兒童過敏益生菌

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夏利平 (Li-Ping XIA)
1. 肠道菌群概述
1.1. 肠道菌群结构
1.2. 肠道生态平衡
1.3. 肠道菌群与Th1/Th2平衡
2. 儿童变态反应性疾病
2.1. 儿童过敏进程
2.2. 呼吸道变态反应性疾病的免疫学发病机制
2.3. 菌群失调与变态反应性疾病的发生发展
3. 益生菌在防治变态反应性疾病中的作用
4. 展望

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武汉大学人民医院儿科，湖北武汉 430060, Department of Pediatrics, Renmin Hospital of Wuhan University, Wuhan 430060, China

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夏利平 (Li-Ping XIA)

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Guest Editor (s): 姜毅 (Yi JIANG)

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夏利平 (Li-Ping XIA): moc.621@aixpl; 夏利平 (Li-Ping XIA): moc.621@aixpl

Received 2015 Oct 13; Accepted 2015 Dec 15.

Abstract

变态反应性疾病逐年升高的发病率已引起全球的关注, 严重危害儿童健康, 其共同发病机制是机体对常见的吸入性或食物性过敏原产生以特异性IgE介导的或者细胞介导的免疫反应。流行病学调查、粪便菌群分析和临床研究均提示, 变态反应性疾病的发生、发展与早期肠道菌群的紊乱密切相关。益生菌可调节肠道免疫反应、增加上皮细胞屏障功能和抑制病原菌的粘附定植, 恢复或重建肠道正常微生物群。随着人们对变态反应性疾病认识的加深, 益生菌对其防治作用将越来越受到人们的重视。

Keywords: 益生菌, 变态反应性疾病, 黏膜屏障, 特应性皮炎, 儿童

Abstract

The increasing incidence rate of allergic diseases has attracted global attention, and these diseases greatly threaten children's health.The common pathogenesis of allergic diseases is the specific IgE-or cell-mediated immune response to common inhalant or food allergens.Epidemiological investigation, analysis of fecal flora, and clinical studies all suggest that the development and progression of allergic diseases are closely related to the early disturbance of intestinal flora.Probiotics can regulate intestinal immune response, increase the barrier function of epithelial cells, inhibit the adhesion and colonization of pathogenic bacteria, and thus restore or reconstruct normal intestinal flora.With the increasing understanding of allergic diseases, the effect of probiotics in the prevention and treatment of such diseases will be taken more and more seriously.

Keywords: Probiotics, Allergic disease, Mucosal barrier, Atopic dermatitis, Child

二十一世纪是生物科学世纪，也将是微生态制剂的辉煌时代。微生态制剂包括益生菌、益生元和合生元，具有维持和调整肠微生态平衡，防治疾病和增进宿主健康的作用。婴幼儿期是正常微生物群建立的关键时期，也是免疫机制逐渐完善的关键时期，菌群脆弱且容易出现紊乱，导致一系列感染性、变态反应性和自身免疫性疾病的发生发展[1]。维持微生态平衡不仅只对儿童的健康，甚至对一个人的终生健康都有着深远的影响[2]。变态反应性疾病是当前世界性的公共卫生问题，在过去的三十余年中，成倍增长的发病率已引起全球关注，俨然成为严重危害儿童健康的主要疾病之一[3]。目前，儿童微生态学研究渐入正轨，益生菌对变态反应性疾病的防治作用及其机制是近年来研究的热点。

1. 肠道菌群概述

胃肠道黏膜是人体与其所在环境互相作用的重要场所。肠道中含有500多种微生物，形成复杂的微生态系统，与黏膜互相作用，共同影响着宿主的健康。胎儿期肠道是无菌的，新生儿期菌群开始在肠道内定植，足月顺产新生儿肠道菌群的定植比剖宫产新生儿更早、更快，尤其是母乳喂养的新生儿。随着辅食的添加，食物的多样化，肠道菌群中含有的专性厌氧菌越来越多，也越来越复杂。随着细菌的定植，肠道微生物群的建立及此后的构建和演替过程中，菌群结构不断发生改变，逐渐达成人水平。婴幼儿期肠道菌群促进全身包括黏膜免疫系统和肠道相关淋巴组织的正常发育并逐步成熟。此后，在维持肠道微生态平衡和调节肠道黏膜免疫功能等方面也至关重要。研究表明肠道相关淋巴组织在变态反应中发挥重要的免疫调节作用，同时也受肠道菌群结构影响。

