微生态制剂的研制与应用

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鲍行豪　沈为民 2004-8-8 16:03:54 中国人兽共患病杂志

前　言


　　随着微生态学理论研究的不断深入。微生态制剂（或称微生态调节剂microeclogial modulator）也随之迅速地发展起来。从本世纪初梅切尼科夫（Elie metchnikoff）在欧洲提倡饮用酸牛奶可健康长寿以来，微生态制剂亦从此而风行于世界各地。70年代德国Volkor rusch在赫尔本建立了微生态学研究所，并从事对双歧杆菌、乳杆菌、大肠杆菌等活菌作生态疗法的研究与应用。日本微生态制剂发展较快。80年代初已有26种微生态制品用于医疗和保健。其他各国亦多种微生态制品投放市场，而且数量和品种亦在不断扩大。我国最早使用微生态制剂乳酶生（表飞鸣）来治疗肠道疾患。80年代初大连医科大学康白教授首先研制成功促菌生（蜡杆芽胞杆菌）以来，事后各种活菌微生态制剂相继研制成功。并陆续投放市场，这些微生态制剂一问世，便受到了人们的普遍关注和欢迎，并以惊人的速度、良好的效果被更多人群所接受。其主要原因是因为该制剂能纠正微生态失调，调节人体微生态平衡，起到有病辅治、未病防病、无病保健的主要作用〔1～3〕。


　　1　微生态制剂的定义和类型〔3～5〕


　　微生态制剂是在微生态学理论的指导下，调整生态失调（microdysbiosis）保持微生态平衡（microeubiosis），提高宿主（人、动植物）健康水平或增进健康佳态（wellbeing）的生理性活菌制品（微生物）及其代谢产物以及促进这些生理菌群生长繁殖的物质制品。目前国际上已将其分成3个类型，即益生菌（Probiotics）、益生元（Prebiotics）和合生素（Synbiotics）。


　　益生菌（Probiotics）又称益生素，是指投入后通过改善宿主肠道菌群生态平衡而发挥有益作用，达到提高宿主（人和动物）健康水平和健康佳态的活菌制剂及其代谢产物。近年来，国内外研制出多种益生菌活菌制剂，其基本指导思想是用人或动物正常生理菌群（normal microbiota）的成员，经过选种和人工繁殖，通过各种途径和剂型制成活菌制剂，然后再以投入方式使其回到原来环境，发挥自然的生理作用。目前应用于人体的益生菌有双歧杆菌、乳杆菌、肠球菌、大肠杆菌、枯草杆菌、蜡样芽肠杆菌、地衣芽胞杆菌、丁酸梭菌和酵母菌等。


　　益生元（Prebiotics）是指能够选择性地促进宿主肠道内原有的一种或几种有益细菌（益生菌）生长繁殖的物质，通过有益菌的繁殖增多，抑制有害细菌生长，从而达到调整肠道菌群，促进机体健康的目的。这类物质最早发现的是双歧因子（bifidus factor）。如各种寡糖类物质（oligosaccharides）或称低聚糖。常见的有乳果糖（lactulose）、蔗糖低聚糖（oligosucrose）棉子低聚糖（oligofaffinose）、异麦芽低聚糖（oligomaltose）、玉米低聚糖（cornoligossacharides）和大豆低聚糖（soybean oligosaccha-rides）等。这些糖类既不被人体消化系统消化和吸收，亦不被肠道菌群分解和利用，只能为肠道有益菌群如双歧杆菌和乳杆菌利用，促进有益菌的生长繁殖，抑制有害菌的生长，从而达到调整肠道正常菌群的目的。其它尚有一些有机酸及其盐类，如葡萄糖酸和葡萄糖酸钙以及我国的某些中草药类，如人参、党参、黄芪等或茶叶提取物亦能起到益生元的作用。


　　合生素（Synbiotics）是指益生菌和益生元同时并存的制剂。此类制品是以益生菌和益生元同时并用，服用后到达肠腔可使进入的益生菌在益生元的作用下，再行繁殖增多，使之更有利于发挥抗病、保健的有益作用。此类制剂已经在我国面市，并有逐渐增多的趋势，其中“希尔春多元养生素”是个典型的代表。


