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走过活+量+益,益生菌有哪些光明前途?

百年益生菌故事,即将迎来历史性转折!

《肠 · 道》 演讲是由热心肠研究院录制的类 TED 演讲节目,本文为 2020 年第 一期演讲嘉宾杨瑞馥老师的演讲内容,录制于 2020 年 5 月 26 日,北京·热心肠研究院。


杨瑞馥:军事医学科学院微生物流行病研究所病原微生物国家重点实验室主任、中国营养学会益生菌益生元和健康分会主任委员、热心肠智库专家。

杨瑞馥教授主要从事细菌菌基因组学、进化与致病机制和微生物法医学基础数据库的研究,以及检验新技术的研究。2004 年获国家自然科学基金重点项目资助,2005 年获得国家杰出青年科学基金;先后承担了国家 973 计划、863 计划、国家自然科学基金重点项目、重大传染病防治重大专项、军队科技攻关计划等几十项课题,获得国家科技进步二等奖 2 项,获军队科技进步一等奖 1 项,北京市科技进步一等奖 1 项,获中国发明专利 1 项、实用新型专利 4 项,发表 SCI 学术论文 100 余篇,累计影响因子超过 300,累计 H 因子 22,单篇最高影响因子为 53.5。2014 年 8 月 28 日,中央军委主席习近平签署通令,给予军事医学科学院研究员杨瑞馥记三等功。


大家好,我叫杨瑞馥,来自军事医学研究院。感谢热心肠研究院的邀请,今天给大家分享一下《益生菌的前生、今缘和来世》。

说起益生菌的历史,我们不得不提梅契尼科夫。他是俄国微生物学家和免疫学家,曾在 1908 年因为吞噬作用的研究而获得诺贝尔奖。他曾提出过衰老的“肠道自身中毒”理论,认为大肠中腐败或蛋白水解细菌产生的毒素会促进衰老。

他在保加利亚旅行期间,发现当地有很多百岁老人。探究其原因,他认为这与当地人常喝酸奶有关,酸奶中有有益的微生物,比如酸奶中分离出的保加利亚乳杆菌,能够抑制肠道中的有害微生物,从而促进人体的健康长寿。

这个理论后来也为益生菌的研究开辟了道路。

1917 年,在一次严重的志贺氏菌病爆发中,德国科学家从一名未被感染的士兵粪便当中分离出一株大肠杆菌,并用这株菌治疗患有志贺氏菌病和急性胃肠道沙门氏菌病的患者。

1935 年,嗜酸乳杆菌的某些菌株被发现可以以活菌的形式定殖于人的消化道,在治疗慢性便秘等疾病当中也初见成效。

直到 1989 年,Roy Fuller 提出了益生菌的广义定义。这个定义强调了两点:一点就是益生菌必须是活的,同时在人体健康当中对人体是有益的。

2001 年,国际粮农组织和 WHO 对益生菌也提出了一个定义。这个定义包括前两点,一个是活的微生物,而且对健康有益。同时他们强调了必须有充足的数量。

2014 年,国际益生菌和益生元科学联合会(ISAPP)也提出益生菌的概念,强调了益生菌菌株的定义和安全性评价的重要性。

在 ISAPP 的共识当中也强调了几点。一点就是发酵食品当中的微生物不能直接称为益生菌,肠道中的有益菌、粪便移植物以及相关制品当中的这些细菌,也不能纳入益生菌的概念,因为他们没有明确的功能。同时也指出,以上食品或制品当中的有益微生物,只有在进行分离培养鉴定、安全评价及功能实验之后,如果符合益生菌的概念时,才能称为益生菌。

因此从上述定义看,益生菌的概念应该包括以下几个方面。

第一必须是活的。这个“活的”有多重含义,一个是刚刚生产出来必须是活的细菌,而且这个细菌在货架期内也必须是保证活的,进入人体尤其是到了大肠之后,这个细菌还是活的。所以这个“活的”是有多层含义。

另外,它发挥作用是和剂量有关的。

同时这个作用呢,必须是对人体是有益的。

而且很重要的一点,这个细菌必须对人体是安全的。

而且现在趋势越来越明显,就是我们定义一个益生菌的时候,不能光看目录当中的这个细菌的种,而是要限定到菌株的水平。

这个是国际益生菌学会,对如何筛选一个益生菌提出了一个明确的流程。就是我们获得这个菌株之后,要对它的活性和特性进行明确的鉴定,进行安全性评价,有效性评价,在货架期内要保证是活的,最后呢才能通过益生菌的评估。