1.1. 肠道菌群结构

人类胃肠道中的细菌约1 000~1 500种[4]，大致分为共生菌、机会菌和致病菌。共生菌约占90%，包括双歧杆菌、乳酸杆菌、丙酸菌及球菌等，多为专性厌氧菌。这类细菌对宿主是有益的，大部分粘附在肠道黏膜通过Toll样受体产生信号进而发挥积极作用[5-6]。联合国食物和农业组织及WHO专家组将这类有益于宿主健康的非致病性微生物统称为益生菌[7]。机会菌占10%左右，包括肠球菌、链球菌及无病原性大肠埃希菌等。通常情况下，它们是保持肠道菌群生态平衡的必要组成部分，数量少，且不致病。但在肠功能异常时，它们的数量显著增多，可致病。致病菌占0.01%以下，包括葡萄球菌、假单胞菌、变形杆菌、病原性大肠埃希菌、白色念珠菌、韦氏梭菌等，大多为外源菌，对宿主具有致病性。

各种细菌在肠道内相互作用，共同维系肠微生态平衡。肠道为各共生菌提供生存所需的丰富能源，肠道菌群对宿主的作用主要包括以下方面：参与形成肠道黏膜的生物屏障[8]；抵抗病原微生物在肠道定植和生长[9]；与黏膜免疫系统相互作用[10]；产生短链脂肪酸和人体所需的维生素，尤其是维生素K和B族维生素；产生的合成酶降解生物异源物质；抑制致癌酶类活性[11]。

1.2. 肠道生态平衡

完整的肠黏膜屏障、合理的肠道菌群结构和成熟的免疫功能共同维系着肠道的微生态平衡。肠道中以双歧杆菌为主的专性厌氧菌通过磷壁酸与肠黏膜上皮细胞密切结合定植在肠黏膜上皮产生“定植抗力”，阻止致病菌的入侵、粘附和定植，维持正常肠蠕动，并产生大量乳酸、丙酸等酸性产物以降低肠道内pH值，抑制致病菌的生长[12]。此外，肠道中的有益菌通过增强肠上皮细胞紧密连接加强肠黏膜屏障功能。任何能破坏肠道内环境稳定的因素可导致肠道菌群结构发生改变，继而损坏肠黏膜屏障功能诱发肠道细菌移位[13]。肠道菌群紊乱可降低肠道“定植抗力”，为致病菌的入侵提供机会，产生的有害物质会严重损伤肠黏膜绒毛和细胞间紧密连接，肠道细菌移位率增高，肠道微生态失衡进一步加重，形成恶性循环。

1.3. 肠道菌群与Th1/Th2平衡

肠道菌群在肠道内和肠道外的CD4+T细胞的发育中均发挥着重要作用。正常情况下，人类Th细胞按一定比例向Th1或Th2分化，两者之间存在相互制约与调节作用，Th1/Th2失衡则涉及许多疾病，如感染性、变态反应性和自身免疫性疾病等。在工业化国家，变态反应性疾病如支气管哮喘(bronchial asthma, BA)、过敏性鼻炎(allergic rhinitis, AR)、特应性皮炎(atopic dermatitis, AD)，等免疫失调疾病比较常见，遗传因素、环境因素和肠道微生物群已被列为其主要触发因素[14]。研究认为，肠道正常菌群对调节机体Th1、Th2、调节性T细胞(regulatory T cells, Treg)等具有活性作用[15]。效应性Th1和Th2受Treg的控制，Treg可以全面抑制免疫反应和炎症反应。肠道菌群在平衡Th1/Th2中表现出重要的作用，通过刺激Treg分泌TGF-β和IL-10，抑制Th1或Th2的过度表达，维持Th1/Th2平衡，下调免疫应答，从而抑制变态反应[16]。