　　2　微生态制剂的国内外研究和生产概况〔3、5～8、11〕


　　早在本世纪初（1907年）著名细菌学家梅切尼科夫即提出饮用酸奶可以延年益寿的假说以来，而微生态制剂真正用于防治疾病却是近20年的事。


　　日本是世界上研制开发和利用微生态制剂较早的国家之一，其产品主要是双歧杆菌活菌制剂。在70年代初，已将双歧杆菌活菌制剂用于临床治疗腹泻。至80年代中期已有26种产品，90年代已达到饱和状态。据报道至今在日本生产这类制剂年产值达200亿日元以上的企业已有10余家。其品种分3大类。即双歧杆菌食品（包括双歧酸奶，双歧杆菌乳制品、双歧杆菌面包及饼干类）。双歧杆菌保健食品（含双歧因子），以双歧杆菌促生因子为中心的特定保健食品（包括强化寡糖类食品及双歧杆菌、乳杆菌培养物的提取物等）和双歧杆菌药品（包括单菌制剂和联菌制剂），其剂型有粉剂、颗料剂、锭剂、胶囊剂和微胶囊剂等多种。


　　其他许多国家，例如德国、美国、法国、意大利、荷兰、英国、俄罗斯和韩国等亦都有不同类型的微生态制剂的产品，有的产品近年来已进入我国市场。


　　但目前国际上对开发新微生态制品的主要方向已从单纯的“益生菌”或“益生元”转向结构合理、效果更加优越的“合生素”这一方面。即“益生菌”和“益生原”同时并存或并用的制剂。据日本报道：实验研究已经证明，在双歧杆菌活菌制剂中加入双歧因子（例如各种类型低聚糖）后，其效果比不加的制剂提高10～100倍。其次，正在开发能使活菌制剂有更好稳定性的新剂型，例如肠溶胶囊和微胶囊剂型。它们不仅能保持活菌在产品中延长存活时间，而且人体服用时更能通过胃酸这个屏障。保证有更多益生菌进入肠道而使其发挥有益的作用。再者，增加活菌制剂中的活菌数量（为108～109/g)。此外，有些国家正在利用分子生物学和遗传工程技术、改造生理性细菌的遗传基因，将外源性有益基因转入生理性细菌中，构建成优良的工程菌株等的研究，从而研制出更多更有效的新型微生态制剂，造福于人类。


　　随着微生态学理论的发展。近年来我国微生态制剂的研究和开发，亦获得迅速发展。国内已被批准药准字的单一菌种的产品就有丽珠肠乐、回春生（双歧杆菌）、金双歧（双歧杆菌）、促菌生（蜡样芽胞杆菌）、整肠生（地衣芽胞杆菌）、降脂生（肠球菌）、抑菌生（枯草杆菌）等。多菌联合制剂有培菲康（双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、粪链球菌）和乳康生（蜡样芽胞杆菌和干酪乳杆菌）等。还有异构化乳糖和甘露低聚糖等。而作为保健药品和保健食品的制剂就更多了，在此不再一一举例。


　　3　微生态制剂的主要作用机理〔2、3、6～7〕


　　微生态制剂与其它药物不同，从理论上讲，它优于抗生素，克服了应用抗生素所造成的菌群失调、耐药菌株的增加以及药物的毒副反应。实践证明，微生态制剂的优越性即健康人群使用它来增进健康素质，提高健康水平，达到防病治病目的，其作用机理有下列几个方面：


　　3.1　生态平衡理论　微生态学认为，人体、动植物体表及体内寄居着大量的正常微生物群。宿主、正常微生物群和外环境构成一个微生态系统。在正常条件下，这个系统处于动态平衡状态。这一方面对宿主有利，能辅助宿主进行某些生理过程；另一方面对寄居的微生物有利，使之保持一定的微生物群落组合，维持其生长与繁殖。在微生态系统内微群落水平中，少数优势群对整个群落起着决定作用，而在微种群内部中优势个体对整个群落起着控制作用。一旦因种种原因而失去优势种群，则微群落就会解体。若失去优势个体，则优势种群更替，并改变了微生态平衡。例如，由于抗生素、放射治疗、手术和过敏性疾患等因素引起正常菌群变化，微生态平衡遭到破坏，即生态和菌群遭受失调，引起一系列临床症状。如双重感染和免疫力降低等。利用宿主体内的正常微生物优势菌群成员的益生菌，制成的微生态制剂，可以调节失调的菌群，使宿主体内恢复正常的微生态平衡，达到防病治病的目的。


