母乳喂养是婴儿获得以双歧杆菌为主导的肠道菌群、增强免疫功能和抗感染能力的最佳途径。但是因种种原因不能进行母乳喂养时,如何使人工喂养婴儿具有与母乳喂养儿相同的肠道细菌的组成特征,并体现其相应的生物学作用,营养和食品科学工作者进行了许多尝试,认为补充益生元是重要的方法之一[1]。
益生元是什么?
益生元概念的首次提出,源自1995年英国雷丁大学食品生物科学系的Gibson和Roberfroid[1],指一种不易被消化的食品成分,通过选择性地刺激肠道中一种或少数几种细菌的生长和(或)活性而对宿主产生有益的影响,从而改善宿主健康。此时期益生元是以低聚果糖(FOS)为代表。此后,2004年Gibson等[2]重新定义益生元是一组选择发酵食物成分,特异性改变肠道菌群的组成活性,对宿主的舒适和健康有益。这一组益生元是菊粉、FOS、低聚半乳糖(GOS)和乳果糖等。2007年世界粮农组织定义益生元是一组可以通过调节微生物菌群而有益于宿主健康无生命的食品成分[3]。2010年第六届益生元和益生菌国际科学协会(ISAPP)把益生元称为膳食益生元,其定义是通过选择性发酵导致肠道微生物群的组成和(或)活性特异性改变,赋予宿主健康的成分[4]。2017年ISAPP发布了益生元的科学共识[5]。2021年,中国营养学会也进一步完善了益生元定义:一般不能被人体所消化吸收但可被人体微生物选择性利用,能够改善肠道微生物组成和(或)活性从而益于人体健康的食物成分。目前证据等级较高、得到公认的益生元几乎都属于碳水化合物聚合物,包括菊粉、FOS、GOS、大豆低聚糖(SOS)、低聚木糖(XOS)、低聚异麦芽糖(IMO)、乳果糖、焦糊精、膳食纤维、抗性淀粉以及其他不被消化的低聚糖等。还有些食物成分虽然已在体外和动物实验中进行了不同程度的研究,但很少深入进行人体研究。随着益生元相关研究特别是临床研究的不断深入,越来越多的食物成分将得到认可,益生元的种类也会更加丰富[6]。
符合下述标准的非消化性碳水化合物即可认为是益生元:(1)抵抗胃酸和消化酶;(2)对肠道细菌发酵易感;(3)增加某些肠道有益细菌的活性[6]。大多数益生元和候选益生元是非消化性碳水化合物,GOS或FOS是由植物中提取或由单糖和双糖合成,前者为由半乳糖单体链组成的聚合物,后者是由果糖单体链组成的聚合物。人乳中可检测到半乳糖单体,检测不到果糖单体、GOS和FOS。
目前对益生元的认识存在以下问题:益生元的化学构成未达成共识;益生元和膳食纤维定义重叠,尽管大多数膳食纤维不具备益生元改变肠道菌群的作用,有学者把膳食纤维命名为益生元活性膳食纤维;益生元如何选择肠道细菌的作用机制仍不清楚。
益生元对肠道健康的作用
2.1 对早期肠道菌群的构成和活性的影响:短链低聚糖酵解部位在回盲部和升结肠,长链低聚糖在全结肠。研究表明,GOS/FOS组合配方乳喂养对肠道菌群建立和定植的模式类似于母乳喂养儿,优势菌群是双歧杆菌属和乳杆菌属。双歧杆菌属是以短双歧杆菌、长双歧杆菌和链状双歧杆菌为主,乳杆菌属是以嗜酸乳杆菌和副干酪乳杆菌为主。普通配方乳喂养婴儿的双歧杆菌属是成人肠道优势菌群——以链状双歧杆菌和青春型双歧杆菌为主,乳杆菌属则是以德氏乳杆菌为主。双歧杆菌属是首先利用低聚糖作为其繁殖底物初始发酵,所产生的代谢产物通过不同菌群之间互为食物而影响肠道的生态环境,因此不同类型的双歧杆菌属和乳杆菌属对肠道的生理功能和代谢的作用也不同[7, 8]。
2.2 通过发酵改变肠道的代谢活性:GOS/FOS组合通过在肠道发酵产生与母乳喂养相类似的短链脂肪酸(SCFA),为宿主提供部分能量并且在调节细胞代谢及细胞分裂和分化中发挥作用;SCFA还是肠道上皮的特殊营养因子,可维护肠道上皮细胞的完整性和杯状细胞的分泌功能,发挥对胃肠道的调节作用;表现为粪便性状、频率和pH接近母乳喂养儿[8, 9]。
2.3 竞争拮抗病原菌:GOS/FOS组合通过在肠道发酵产生SCFA、乳酸、降低pH和氧化还原电位等影响肠道菌群的构建和组成,类似于母乳的发酵模式。发育完好的肠道菌群群落可阻止外源性病原菌的定植,研究还发现,GOS具有抵抗肠道病原体如埃希菌、沙门菌、霍乱弧菌结合位点和坂崎肠杆菌黏附的作用[7]。
2.4 促进免疫系统成熟和抗过敏:GOS/FOS组合配方乳喂养,双歧杆菌属是肠道主要的优势菌群。双歧杆菌刺激肠道分泌IgA,促进肠道黏膜免疫和全身免疫系统成熟,减少婴儿腹泻、呼吸道感染的发生率和使用抗生素[8, 10]。有研究认为,GOS/FOS组合降低特发性皮炎发生率,减少过敏风险婴儿免疫球蛋白游离轻链水平,诱导有益抗体谱,降低免疫球蛋白免疫反应以及调节对牛奶蛋白免疫反应,而保留对疫苗完整的免疫反应[11]。也有很多研究认为益生元不能够降低婴儿过敏和感染性疾病的发生率。因此,欧洲变态反应与临床免疫学学会(EAACI)指出,推荐益生元用于过敏疾病预防的证据不足[8]。益生元预防和治疗过敏疾病还应进一步深入研究。
2.5 改善粪便性状:配方乳中添加PDX/GOS (4g/L,比例为1:1)或GOS/FOS (4g/L或8g/L,比例为9:1)组合,干预时间是2周至6月龄。荟萃分析结果显示:大多数婴儿粪便性状、频率和pH接近母乳喂养婴儿;粪便双歧杆菌和(或)乳杆菌细菌集落计数显著高于对照组;体重增长优于对照组;评估胃肠道不耐受症状指标如哭闹或烦躁、肠绞痛、溢奶和呕吐等,显示出良好的耐受性[8, 12]。以市售奶粉为例,蒙牛瑞哺恩恩至婴幼儿配方奶粉中即联合添加约9:1比例的GOS和FOS,帮助软化便便使宝宝肚子更舒适。
2.6 促进矿物质吸收:GOS或FOS经肠道细菌发酵产生SCFA,可促进矿物质溶解。乳酸以及丁酸刺激肠上皮细胞增殖扩大吸收面积,刺激钙结合蛋白表达等。动物实验表明,进食含GOS食物3～4周后,钙、镁和铁的吸收率明显增加,而锌的吸收率未增加[13, 14]。
2.7 对胃肠道疾病治疗和预防作用:2014年欧洲儿童急性胃肠炎诊治指南不推荐使用益生元[15]。荟萃分析结果表明,益生元组合在早产儿使用是安全的,但是对降低坏死性小肠结肠炎(NEC)发生率无效。
综上所述,益生元通过调整和改变肠道菌群结构,拮抗肠道致病菌,改善肠道生理功能以及增进肠道免疫成熟,对婴幼儿健康成长起着重要的作用[6, 16]。
参考文献
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