2. 儿童变态反应性疾病

儿童时期主要的变态反应性疾病包括AD、食物过敏、BA、AR以及过敏性结膜炎等。由于遗传和环境等因素共同作用使得变态反应性疾病既能于同一个体在不同年龄段出现，又能在同一个体于同一时期并存多种。过敏进程也指出随着儿童年龄的增长，变态反应性疾病的表现发生阶段性变化，各系统持续地出现不同过敏症状。一般首先表现为婴儿湿疹或食物过敏症状，继之发展为BA及AR。

2.1. 儿童过敏进程

近年提出的“同一系统、同一疾病”指的是免疫相关性疾病如BA、AR、AD等具有相同或相似的发病机制，在不同靶器官表现出不同临床症状。

过敏进程的首发疾病为湿疹，即婴儿期AD，已成为困扰婴儿皮肤健康的首要疾病。儿童AD患病率高达15%~20%[17]。研究显示，早期干预AD能阻断特应性进程，防止以后发生呼吸道过敏性疾病[18]。最新的调查结果显示，食物过敏总发病率为6.56%，其中儿童发病占3.49%[19]。幼儿期存在食物过敏患儿学龄前期可发展为BA或AR。

婴幼儿喘息性疾病主要包括毛细支气管炎、喘息性支气管炎、咳嗽变异性哮喘和支气管哮喘等，是_感染、免疫、遗传、过敏等多因素共同作用的结果[20-21]。部分患儿在生后早期表现湿疹或食物不耐受；部分患儿仅在哭吵、剧烈活动后出现喘息；还有部分反复喘息患儿可伴有AD、AR、过敏性结膜炎等表现。流行病学调查显示，喘息性疾病患儿中50%~70%可反复发作，30%可发展为BA。研究表明，约90%的毛细支气管炎患儿可发展为BA[22-23]。据中国哮喘联盟2012年统计，欧美国家BA发病率为18%，中国部分地区已超过4%。第3次中国城市儿童哮喘的流行病学调查结果显示，城市0~14岁儿童BA两年现患率为0.42%~5.73%，平均为2.32%，累计患病率为0.48%~7.57%，平均为3.02%[24]。全球AR的发病率高达15%~30%，且患病率逐年升高[25]。研究发现[26]，儿童AR的存在是BA持续存在的危险因素，且增加儿童期后新发BA的可能性，年龄越小，AR合并BA的风险越大，两者共存的发病率可达50%左右[27]。

2.2. 呼吸道变态反应性疾病的免疫学发病机制

变态反应性疾病是当今世界性公共卫生问题，发病率高且逐年上升，发达国家更甚。近年来的研究显示，其发病率的显著增加显然难以用遗传基因的改变这一单一因素来解释，环境暴露对变态反应性疾病发病的影响越来越引起关注。经典的“卫生学说”认为当今卫生保健和生活方式的改善减少了人类在婴儿期暴露于各种病原体的机会，加上抗生素的大量使用及预防接种的普遍推广应用等，由于缺乏微生物的刺激，导致机体Th1/Th2失衡，Th1功能发育迟缓，削弱机体免疫功能，免疫应答向Th2偏移，从而诱发由IgE介导的过敏反应，导致变态反应性疾病发病率不断增加[28]。该学说既诠释了Th1/Th2失衡理论，又充分解析了变态反应性疾病患病率增加的原因[29]。

呼吸道变态反应性疾病是具有遗传易感性的个体对环境变应原在气道黏膜的炎性免疫反应，其共同的发病机制是机体对常见的吸入性或食物性过敏原产生以特异性IgE或细胞介导的免疫反应[30]。经典的Th1/Th2失衡学说被认为是发病的基础。当变应原刺激后，诱导机体产生的免疫应答向Th2型偏移，促使IL-3、IL-4、IL-5、IL-13等细胞因子增加，是气道中嗜酸性粒细胞产生的原因。其中IL-5是诱导嗜酸性粒细胞分化和成熟的关键细胞因子，能通过直接或间接的机制导致气道高反应性。同时，IL-4和IL-13促进B细胞产生抗体和浆细胞产生IgE增多，进一步促使嗜酸性粒细胞活化、增殖，释放各种促炎性介质及细胞因子，从而引起过敏反应的发生。