　　3.2　生物屏障理论　生物屏障理论又称生物拮抗理论，肠道内正常菌群直接参与机体生物防御的屏障结构，包括化学屏障和生物屏障，生物屏障是指肠内主要菌群的代谢产物例如乙酸、乳酸、丙酸、过氧化氢及细菌素等活性物质，可阻止或杀灭病原微生物在体内的定植。生物屏障是指定植于粘膜或皮肤上皮细胞之间的正常菌群所形成的生物膜样结构，通过定植保护作用影响过路菌或外来致病的定植、占位、生长和繁殖。微生态制剂中的益生菌就是这类正常菌群中的成员，可参与生物屏障结构，发挥生物拮抗作用。


　　3.3　生物夺氧理论　根据正常微生物群的自然定植规律，人或动物出生时是无菌的，出生后不久就被一系列微生物细菌定植了。定植的顺序先是需氧菌，后是兼性厌氧菌，随后的是厌氧菌。厌氧菌之所以不能先定植，是因为自然生境内有过多的氧。在需氧或兼性厌氧菌生长一段时期后，由于氧被大量消耗，从而提供了厌氧菌生长条件，厌氧菌才能生长。厌氧菌虽然不能先定植，但是整个微生态系统中其数量上占据首位，并保持着一定的生态平衡。利用无毒、无害、非致病性微生物（如蜡杆芽胞杆菌等）暂时在肠道内定植，使局部环境中氧分子浓度降低，氧化还原电位下降，造成适合正常肠道优势菌生长的微环境，促进厌氧菌大量繁殖生长，最终达到微生态平衡。


　　3.4　三流循环学说　三流循环其主要内容是能量流、物质流及基因流的循环。


　　能量流即能源运转，正常微生物群的内部与其宿主保持着能源交换和运转的关系。现在已提出一个生态能源学的分支，它们研究人类、动植物与正常微生物之间。正常微生物与正常微生物之间所存在着能源的交换关系。近年已从电子显微镜的观察中发现，人和动物肠上皮细胞的微绒毛（microvilli）与正常细菌细胞壁上的菌毛（pili）极为贴近，并发现有物质交换的现象发生。


　　物质流即物质交换　正常生理菌群的能源与物质均依赖于宿主，不存在宏观生态学中的生产者、消费者和分解者的区别。但都存在着降解（catabolison）与合成（anabolism)的代谢。降解与合成是微生物代谢中的必然途径，这与宿主细胞的功能是一致的。正常生理微生物菌群与宿主细胞通过降解和合成代谢进行物质交换。裂解的细胞与细胞外酶可为微生物利用，而微生物产生的酶、维生素、刺激素以及微生物降解的细胞成分也可为宿主细胞利用，如此反复进行着物质交换。


　　基因流即基因交换　在正常微生物之间有着广泛的基因（即DNA）交换，例如耐药因子（R因子）、产毒因子等都可在正常微生物之间通过物质的传递进行交换。微生态制剂可以作为非特异性免疫调节因子，促进机体吞噬细胞的吞噬能力和促进B淋巴细胞产生抗体的能力。这不仅可以抑制腐败菌和致病菌的生长，还可降解肠道的有毒物质（如氨、酚、内毒素等），保证微生态系统中的能量流、物质流和基因流的正常运转。

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　4　微生态制剂的应用〔3、7～12〕


　　4.1　微生态制剂的作用


　　4.1.1　调整微生态失调　宿主体内的正常微生物群，由种属、定位、年龄、生理状态及其与外环境的适应性具有特定的定性、定量与定位的结构关系，这个结构就是微生态平衡。如果这个平衡遭到扰乱（如抗生素及其它药物、同位素、激素和外科手术影响等），就可产生微生态失调。作为微生态制剂应具有调整微生态失调的作用。


　　4.1.2　生物拮抗　微生态制剂具有定植性、排他性及繁殖性。微生态制剂中的活菌应成为微群落中的成员，进入生境后能够卷入机体的微生态体系中，对非机体本身的微生物能够起到拮抗作用。


　　4.1.3　代谢产物　微生态制剂所致的代谢产物如乳酸、醋酸、丙酸、过氧化氢和细菌素等活性物质，能改善机体生境的生物化学和生物物理环境。抑制外来和致病微生物的繁殖，从而有利于机体保持生态平衡。


　　4.1.4　增强免疫　微生态制剂可以作为非特异性调节因子，通过细菌本身或细胞壁成分刺激机体免疫细胞，使其激活，产生促分裂因子，促进吞噬细胞活力或作为佐剂发挥作用。此外，微生态制剂中的益生菌还可发挥特异性免疫功能，促进机体的B细胞产生抗体的能力。