那么我们再看看益生菌的现状。

各个国家对益生菌都出了不同的目录。在我国呢,提出了《可用于食品的菌种名单》和《可用于婴幼儿食品的菌种名单》,以及《可用于保健食品的益生菌菌种名单》,还有《可用于保健食品的真菌菌种名单》,并在随后几年呢以公告的形式对名单也进行了增补。

截止到 2019 年,可用于食品菌种的名单包括 35 个种或者亚种,可用于婴幼儿食品的菌种包含 9 个菌株。这些菌株主要包含在两个菌门——硬壁菌门和放线菌门当中。

那么在常见的拟杆菌菌门、变形菌门等等这些菌门里边,还没有益生菌被列入这个目录。所以益生菌的发展空间还是很大的。

益生菌是如何发挥健康益处的呢?

现在认为,益生菌在肠道内可以和致病菌互作,来抵御致病菌对肠道黏膜的粘附,也会直接影响黏膜免疫,同时益生菌的代谢产物也会对宿主产生影响,进而能够抑制病原菌的入侵,增加肠道的屏障功能,抑制炎症反应和调节免疫反应等等,最后能够达到维持和改善健康,以及降低某些疾病风险的作用。

这些益生菌有没有坏处呢?

我们也知道,某些人服用一些益生菌之后,会出现产气、胀肚、便秘、口渴等这些不良的反应。但是这些都比较轻,在几周后会自动消失。另外有些益生菌的发酵产物,也会含有胺,有些人吃了以后会出现头痛,所以建议如果是出现这些症状要更换一下益生菌的补充剂。

另外,一些益生菌在消化道内自己可以产生组胺,也会让那些不耐受者产生不良的反应。另外益生菌的补充剂还(可能)含有一些过敏原,乳糖或者益生元的纤维素,有些人对这些不耐受,那么也需要建议进行更换。

另外,免疫低下,还有长期卧床,以及近期手术的病人,不宜吃益生菌,但是如果必须吃,要遵循医嘱才能服用。

消费者在选购益生菌产品的时候需要注意以下几点。

一个我们还是强调一下,合理的膳食是维持和改善健康的最好的方法。如果我们非得服用益生菌的话,我们要选择自己合适的益生菌,要充分了解这个益生菌,就是从活、量和有益作用这三个角度去了解这个益生菌。

另外,也要关注益生菌产品当中的配料。有时候这些配料会导致某些人过敏,像乳糖不耐受者,如果(益生菌产品)里边含有乳糖,就会产生过敏。

同时,对一些婴幼儿、孕产妇、老年人和病人等特殊人群,服用益生菌要遵循医嘱。

长期吃益生菌有没有害处呢?现在没有证据表明长期吃会有不良反应。

另外,益生菌是不能代替药物,不能作为万能药物什么病都吃,一定要遵循医嘱。

另外,我们在吃益生菌的时候,最好和食物一起吃,或餐后服用为宜。

随着微生物组学的进展,(给)益生菌也带来了很广阔的发展空间。

我们都知道,地球上有很多微生物,大概(有)5×1030的细菌。那么这些微生物和碳氮磷循环有密切的关系,可以说没有微生物就没有地球。

我们人体当中的微生物,以肠道为例,也有 10 的 13~14 次方个细菌。

那么这么多细菌编码的基因,如果和人类基因编码的这个“天书”相比较,要比人类基因的“天书”复杂得多。再加之两者的互作,会使我们这个微生态平衡更加复杂,也会给我们带来一个新的认识。

就是说,我们人除了父母遗传的机体之外,还有我们无处不在的这些微生物。这些微生物从母亲孕育生命开始,一直到我们的生老病死,一直伴随着我们,和疾病是密切相关的。

目前对人体微生物组的研究已经有一些共识。我们认识到微生物组是复杂多样的,而且也认识到它应该作为一个内分泌器官来看待,这个微生物群和人体有非常复杂的作用机制。

除了这些认识之外,我们对微生物和病之间的认识也有很大的提升。过去我们认识一个疾病、一个传染病,我们都是找到一个特定的病原,像现在新官肺炎的爆发会找到新的冠状病毒,这是我们过去称为 Pathogen(病原体)。那么现在,肠道微生物和人体微生物组,和疾病之间的关系不是一个微生物,而是一群微生物,所以我们现在给出另外一个名词,叫 Pathobionts,叫致病共栖菌谱。这是从生态学的角度来认识这个微生物和疾病之间的关系。

