究和应用较多的有菊粉、低聚半乳糖、低聚果糖等。益生元低聚糖通过改变肠道益生菌（通常为双歧杆菌和乳酸杆菌）的比例和活性，对婴幼儿健康发挥有益的作用，包括维护肠道微生态平衡，保持正常肠道功能，增强机体免疫力，促进营养物质吸收。
关键词：益生元低聚糖；肠道微生态；健康
1. 益生元低聚糖
1.1 益生元低聚糖的概念
益生元（prebiotics）的最新定义是一种可被选择性发酵并改变胃肠道中对宿主健康有益菌群的组成和活性的食物成分（Roberfroid, 2007）［1］。益生元必须符合三项标准［2］：(1)耐胃酸和水解酶，不被哺乳动物的胃肠道吸收；(2)由肠道菌群发酵；(3)选择性刺激肠道有益菌（通常为双歧杆菌和乳酸杆菌）的生长或活性。多项体内外试验已经证实益生元的不可消化性和肠道内选择性发酵，以及刺激有益菌生长而促进宿主健康的作用［1］。
益生元的化学本质是低聚糖（oligosaccharides, OS），但是并非所有低聚糖都具有益生元的特性，仅有不能被人体消化吸收但能被肠道有益菌利用的部分功能性低聚糖（functional oligosaccharide）符合益生元标准［3］。功能性低聚糖可以改善脂质代谢、降低血压、预防龋齿等，其中通过调节肠道菌群促进健康的称为益生元低聚糖（prebiotic oligosaccharides）。
1.2 益生元低聚糖的种类
目前被研究和应用较多的益生元低聚糖包括菊粉、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、大豆低聚糖等［4］。
菊粉（inulin）是已被证实完全符合益生元标准的低聚糖之一。Yap等［5］试验证明，在婴儿奶粉中添加菊粉配方（125g/d）能改变婴儿肠道微生物组成及粪便形状，可以降低粪便pH值，改变粪便重量、质地和颜色，显著减少潜在的病原微生物如梭状芽胞杆菌、革兰氏阳性球菌和大肠杆菌，增加双歧杆菌，表明肠道的健康状况得到改善。
低聚半乳糖（galactooligosaccharides, GOS）是另外一种完全符合益生元标准的低聚糖。Cai等［6］试验证明添加少量GOS配方（24g/L）的奶粉能够改善婴儿排便频率，降低粪便pH值，并刺激肠道双歧杆菌和乳酸杆菌的增殖，其健康作用与母乳喂养相当，明显优于未添加GOS的普通配方奶粉。
低聚果糖（fructooligosaccharides, FOS）作为非消化性碳水化合物又能调节肠道菌群，因而常作为食品添加剂用于改善宿主对于肠道感染的抵抗力［7］。诸多试验证明FOS确实能影响肠道菌群组成，但是其加强肠道屏障功能、抵抗肠道感染的能力仍需进一步试验证明。
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)维护肠道微生态平衡：益生元可通过促进肠内有益菌的增殖，优化肠道菌群；抑制腐败菌的繁殖，消解腐败菌产生的毒素；降低肠道pH值和电势，促进肠蠕动，清除肠道垃圾，自然地恢复肠道的微生态平衡。(2)保持正常肠道功能：益生元具有双向调节作用，既可缓解腹泻、又可防治便秘。益生元可以缩短轮状病毒或抗生素相关性腹泻的病程或减轻症状，防治乳糖不耐症；减轻肠道应激症状，预防或减轻过敏尤其是婴儿过敏性疾病；另外低聚糖有些功能与膳食纤维相似，能刺激肠道蠕动,增加粪便的湿润度,并通过菌体的大量生长以保持一定的渗透压,也能预防和减轻便秘。(3)增强机体免疫力：益生元有益于防治胃肠道炎性疾病、幽门螺杆菌感染或细菌过度生长；也可通过增强人体免疫力，预防呼吸道感染（普通感冒或流行性感冒）和其他传染性疾病，以及预防泌尿生殖道感染。(4)促进营养物质吸收：益生元可在在肠道内合成维生素B1、B2、B6、B12、烟酸、叶酸等营养物质，并可提高机体对钙离子的吸收；还能抑制某些维生素的分解菌,从而使维生素的供应得到保障。
2.婴幼儿肠道微生态
2.1 肠道微生态的概念