　　4.1.5　促进机体营养吸收　微生态制剂中的益生菌（如双歧杆菌和乳杆菌等），在机体内能够合成多种维生素，如尼克酸、叶酸、烟酸、维生素B1、B2、B6和B12等。促进机体对蛋白质的消化、吸收和利用。促进机体对钙、锌、铁和维生素D的吸收，具有帮助消化增进食欲的作用。


　　4.1.6　延缓衰老　微生态制剂有利于补充老年人体内双歧杆菌和乳杆菌等优势菌群的缺失，坚固肠道生物屏障结构，参与肠道菌膜的重建，从而直到重要的占位保护作用和排它性的生物拮抗作用。并能分泌多种有机酸、细菌素和抗菌物质，构建化学屏障、使异常增殖的腐败菌减少。并大大地减少机体对有毒产物（组胺、酷氨、腐胺、硫化氢、吲哚、亚硝盐和酚类等）的产生与吸收，有利于脏器功能的正常发挥及衰老进程的延缓。微生态制剂作为免疫赋活剂或非特异性免疫调节因子，可激活或促进机体的细胞和体液免疫功能，这就有利于机体免受致病微生物的侵袭和损害。微生态制剂中的益生菌还具有激活机体细胞内超氧化歧化酶（SOD）、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶的作用，促使抗氧化物产生，减少自由基的损伤和延缓老化作用。因此，微生态制剂对老年人保健作用就在于通过对机体体内微生物菌群调整，激发机体本身的效应（如微生态系、免疫系和代谢系的活动），来达到调节自身，延缓衰老进程的目的。


　　4.1.7　防病治病　微生态制剂通过扶正祛邪，调整体内环境，已显示出对某些疾病起着预防和治疗的作用。


　　4.2　微生态制剂的应用范围


　　微生态制剂应用范围包括医用微生态制剂，兽用微生态制剂和农用微生态制剂等。


　　兽用微生态制剂主要分两类：一是兽用，多采用乳酸杆菌、双歧杆菌、蜡状芽胞杆菌等活菌制剂，用于防治畜、禽、鱼的消化道、泌尿道疾病；二是微生物饲料添加剂，多以乳酸杆菌和蜡样芽胞杆菌为主，用于猪、牛、鸡、兔等禽畜的育肥、抗病，可代替抗生素，减少有毒物质在体内的残留量。


　　农用微生态制剂：已研制成增产菌是多种蜡样芽胞杆菌构成的植物微生态制剂，通过调节微环境、寄主、正常微生物种群和病原物之间的平衡。对农作物可提高产量达10％～30％。它的推广，已取得了巨大的经济、社会和生态效益。此外，利用多种微生物制成土壤微生态制剂也正在研制和试用中，它可以改良土壤生态结构，有利于植物生长发育，最终达到增产丰收的目的。


　　医用微生态制剂已广泛应用于临床上对多种疾病的防治，其使用范围还在不断扩大，现已成为人们作为有病辅治、未病防病、无病保健的重要生物武器。


　　4.2.1　多种胃肠道疾病的防治　微生态制剂一般都具有调整肠道菌群失调，改善微生态环境的作用，故对各种原因引起的急、慢性肠炎、痢疾、结肠炎等具有良好的预防和治疗效果。


　　4.2.2　医源性感染疾病的防治　用微生态制剂治疗因临床大量使用抗生素而引起的肠道菌群紊乱，念珠菌、肠珠菌占优势而厌氧菌明显减少等所引发的抗生素相关性腹泻，伪膜性肠炎均具明显疗效。可解除大量抗生素使用或滥用所造成的严重毒副作用。


　　研究中还表明，现代农药、现代医疗诊疗技术：如大量应用细胞毒性药物、激素、同位素、免疫抑制等治疗，以及手术后原因均可直接和间接地破坏机体内正常微生物的生长与繁殖，造成微生态失调，引发各种医源性疾病，也可应用微生态制剂治疗而获得良好效果。


　　4.2.3　肝脏疾病的防治　双歧杆菌和乳杆菌活菌制剂能抑制肠道腐败菌和产生尿素酶细菌生长。从而可降低肝炎、肝硬化和肝昏迷患者血液中的内毒素水平，改善肝脏功能。由于使用微生态制剂可使肠内菌群恢复正常。因此可改善肝脏的蛋白质代谢，并使肝脏解毒功能得以恢复。因而对肝脏疾病能起到辅助治疗作用。


　　4.2.4　便秘的防治　由于服入的微生态制剂中含有大量的双歧杆菌或乳杆菌，它们在体内代谢过程中产生多种有机酸，使肠腔内pH值下降，Eh电势降低，调节肠道的正常蠕动，缓解便秘。


