益生元提高腸道免疫力的研究

王淼 雷虹

腸道免疫系統是維持宿主健康的主要選擇，受到膳食成分和共生細菌等眾多因素的影響。這些影響腸道免疫力的飲食成分被認為是抗生素的替代品，被稱為免疫糖。低聚果糖（FOS），低聚半乳糖（GOS），菊糖，膳食碳水化合物和木寡糖（XOS）是人類和水產養殖中研究最多的益生元。盡管益生元和益生菌已經顯示出治療人類和魚類的眾多疾病的潛力，但全面了解直接和間接影響腸道免疫應答背后的分子機制將有助于更多，也許更有效的治療疾病。益生元通過增加溶菌酶和吞噬活性，巨噬細胞活化和刺激單核細胞來源的樹突細胞來影響腸道免疫系統。此外，這些功能性分子還增強上皮屏障功能，有益的腸道微生物群體和中間代謝產物，例如有助于平衡免疫系統的短鏈脂肪酸（SCFAs）的產生。總之，進一步的研究對確認益生元對免疫反應的直接影響至關重要。

益生元是對宿主有多重有益作用的功能性食品。益生元作為功能性食品的概念及其對脊椎動物腸道微生物群的益處首先被定義為“不易消化的食物成分，其通過選擇性地刺激宿主中一種或有限數量的細菌的生長或活性而有益地影響宿主結腸，從而改善宿主的健康”。目前對益生元的定義概括為，“益生元是經過深思熟慮的非消化選擇性發酵的食品成分，賦予胃腸道中有益微生物生長或活性的益處并改善健康主機”。為了被認為是益生元，這些必須是：（i）對胃酸度，哺乳動物酶和胃腸道同化作用具有抗性（ii）能夠通過有益的腸道微生物發酵。在這方面，最公認的益生元是果糖低聚糖（FOS），半乳糖寡糖（GOS），菊粉，聚葡萄糖，木糖寡糖（XOS），一些膳食纖維和甘露寡糖。作為食品或飼料成分，益生元賦予人體和魚類許多健康益處，包括免疫刺激，腸粘膜形態，促進上皮屏障和吞噬作用。

免疫系統是抵抗感染和毒素的第一種武器，其功能高度依賴于提供足夠的營養。有益的微生物能夠產生一些抗微生物劑，例如可促進免疫應答的細菌素和短鏈脂肪酸（SCFA）。通過微生物水解或發酵益生元會產生不同的代謝物，為細胞提供額外的能量。腸道微生物高度依賴于宿主攝取的食物。由于其消化性質，食物或飼料在平衡有益和致病微生物方面也扮演著重要角色。微生物受年齡，性別，健康狀況，遺傳因素，環境條件等因素影響。眾所周知，從早年或第一天開始喂養的微生物數量少于老年人或成年人。這是因為隨著時間的推移，飲食，體型，環境暴露和疾病的發生都會改變。關于腸道微生物的高級研究及其廣泛的多樣性幫助我們學習了這種機制；微生物如何消化食物及其代謝物影響宿主的免疫機制。

益生元對免疫反應有不同的作用機制。益生元對免疫系統的間接影響是通過影響免疫系統免疫調節活動中涉及的細菌，并負責產生與免疫調節有關的不同代謝產物如SCFAs。益生菌細菌的升級是由于益生元的發酵產生，它調節人類和水產養殖的免疫反應，是益生元對免疫反應的間接影響。這些益生菌發揮重要作用，如營養利用，預防感染和免疫系統的發育。通過消化細菌產生的化合物被認為通過與腸道連接的淋巴組織內的免疫細胞的G蛋白偶聯受體連接而影響免疫系統。

研究發現，隨著年齡的增長，益生元可有效的調節免疫系統，尤其是GOS和FOS有益于免疫平衡，消化酶活性，有益腸道微生物群，并降低早期年齡組傳染病的風險。益生元對免疫系統的總體影響已有詳細記錄。盡管文獻存在支持免疫組分如粘膜免疫，細胞因子表達，上皮屏障，增加的有益微生物群和對先天免疫的作用，但是需要研究益生元對調節免疫系統尤其是直接影響免疫系統。研究表明，共生細菌由益生元產生的SCFAs對抗炎特性和細胞因子表達產生影響。通過使用益生元作為底物，益生菌細菌的升級證實了益生元在調節免疫應答中的重要性。許多碳水化合物被歸類為益生元，但研究最多的分類為免疫調節劑的分子是菊粉，FOS，GOS及其組合。

益生元通過促進上皮細胞直接影響上皮屏障，防止病原體粘附在粘液上，并通過阻斷病原體的活性位點直接結合病原體。在出生后的早期階段，益生元有助于增加腸道中有益的微生物群。然而，腸道生態系統的變化可以在整個生命周期中觀察到，這是促進宿主免疫應答機制的關鍵策略。類似地，益生菌受益于益生元以通過產生抗微生物代謝物來增強免疫系統活性。此外，益生元只能增加腸道中的益生菌，因為它們能夠消化它們，而不是缺乏某些酶的病原體。在腸道免疫障礙可以通過特征明確的益生菌菌株，特定寡糖益生元或這些的組合得到預防或治療之前，仍有許多尚待解決。體內研究益生元以證明其對免疫系統的影響將有助于將來重點開發新的有效治療方法。