福建农林大学食品科学学院的郑志昌、陈映彤、郭娟娟等以肠道微生物在人体中的变化过程为研究对象，主要对比3 类特殊人群（早产儿、肥胖人群及老年人）的肠道微生物定植差异以及益生元对此类人群肠道菌群的调节作用。为益生元的肠道菌群调节机理和益生元功能性食品开发提供理论依据。
益生元
经过20余年的研究，益生元的定义和范围不断丰富。最新的版本是由Bindels等于2015年在Perspectives杂志上发表，其将益生元最终定义为“通过肠道内微生物的代谢作用并可调节肠道微生物的组成或活力，从而对寄主健康产生有益的生理影响的非消化性成分”。
机体肠道微生物的组成
与变化
肠道微生物组成
肠道微生物主要以厌氧和兼性厌氧菌为主，少数为需氧菌，大多数（70%～80%）为不可分离培养的细菌类型。大肠为非消化性食物成分以及内源性黏蛋白发酵的理想场所；微生物群落空间分布区域根据特定微环境的不同可进一步细分为内腔、黏液、隐窝和上表皮细胞分布层。
肠道微生物随年龄的变化历程
人类胚胎初始为无菌状态，此后由分娩到最初的几个月相继经历了各种微生物此消彼长的过程。在婴儿出生前，其从母体产道获得接种物，随后婴儿肠道开始出现定植的微生物。最初以肠杆菌、肠球菌和链球菌等兼性厌氧菌为主体（第一阶段），这部分细菌在早期48 h内消耗肠道中的氧气，降低肠道的氧化还原电位，为双歧杆菌等绝对厌氧菌的生长创造有利环境（第二阶段）。婴儿出生后5 d左右，双歧杆菌开始形成优势菌群，以母乳喂养的婴儿双歧杆菌数量在哺乳期中保持绝对优势，在哺乳末期双歧杆菌相对减少，随着固体食物的摄入，哺乳期婴儿的肠道菌群开始从低丰度与低复杂性逐渐演变成熟，1 周岁婴儿的肠道微生物构成逐渐趋于成年人，菌群相对稳定，不同婴儿间的菌群功能差异逐渐减小。随着年龄递增，肠道菌群受生理状态、饮食模式、生活习惯等内外因素的影响，维持着以厚壁菌-拟杆菌-放线菌门为主的成年人型菌群结构。直到中老年阶段，双歧杆菌数量显着下降，梭菌和肠杆菌数量呈逐渐递增趋势。
影响肠道菌群结构的
环境因素
诸多因素可以影响肠道微生物的构成与数量，主要因素包括寄主的遗传特性、分娩方式、出生胎龄、哺乳方式、膳食模式、年龄与身体状态以及是否接受药物治疗等内源性与环境因子。膳食模式是塑造肠道菌群的重要环境因素，膳食宏量营养素中的碳水化合物、蛋白质和脂肪的数量、种类和比例是影响肠道菌群构成的主要原因。膳食性脂肪几乎都在小肠消化吸收，但是过高脂肪摄入会导致胆汁酸等肝代谢产物和未参与肝内循环的物质更多地进入大肠；因此有学者认为，膳食脂肪对肠道菌群的影响可能是通过胆汁酸间接介导的结果，但也有学者提出肠道微生物组成的改变与内毒素含量增加所导致的肠道通透性提高和内脏白色脂肪组织中基质血管细胞数目的急剧增加有关。
益生元对特殊人群肠道菌群的调节作用
益生元与早产儿
早产儿的微生态生理特点
由于其肠道消化系统和黏膜免疫系统还未发育成熟，导致其对食物的耐受性和肠道微生物的定植尤其敏感。早产儿肠道微生物定植延迟，且存在个别菌群过度生长、多样性低以及存在与坏死性小肠结肠炎的发生有关的潜在致病菌。另一方面，早产儿脆弱的免疫系统无法抵御环境微生物的入侵，从而增加了细菌过度繁殖的风险；此外抗生素的滥用进一步干预了肠道天然微生物的多样性定植。
HMOS对肠道微生态的重要性
HMOS被认为是导致母乳与人工喂养的婴儿在肠道菌落组成和发展差异的本质原因。HMOS可作为双歧因子直接促进双歧杆菌等益生菌的增殖，调节肠道黏膜免疫通路，促进黏膜免疫系统成熟，间接改善细菌定植的敏感性，从而调节肠道菌群数量。
其他益生元对早产儿肠道菌群的影响
有研究表明，在配方乳粉中补充5 g/L的短链低聚果糖（scFOS）时，其安全性和耐受性良好，并且发现scFOS可通过增加双歧杆菌数量调节肠道微生物组成；Westerbeek等有研究也发现，通过补充中性（短链低聚半乳糖、长链低聚果糖）和酸性低聚糖（海藻酸钠低聚糖）混合物能够促进早产儿产后肠道微生物定植，而广谱抗生素的使用则会产生相反的结果。