那么,我们也认识到人体微生物组个体差异很大。所以我们在研究微生物组和人的健康和疾病关系的时候,研究它的功能类群要比分类类群更重要。

那么微生物组的研究也给我们微生物的研究带来了一个新的机遇。过去我们研究微生物是从发现功能认识,以及分子机制的解释来认识。那么现在我们从生态的角度来认识,这是我们微生物学发展的第 3 个黄金时期。

同时我们认识到,微生物组和疾病之间的关系也会给我们医学革命带来很大的机遇。

那么这些肠道微生物其实和饮食是密切相关的。

从这两张图上我们可以看到,在不同地域的人群由于饮食习惯的差异,肠道微生物群存在着一定的差异。像以益生菌为例,我们都知道双歧杆菌是一个益生菌,但在东南亚人群里边双歧杆菌非常少,他们是肠球菌比较多,所以我们说益生菌对不同饮食习惯的民族来讲,它是一个相对的概念。

那么下一步益生菌的发展,我们应该是去做到更加精准的给予益生菌。

因为我们认识到这些微生物和人体健康之间的关系,也认识到菌群、肠道屏障和免疫状态之间的关系,要正确的评估这个平衡,给予益生菌进行调理。

谈到肠道,我们知道,它是一个单层细胞,这些细胞存在着不同的类型,有修复肠道损伤的,有的细胞是直接和病原相互作用,那么这些肠壁就构成了肠道的物理屏障。在这个物理屏障上面还有一层黏液层,这个黏液层含有很多抗体、抗菌肽等等,这就构成了肠道的化学屏障。同时,在肠腔里边还有很多细菌,还有微生物病毒等等,这些构成了生物屏障。在肠壁下面,还有天然免疫和获得性免疫系统。

所以,我们说肠道屏障包括了物理屏障、化学屏障、生物屏障和免疫屏障。

如何维持这个屏障的平衡?也就说,这个菌群的平衡、免疫的平衡和肠功能的平衡,利用这个平衡关系来实现我们益生菌的精准给予,来实现肠道平衡的调理。

其实,一个益生菌进入人体之后,它不光是益生菌本身的繁殖来发挥作用,它可以通过影响肠道菌群的改变,自身的一些代谢产物,包括乙酸丁酸这些短链脂肪酸,同时还可以直接和免疫系统互作,来维持整个肠道的平衡。

所以我们在做这种益生菌,或者益生元组合给予的时候,要考虑到菌群互作的复杂性,以及饮食的影响,这种平衡对免疫系统的影响。

肠道里边的细菌,它们之间的平衡也不是一蹴而就的,需要时间去慢慢养护和打理。

所以,基于这种平衡的检测,来实现个性化的定制益生菌,来维护健康,这是我们将来的一个发展重要趋势。

另外,这些益生菌现在也可以作为一个药物去发展,按照药物的适应症去开发这些益生菌的适应症。

另外,肠道细菌的研究使我们认识到,肠道里边还有很多有益的细菌,这些有益的细菌也可以发展成益生菌,也可以发展成药物,就是我们后边提到的活菌药物。

那么这些益生菌,我们可以研发成为下一代的益生菌。

这张幻灯片给大家举了几个例子,这几个可以作为下一代益生菌发展的新秀,包括拟杆菌属、梭菌属、栖粪杆菌属、阿克曼氏菌属、产丁酸球菌属。

像拟杆菌菌属,我们知道,它消化碳水化合物的能力很强,还产生短链脂肪酸,还负责了胆汁酸等等这些类固醇的代谢与转化,它可以预防病原体在体内的定殖,发挥免疫调节作用。

另外它的安全性也经过了动物的评价,但是还没有大规模的临床评价。

对于拟杆菌而言我们也有一个担忧,因为这个菌属里边的很多细菌是致病的细菌,另外它也携带着一些天然的抗生素抗性基因。这些给这个细菌开发成下一代益生菌带来了一定的挑战。