肠道微生态（intestinal microecology）是指肠道正常菌群与其宿主相互作用影响的统一体。世代的进化使得定居胃肠道的微生物与人类的生理健康之间存在微妙的平衡，它们的相互作用可以产生有益的营养物质、免疫功能、促进生长，也可能致使宿主患病。在正常情况下，人体的胃肠道内栖息着约500~1000种细菌。从其功能上大致可以分为三类，一是有益菌、二是有害菌、三是既非有益也非有害菌。有益菌是有益于身体健康的细菌，如双歧杆菌、乳酸杆菌等；有害菌是能够导致疾病的细菌，如产气夹膜杆菌、绿脓杆菌等；其余的是介于两者之间，在正常情况下对人体有些益处，但在一定条件下又会对人体有害的细菌，如大肠杆菌等。这三大类细菌在肠道内保持一定的比例，保持着一种动态的平衡，这就是微生态平衡（microecological balance）。一旦有害菌的比例增高或者有益菌的比例降低，就会出现菌群失调，出现诸如消化不良、腹胀、腹泻或者大便干燥的症状。在成人的日常生活中，滥用抗生素、服用化学药品、工作生活压力过大、过分追求食物的精细化等等都可以引起肠道微生态的失衡。对于婴儿而言，在建立起完善的肠道功能之前，则需要外界的帮助来调节肠道菌群，维持肠粘膜屏障，保护肠道微生态平衡。
2.2 婴幼儿肠道微生态的发育特点
每个婴儿的出生，都是从一个无菌环境，来到一个充满活力的生态系统。新生儿降生时肠道内是无菌的，生后1~2小时即开始出现细菌，几天之内微生物数量就可能超过婴儿自己的体细胞数。首先定居肠道的多为需氧菌和兼性厌氧菌，如大肠杆菌、肠球菌等，它们在生长过程中消耗了肠道内的氧气，从而创造了乏氧环境，厌氧菌此时开始生长，于1周左右演替成为优势菌。婴幼儿胃肠道菌群主要来自于产道和皮肤上的细菌，这是由相似的环境决定的。然而不同的喂养方式对婴幼儿的肠道菌群组成影响甚大，母乳喂养儿其肠道菌群组成中双歧杆菌占绝对优势，类杆菌不足1%；人工喂养儿除双歧杆菌外，梭杆菌、链球菌等也占较大比例；以添加益生元配方喂养的婴儿的肠道菌群组成与母乳喂养儿的最为接近。与健康成人的肠道菌群组成相比，婴幼儿双歧杆菌所占比例较大，缺乏降解粘蛋白和转化胆固醇的菌群。也有试验发现从出生至成年，粪便微生物中双歧杆菌的量始终是相对较低的。随着断乳及添加辅食，类杆菌、真杆菌和肠球菌所占比例迅速增加，双歧杆菌相对下降，肠道菌群组成发生相应演替。于2岁左右，降解粘蛋白和转化胆固醇的菌群分别建立，其肠道菌群的组成趋于稳定［11，12］。
3.益生元低聚糖对婴幼儿健康的作用
益生元低聚糖通过改变肠道益生菌（通常为双歧杆菌和乳酸杆菌）的比例和活性，对婴幼儿健康发挥有益的作用。Parracho等［13］比较多项临床试验结果证实，膳食可提供不同的细菌发酵底物来影响肠道微生态的构成，使用益生元低聚糖可增加被认为对人体健康有益的常驻菌群数目，例如双歧杆菌和乳酸杆菌，从而起到调节儿童肠道微生态构成及其活性的效应。BakkerZierikzee等［14］使用添加GOS/FOS益生元混合物配方的婴儿奶粉，添加动物双歧杆菌活菌配方的婴儿奶粉，以及普通婴儿奶粉进行临床试验，结果16周时，益生元组的双歧杆菌比例592%高于益生菌组的527%及对照组的518%，而益生元组的粪便pH值56显著低于益生菌组的66及对照组的71。双歧杆菌和乳酸杆菌则能定植于肠粘膜上并生长繁殖，维护肠粘膜屏障，保护宿主免受致病菌侵袭；而酸性环境还可促进肠蠕动，机械性排出致病菌，恢复肠道的微生态平衡。Yap等［5］证明在婴儿奶粉中添加菊粉配方（125g/d）时能改变婴儿肠道微生物组成如增加双歧杆菌、减少潜在的病原微生物，并且显著降低粪便pH值，粪便的质地变软、颜色变深，表明肠道的健康状况得到改善。
益生元低聚糖改变粪便性状具有双向调节作用，既可缓解轮状病毒或抗生素相关性腹泻，减轻肠道应激症状；又可增加粪便的湿润度,保持一定的渗透压,以期预防和减轻便秘。Veereman［15］给受试婴幼儿分别服用添加了菊粉/GOS混合物和菊粉/FOS混合物配方的婴儿奶粉，结果受试者肠道菌群中双歧杆菌和乳酸杆菌的数量增多，粪便软化，对于减少发热、腹泻及过敏反应也有显著作用。Rodenburg［7］试验证实FOS能影响肠道菌群组成，并通过基因表达改变能量代谢，从而加强肠道屏障功能，改善宿主对于肠道感染的抵抗力。
益生菌是重要的免疫调节因子，具有激活淋巴细胞、增加抗体、产生白介素2、白介素10、肿瘤坏死因子α的作用，可增强机体抗感染的能力。益生元低聚糖有益于防治胃肠道感染；也可通过增强人体免疫力，预防呼吸道感染；并可预防或减轻婴儿过敏性疾病。另外益生元低聚糖降低了肠道的pH值和电势，有利于钙、铁、镁离子及维生素的吸收；还可在肠道内合成维生素B1、B2、B6、B12、烟酸、叶酸等营养物质，并抑制某些维生素的分解菌保证营养物质的供应。
4.小结