随着对变态反应性疾病发病机制研究的进一步深入，过去认为Th17细胞在由Th2调节的经典的变态反应性疾病中起作用，Tao等[31]结果表明Th17/Treg细胞的失衡在AR及BA的发病中起着重要作用。目前认为机体对过敏原免疫耐受的缺陷是造成Th1/Th2失衡的根本原因，机体Treg细胞数量不足和功能的缺陷是免疫耐受缺陷的关键，其功能的缺陷和呼吸道变态反应性疾病有着密切的关系。Treg能够抑制过敏原诱导的Th2反应、气道嗜酸性粒细胞浸润、黏液分泌增加及气道高反应。Treg的免疫抑制效应不足，可能是急性期免疫失衡的重要原因[32]，是变态反应性疾病的重要病理机制。

2.3. 菌群失调与变态反应性疾病的发生发展

肠道菌群参与变态反应性疾病的发生发展。流行病学调查、粪便菌群分析和临床研究均提示，变态反应性疾病的发生、发展与早期肠道菌群的紊乱密切相关。“肠道菌群假说”认为，近年人们生活方式和饮食习惯改变而引起的肠道菌群结构改变是过敏性疾病发生率增高的原因之一[33]。小婴儿肠道未成熟的黏膜屏障可能是导致生后头几年胃肠道感染和食物过敏发生率高的原因[34-35]，以后随着年龄的增加肠道黏膜屏障不断成熟，食物过敏的发病率也随年龄增加而下降。国外学者前瞻性研究均表明，变态反应性疾病的肠道微生物群改变先于临床症状出现，而非继发现象。异常的肠道菌群可导致免疫应答向Th2型偏移，削弱肠道屏障功能，使肠道抗原暴露增加，增加了发生变态反应的危险性。

肠道共生菌、肠道sIgA和黏膜通透性三者之间存在复杂的相互作用，协同参与了变态反应性疾病的发生发展。肠道sIgA水平降低，其维持肠道正常的免疫耐受、非炎性环境以及排除肠道抗原物质的能力减弱，肠黏膜通透性增加。肠道微生态环境改变影响肠道共生菌的能量供给；宿主对肠道共生菌产生异常排斥反应，导致菌群失调；由免疫介导的针对共生菌的保护机制受到破坏，进一步加重肠道菌群紊乱。反之，当肠道菌群紊乱时，肠道内共生菌阻止致病菌入侵、抑制炎症反应等作用明显减弱，促使肠道细菌移位，打破肠道共生菌所诱导的免疫耐受，导致异常免疫应答，加重变态反应性疾病的病理过程。

剖宫产婴儿的粪便中双歧杆菌等益生菌的数量较少，而大肠杆菌、拟杆菌等条件致病菌的数量较多。研究证实，剖宫产分娩的婴儿在没有足量微生物的条件下，Th1上调抑制，形成Th2优势的免疫环境，IgE生成显著增加，婴儿湿疹、BA等发生率明显高于自然分娩的婴儿[36]。研究发现湿疹婴儿肠道中大肠杆菌、金黄色葡萄球菌数量增多，双歧杆菌和乳酸杆菌数量减少。研究证实喘息患儿急性期就存在肠道菌群失调，双歧杆菌/大肠杆菌比值降低，厌氧菌中以乳酸杆菌下降为著。双歧杆菌/大肠杆菌比值和乳酸杆菌量与肠黏膜通透性和菌群失调程度存在明显相关关系。Penders等[37]研究发现，艰难梭状芽孢杆菌与复发性喘息存在密切关系。反复喘息发作的学龄期儿童粪便中脆弱类杆菌数量增加，预示今后可能发展为哮喘[38]。流行病学研究发现，在婴幼儿期广谱抗生素的使用导致肠道菌群结构发生改变，乳酸杆菌和双歧杆菌等数量显著减少，大肠杆菌和艰难梭菌数量明显增加，Treg减少，导致Th2型细胞应答偏移，过敏性疾病发病率升高[39]。

3. 益生菌在防治变态反应性疾病中的作用

益生菌是最主要、也是最早的人体所暴露的肠道共生菌，摄入适当数量时会给机体带来益处。环境因素、肠道正常菌群对变态反应的影响归结于免疫系统的作用[40]。益生菌通过调节肠道细菌组成和(或)活性来刺激机体免疫系统。其细胞壁成分、代谢产物、菌体等进入机体后均可刺激肠道黏膜免疫系统及免疫器官的发育与成熟；促使机体对其致敏的抗原产生免疫耐受；增强机体特异性和非特异性免疫功能，维持机体自稳态[41]。

