「精准益生元」的研究已经开始脱离菌群,迈上细胞生物学和分子生物学层面

膳食益生元通过蛋白激酶 Cδ信号通路诱导强化肠道上皮细胞屏障功能

精准营养是通过对个体的遗传特征、肠道微生态、代谢特征、生理状态、生活方式以及临床指标等相关因素对营养需求和干预效果进行关联分析,得到它们之间的相互影响统计规律,以此指导和实现对个体营养状态的最优化选择、判别和干预。益生元是现代肠道功能、微生态调节的重要功能因子,是许多慢性代谢性疾病的预防、干预手段之一。益生元的安全性和肠道菌群调节功能等已被大量的现代科学实验证明,但由于整个肠道菌群的复杂性和益生元结构的多样性,单一成分纯化、生产困难,研究手段、方法缺少、滞后,其发展速度相对缓慢,临床科学研究更是遭遇瓶颈。近年来越来越多的研究表明:人体共生微生物对人体健康存在有益的影响,尤其是对宿主的代谢表型具有调节作用,在很多代谢性疾病(例如糖尿病,肥胖等)的发生和发展过程中起着重要的作用。目前,对于人体肠道微生物的研究已经从以实验室研究为主逐步发展到采用特定益生元进行预防干预的临床验证阶段。通过研究人体肠道微生物菌群,了解人类微生物菌群分布和菌群与益生元相互影响因素,确定了益生元对人体代谢性疾病、免疫系统疾病等的预防、干预治疗方案,并在临床上取得了良好效果,这进一步显示了益生元产品在今后的微生态健康医疗产业中具备极大的发展潜力。伴随着宏基因组学、代谢组学、蛋白质组学的发展和大数据分析方法的进步,基于个体特征的精准益生元概念和益生元临床应用逐渐形成,预期将成为今后益生元学发展的重要方向。那么什么是精准益生元,如何实现益生元的精准化应用?

《食品科学》2018,Vol.39,No.09

益生元概念演进和开启精准益生元时代

精准益生元是通过对益生元的物理化学性质、成分、结构、生理作用机制的研究和深刻理解,以现代精准营养的规律和要求为指导,针对不同人群或个体的菌群、代谢、营养特征和需求,以独立或协同作用的方式,实现益生元在微生态健康产品、生物医药研发、医疗服务上的精准化定制和科学配方。

解读:该章节如如数家珍般描述了益生元的定义演进历史,并阐明了低聚果糖、低聚半乳糖、菊粉和乳果糖是迄今为止人类研究最多,有良好人体实验数据支持的4个经典益生元。而精准化益生元的科学应用,需要在细胞生物学、分离纯化单一化学组分和天然益生元组分的研究几个维度展开。

益生元精准化研究进展

最新研究发现,益生元能诱导基因差异性表达和调节细胞应答,对宿主肠道上皮细胞发挥直接作用。另外,益生元除了通过改变人体肠道菌群组成或肠道上皮细胞应答来间接影响人体的免疫系统外,也能直接调节免疫反应。

解读:过去我们谈益生元的健康促进作用,更多被提及的是益生元通过增殖双歧杆菌等有益菌或者充当抗黏附抗菌剂而发挥间接作用。乳酸杆菌和双歧杆菌等有益菌能利用益生元,从而提高与有害菌争夺有限的营养物质的竞争优势;同时它们会代谢产生短链脂肪酸,例如乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐等,以创造一个带酸性的微环境来抑制有害菌的生长,但今天,益生元的精准化研究已经发展到脱离菌群,细胞生物学和分子生物学层面。

普拉梭菌与特异性皮炎的关系

单一组分益生元的功效。伴随着宏基因组学研究的不断深入,人们对益生菌的认识范围也逐步扩大。人类结肠中存在大约1 000~1 150 种细菌(这个数据还在随着技术的不断进步而增加),每个人肠道内大约也有160 种以上的细菌。以往人们认识的益生菌主要为双歧杆菌属、乳杆菌属、乳球菌属、链球菌属、肠球菌属等,其中双歧杆菌和乳杆菌是公认安全的益生菌,对机体健康没有致病性。目前人们对肠道益生菌的认识有进一步扩大的趋势,逐渐延伸至普拉梭菌属(Faecalibacterium prausnitzii)、普雷沃氏菌属、丁酸弧菌属等。其中的普拉梭菌是新近发现的一类可能的肠道益生菌,也是健康人群肠道中最丰富的微生物之一,约占肠道粪便细菌总数的5%~15%,能代谢产生大量的丁酸盐等,具有抗炎效应,可明显改善肠道炎症,同时能通过调节单核细胞和肠道上皮细胞的细胞因子(如IL-8、IL-10等)的表达提高肠黏膜屏障功能。随着对益生菌认识的深入,益生元对人体健康的促进作用也许不仅局限于通过增殖乳杆菌和双歧杆菌等传统意义的益生菌而实现。开展益生元对普拉梭菌、普雷沃氏菌等新型益生菌的增殖效果研究,将进一步明确益生元、益生菌与人体健康的关系。

解读:益生元对人体的有益作用(如调节肠道菌群,增强免疫力,对结肠癌、炎症性肠道疾病和急性感染存在有益的影响等)已被大量文献和人体实验证实,但大多是采用益生元混合物进行的研究。然而,益生元对人体产生有益作用的具体成分是什么,单一组分通过何种方式或通过何种有益菌株对人体产生何种精准的有益作用?将以“结构-菌群-功能”建立对应关系。

中国母乳低聚糖大数据库建立的方式

现代科学研究发现,母乳中的各种营养成分,特别是其中的HMOs,伴随母亲泌乳阶段、所处外部环境不同以及种族、血型、基因、年龄、体质差异等,均显示出显著的不同。所以,以HMOs为模板和参照,研究HMOs的组成和变化规律及母婴肠道微生态状况等,分析、统计、总结其内在关联,可以为各种特定益生元的精准复配、协同应用提供科学指导。经过量子高科研究发现,中国母亲HMOs成分在泌乳期内存在动态变化,和Lewis血型和相关基因存在关联影响。并且岩藻糖基化HMO的地域差异较大,值得进一步进行大样本量的比对分析和研究。

解读:一方水土养一方人,未来市场细分化、营养定制化、产品本土化趋势已逐渐明晰。

伴随着精准营养的发展,益生元以其在健康维护、疾病预防、辅助干预治疗中的独特作用势必受到关注和重视。精准益生元将是基于人群个体遗传背景、生活特征(膳食、运动、生活习惯等)、代谢指征、肠道微生物特征和生理状态(营养水平、疾病状态等)等因素基础上的综合分析与精准使用。精准益生元在微生态健康医疗产业的发展离不开对益生元的物理化学性质、成分、结构、生理作用机制的深入研究和深刻理解。对益生元在细胞生物学、分子生物学层面的直接生理功能机制及单一组分益生元功效和天然多组分HMOs等方面的精准化研究,对实现益生元在微生态健康产品、生物医药研发、医疗服务上的精准化定制和科学配方具有重要的社会、商业价值和科学意义,也是益生元今后的重点发展方向。

来源:量子高科益生元,文章为原文作者独立观点,不代表新营养立场。

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