益生元低聚糖对维持婴幼儿肠道微生态平衡有益，添加益生元低聚糖成分的配方粉有利于婴幼儿健康。
参考文献：
1Roberfroid M Prebiotics：the concept revisited J Nutr， 2007，137(3 Suppl 2):830S-837S
2Gibson 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孙建琴, 王惠群 母乳低聚糖及益生元与婴幼儿营养和健康 国外医学儿科学分册， 2003， 30(2)：68-70
4杨远志, 刘峰 益生元时代的到来 中国食品添加剂， 2008， S1：61-67
5K 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
6Cai JW, Lu YD, Ben XM Effects of infant formula containing galactooligosaccharides on the intestinal microflora in infantsZhongguo Dang Dai Er Ke Za Zhi， 2008，10(5):629-632
7Rodenburg W, Keijer J, Kramer E, etc Impaired barrier function by dietary fructooligosaccharides (FOS) in rats is accompanied by increased colonic mitochondrial gene expression BMC Genomics， 2008，9:144
8De Vrese M, Schrezenmeir J Probiotics, prebiotics, and synbiotics Adv Biochem Eng Biotechnol， 2008，111:1-66
9Ben XM, Li J, Feng ZT, Shi SY, Lu YD, Chen R, Zhou XY Low level of galactooligosaccharide in infant formula stimulates growth of intestinal Bifidobacteria and LactobacilliWorld J Gastroenterol， 2008，14(42):6564-6568
10Boehm G, Moro G Structural and functional aspects of prebiotics used in infant nutrition J Nutr， 2008，138(9):1818S-1828S
11Palmer C, Bik EM, Digiulio DB, Relman DA, Brown PO Development of the Human Infant Intestinal MicrobiotaPLoS Biol， 2007， 5(7):e177
12岳玉国, 李云珠, 俞善昌 肠道微生态与儿童营养、免疫和益生元 国外医学儿科学分册， 1998， 25(3)：143-145
13Parracho H, McCartney AL, Gibson GR Probiotics and prebiotics in infant nutrition Proc Nutr Soc， 2007， 66(3)：405-411
14BakkerZierikzee AM, Alles MS, Knol J, etc Effects of infant formula containing a mixture of galacto and fructooligosaccharides or viable Bifidobacterium animalis on the intestinal microflora during the first 4 months of life Br J Nutr， 2005， 94(5)：783-790
15Veereman G Pediatric applications of inulin and oligofructose J Nutr， 2007，137(11 Suppl):2585S-2589S