那么梭菌属呢,其实酪酸梭菌作为一个益生菌已经有广泛的应用和研究,也有产品在市场上。

它的主要作用机理是产丁酸水平很高,同时它的安全性也通过了动物和人体,以及对特定疾病治疗的评价评估,证明它是安全有效的。

当然,对梭菌属细菌的致病性也存在着一定的担忧。因为它可以引起儿童的脑膜炎,也可以像肉毒毒素一样,分泌一个神经毒素来导致肉毒毒素的中毒。当然这是个别菌株。

所以这在筛选菌株的时候特别重要,这也是我们前面强调为什么益生菌要强调在株水平上发挥作用,不是在种水平上。当然这个细菌也携带着一些抗性基因。

那么栖粪杆菌属呢,也是能够产丁酸,能够发挥免疫调节作用。

它的安全性和效果也进行了一系列的评价,但还没有大规模人群的观察数据。

另外,虽然我们不知道它在临床造成感染的情况,但是它也编码着一些抗性基因。

这是在我们将来把这个细菌发展成益生菌的时候都要考虑的一些特点。

阿克曼氏菌可以说是肠道微生物发展以来的一个明星细菌。

这个细菌从分离到现在,已经完成了它跟疾病关系的研究,以及也做了动物实验和人体实验来证明它的安全性,也做了这个细菌的灭活试验。

因为 AKK(阿克曼氏菌)做了灭活细菌,在这也顺便强调一下。前面我们提到益生菌必须是活的,目前也有一个趋势,大家把有益的细菌灭活让人吃了之后也会发挥一定的作用。所以益生菌的概念可能也是个动态的,慢慢的可能会随着我们的需求和科技的发展会有所变化。

同时这个细菌在临床上也没有发现有导致感染的这种现象,但它也携带着一些抗生素抗性基因,所以在将来发展益生菌的时候要考虑这些问题。

产丁酸球菌属也是能够产丁酸进行免疫调节。它的安全性也做了人体的实验,是安全的。它的效果也有一定的抗炎效果。这个细菌有个特点,它容易生长,所以生产起来比较容易,所以容易变成产品。

它在临床感染的情况我们现在也不知道,它携带的抗性基因也比较少,所以这还是一个比较理想的细菌,去作为下一代益生菌去发展。

所以我们在评估下一代益生菌候选菌株的时候,除了用前沿的这些分子生物学的手段去评估鉴定,看它的整个序列当中含不含有抗生素抗性基因,含有毒力基因与否等等。

同时,我们要考虑一些它的生长实验,还有它的体外实验,以及它的可生产性。就是说,一个菌株好,但是它必须能够大量生产。同时,还考虑一些监管的因素。

我们要建立动物模型,去评价它的功能。当然最后的目标是做人体研究的评估。如果有人体安全和效果的评估,那么这就是下一代益生菌发展很重要的一个基点。

除了发展益生菌之外,我们还可以把这些有益的微生物发展成活菌药物。

过去我们研究新药的时候,以化合物化学药为基础。我刚才提到在人体肠道当中有 10 的 13~14 次方的细菌,这么多的细菌要远远超过化合物的数量,所以用活菌来发展药物有巨大的潜力。

这个活体药物有这么一个英文单词,叫 Live Biotherapeutics,也可以叫 LBP。

那么 FDA 和 CBER 也颁布了活菌药物的指南,对于如何去发展这个活菌药物的产品也给予了一定的指导。

这些微生物肯定是活的,同时要具有预防和治疗疾病的作用,而且最好有特定的适应症,而且这些活性药物不能作为疫苗使用。

目前在国际上也发展了很多活体药物在进行研究,也有些在申报临床。

在咱们国内,南方医大的智发朝教授,他们分离到一株脆弱拟杆菌,它叫 ZY-312,后来申报了活菌药物。这是咱们国内 15 年来首个批准的活菌药物临床试验,在申请药物的时候叫 SK08。现在这个药物正在进行着 1 期和 2 期临床试验。

关于益生菌或活菌药物的研究我们这儿也有一些建议。

就是益生菌的产品要规范化。同时在名词使用上,应该把益生菌和活菌药物进行区分,不应该混为一谈。另外,益生菌行业的发展最需要这些基础研究还有临床数据的整合。同时益生菌是有益的,但它不是个万能药。另外根据患者肠道微生态的情况,最好是个性化的定制益生菌。我们前面谈到的怎么正确评估人体的微生态平衡,和益生菌恢复和影响这个平衡的机制,在这个基础上来个性化的定制益生菌。

同时,活菌药物是一个正规的药物,是通过很多机制来治疗疾病,需要按照药品说明书对症使用。活菌药物将成为新药研发的热点,我们在法规管理和评价方法上还是比较滞后的,如何快速形成科学共识,实现我国在这个新兴领域与国际同步研究,或者实现弯道超车,这是我们的机遇。

从上述情况来看,我们知道,益生菌的研究历史非常悠久,而且也有辉煌的业绩,前途呢也是光明的。

谢谢大家!

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