　　4.2.5　婴幼儿保健　采用微生态制剂可以有效地预防和治疗因牛奶喂养婴儿引起的坏死性结肠炎及各种婴幼儿腹泻，并可增强对疾病的抵抗能力。因为经过益生菌发酵的产物中，铁、锌、锰和铜的含量增高。经益生菌发酵后的奶制品，其微量元素的含量也有提高。


　　4.2.6　防治高胆固醇血症　研究中已经表明，双歧杆菌、乳杆菌的微生态制剂，服后可使胆固醇转化为人体不吸收的粪甾醇类物质。人体试验已经证实，食用乳杆菌和嗜热链球菌的酸奶，可降低血液中胆固醇含量的5％～10％，这对于治疗和缓解胆固醇血症有一定的疗效。


　　4.2.7　防治癌症　研究表明，服用含有双歧杆菌、干酪乳杆菌的微生态制剂，可促进机体内吞噬细胞的活力，增强机体免疫功能，降解肠内亚硝胺等致癌物质，并已发现对癌细胞也有一定的抑制作用。


　　5　微生态制剂的发展与前景〔2、3、9〕　　医用微生态制剂，近年来已在国内外迅速崛起，方兴未艾，这是医学发展的必然，科学进步的结果。微生态制剂的出现，给医学科学带来了又一次革命。


　　微生态制剂与其它药物不同，它能起到“已病辅治、未病防病、无病保健”的重要作用。微生态制剂的重点是“无病保健”。这就是说，即使健康人群，也可以服用，增进健康素质，提高健康水平。当然也同时产生防病、治病作用。微生态制剂通过扶植正常微生物种群，调整生理平衡，发挥生物拮抗作用，从而可排除致病菌和条件致病菌侵袭。在抗生素和免疫抑制剂应用日益普遍的今天。人们已认识到它们在恢复人体健康的同时，也给人群带来某些菌群失调所引起疾病的阴影。人们在寻求更好的防病治病的措施时，微生态制剂便受到了人们的关注和欣赏。因为它能克服机体菌群失调的弊端。纵观现有各种药物，能够代替抗生素作用的，尚无端倪。但是，微生态制剂却颇有可能。随着微生态学的发展与完善，通过生物工程技术，改造微生物菌群的遗传基因，筛选各种有益的中草药，将会研制出更多更好的新型微生态制剂，用于加强和改善宿主机体的各种生理功能，起到防病治病，促进发育，增进体质，延缓衰老及预期长寿的目的。益生菌与益生元的研究，目前国内外不仅进入高潮，而且已形成强大的产业。据日本报道生产这类制品的厂家产值在100亿日元以上的就有10余家。我国生产微生态制剂的厂家（包括：医药、保健、饮料、化妆品等）已达到30～40家。而新厂还在继续涌现。21世纪是生物科学世纪，也是微生态制剂的辉煌时代，让微生态领域与药学领域互相渗透，相互协作，为研制出更好更多的微生态制剂作出贡献。


　　作者单位：鲍行豪　　浙江省卫生防疫站,杭州东方生物技术研究所（杭州，310000）


　　沈为民　杭州希尔春保健品有限公司


　　6　参考文献


　　1.康白.微生态学.大连：大连出版社，1998.


　　2.康白.微生态学原理.大连：大连出版社，1996.


　　3.杨景云主编.医学微生态学.北京：中国医学科技出版社，1997.


　　4.Aranoe BA,Cebra J J,Beuth J B,et al.Review,Zb1.Bakt,283:431.


　　5.袁佩娜.微生态制剂概况.中华人民共和国卫生部中国生物制品规程一部（试行规程）.1995.


　　6.康白.微生态学研究.大连：中国微生态学杂志社编，1995.


　　7.袁杰利编.肠道菌群与微生态调节剂.大连：大连海事大学出版社，1996.


　　8.鲍行豪，沈为民，沈永芳.微生态保健制品的分析与应用，科技通报，1998，14（2）：120.


　　9.于敏、霍继明、杨景云.微生态调节剂的作用与发展趋势，中国微生态学杂志，1998，10（2）：117.


　　10.王霞、张喜儒.双歧杆菌研究进展，中国微生态学杂志，1997，9（2）：61.


　　11.李雪舵、邱华.日本微生态制剂人用双歧杆菌相关制品的现状，中国微生态学杂志，1996，8（3）：59.


　　12.杜昱光、涂国云、蒋寒青.双歧杆菌促生长因子的研究，中国微生态学杂志，1996，8（6）：50.

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