大量流行病学研究证实了儿童过敏进程的客观存在，肠道微生态在Th1/Th2平衡中起着重要作用。益生菌通过调节肠道菌群失衡、促进肠黏膜屏障功能修复、抑制肠道细菌移位和病原菌的生长、调节肠道免疫反应等协助维持肠道免疫平衡，抵消Th2为主的免疫表型，阻止儿童过敏进程的发展[42-43]。研究表明益生菌能减轻抗生素对肠道黏膜结构的破坏，改善肠道紧密连接，加强肠上皮细胞层的屏障功能[44]。益生菌通过减轻Toll样受体mRNA水平的抑制程度，促进损伤的上皮修复，维持黏膜完整性，防止致病菌在肠道上皮细胞间移位[45]；与肠黏膜上皮细胞形成紧密结合的微生物膜，通过“竞争排斥”机制，阻止致病菌进一步在肠道粘附和定植；通过营养争夺限制外籍菌的生长繁殖。

益生菌不仅能提高肠道抵御病原菌的能力，还能下调过度免疫反应。树突细胞(DC)是肠道菌群、天然免疫和获得性免疫之间联系的桥梁[46]。益生菌通过刺激DC的成熟与活化，调节促炎因子和抗炎因子的产生而对免疫进行调节[47-48]，DC通过诱导Treg活性调节机体免疫反应，产生抗炎因子TGF-β，减少Th1和Th2及相关细胞因子过度表达，纠正免疫偏移，增强黏膜免疫，减少变态反应性疾病的发生率[49-50]。

流行病学调查发现剖宫产或围产期接受过过多抗生素的婴儿存在异常黏膜免疫功能，在童年，他们发生哮喘和自身免疫性疾病的发病率增加[1]。Walker等[51]研究证实在婴儿期服用含益生菌的配方奶可促进婴儿黏膜免疫成熟。研究证实双歧杆菌可激活多种效应细胞，上调Th1细胞应答，纠正Th1/Th2失衡[52]。Isolauri等[53]研究发现湿疹婴儿服用添加含鼠李糖乳杆菌或双歧杆菌的完全水解乳清蛋白配方奶后，患儿的皮肤状况和炎性指标均得到明显改善。Taibi等[54]研究表明添加益生菌有利于改善肠道功能，能起到调节肠道免疫屏障功能的作用，并认为肠道益生菌的应用可以预防食物过敏的发生。嗜酸乳杆菌可有效减轻有关柳杉花粉的过敏症状[55]。国外研究证实给予有过敏性家族史的AR患儿鼠李糖乳杆菌6个月后，过敏发作的累积发生率下降，并可持续至停药6个月后[50]。

4. 展望

“卫生学说”认为，婴幼儿期接触一定的病原微生物有利于抑制过敏性疾病的发生与发展。我们应积极提倡顺产、坚持母乳喂养、杜绝过度“清洁”，让有益菌在人类生命早期更好地在肠道定植，以实现最佳的生长、发育和健康状态。大量研究证实益生菌与宿主免疫系统相互作用，通过调节肠道免疫反应、增加上皮细胞屏障功能和抑制病原菌的粘附定植，恢复或重建肠道正常微生物群，可改变变态反应性疾病的自然病程[56]。随着人们对变态反应性疾病病因、发病机制、发展进程认识的不断加深，作为一种新型免疫调节剂，益生菌对变态反应性疾病的辅助预防和治疗作用日益引起广大医务工作者关注。相信在不久的将来，益生菌在儿科临床的应用前景将更加广阔。

由于益生菌给药途径简单，剂型多样，在临床应用中有很大的优势。然而，婴幼儿的肠道黏膜屏障还不成熟，机体处于免疫力低下状态，使用益生菌可能会增加机会感染的概率；并且患儿长时期使用微生态制剂，可产生耐药性；益生菌的作用机制是多样的，各自通过不同的途径影响机体。因此，选择合理的菌株、最佳剂量、介入治疗的时机及疗程、如何监测用药后的不良反应是我们临床儿科医生今后研究的方向与重点。