益生元与肥胖人群
肠道微生物对肥胖寄主代谢的影响
肥胖问题如今已成为世界尤其是发达国家的主要公共性社会问题之一，肥胖的本质为流行性疾病，目前正呈现出由西方发达国家向大多数发展中国家迅速蔓延的趋势。肥胖的发生与遗传和环境因素有关，权威报告指出肠道微生物在脂肪含量增加和机体能量平衡中发挥着关键作用。肠道微生物与肥胖有关的作用机制包括以下几个方面：1）增加微生物吸收膳食中能量的能力；2）调节肝脏脂肪生成；3）通过肠道饱腹感激素调节食欲，如胰高血糖素样肽（GLP）-1和酪酪肽；4）通过脂多糖（LPS）-Toll样受体激活机体自身免疫能力。
肥胖人群的肠道菌群差异
研究发现，肥胖和超重个体的拟杆菌与厚壁菌门数量比值朝着有利于拟杆菌门的方向改变，粪便总脂肪酸含量显着升高，暗示SCFAs代谢可能与肥胖密切相关。有研究者通过动物模型发现，肥胖与两种细菌门的丰度改变有关；肥胖小鼠相较于正常小鼠肠道中的厚壁菌门丰度增加而拟杆菌门相对减少。
益生元对肥胖人群肠道菌群的调节作用
研究发现膳食补充低聚果糖能够增加肥胖小鼠肠道内的双歧杆菌、乳杆菌数量以及内源性GLP-2的生成量，同时降低血浆LPS和细胞因子水平、减少炎症和氧化胁迫因子的表达量；此项研究证实了GLP-2的生成量与特定菌群数量的变化能够改善肥胖患者的肠道屏障功能。
有学者针对性地研究菊粉型果聚糖（ITF）对肥胖女性粪便中双歧杆菌的影响，结果表明IFT可选择性地增加长双歧杆菌、假小链双歧杆菌和青春双歧杆菌的数量，其中长双歧杆菌数量与血清LPS水平呈负相关；IFT还可减少肥胖女性粪便中的总SCFAs含量，降低与高水平SCFAs相关的代谢风险因子。
益生元与老年人
老年人肠道菌群变化特点
老年人肠道微生物最显着的变化特征也是拟杆菌与厚壁菌门丰度相对比例的改变，研究发现老年人肠道菌群中拟杆菌门的比例更高，而年轻人的厚壁菌门则相对较高；也有报道指出老年人肠道中的双歧杆菌和梭状芽孢杆菌Ⅳ数量显着下降，而与肠道疾病相关的肠杆菌科和变形菌门特定菌群的数量有所增加。
肠道菌群及活力变化对老年人健康的影响
老年人肠道菌群的多样性呈现逐渐下降和结构失衡的趋势，通常情况下，双歧杆菌、乳酸杆菌等益生菌通过产生具有抗炎活力的SCFAs，减少溃疡性结肠炎、克罗恩病等炎症性肠道疾病的发生，而老年人肠道中二者数量与健康成人相比显着下降，直接导致SCFAs生成量减少，这还可能导致肠道上皮细胞分泌黏蛋白进而增加病原菌侵入肠道黏膜的风险。另一方面，肠杆菌等革兰氏阴性菌的丰度增加，这些细菌具有分泌LPS的能力，LPS作为内毒素可导致肠道炎症。
益生元对老年人肠道菌群的影响
大量研究表明，通过膳食补充益生元，能够改善老年人的肠道环境，促进肠胃蠕动，增加排便频率，防止便秘。这一方面是源于益生元在小肠中的不可消化性，其进入大肠被益生菌群选择性发酵，促进益生菌增殖，增加SCFAs含量使得粪便体积膨胀；另一方面，补充益生元能够改善糖化菌群活力退化，减少致腐发酵作用，降低肠道pH值和提高增溶作用。有证据显示，膳食补充益生元或与益生菌复配剂可提高老年人肠道中的内源性益生菌数量。动物模型显示，膳食补充高直链玉米抗性淀粉能够增加老年小鼠（18～20 月龄）肠道中拟杆菌、双歧杆菌、阿克曼斯卡菌属等菌群的比例，其中双歧杆菌和阿克曼斯卡菌属的比例与寄主高血糖原表达水平、肠道质量等显着相关。
结 论
基于寄主-微生物间的相互作用关系，通过膳食补充益生元为微生物调节肠道健康的策略提供了新的途径。然而，目前国内有关益生元对肠道菌群调节作用研究大多都集中于双歧杆菌、乳酸菌这两种特定益生菌以及肠杆（球）菌等常见条件性致病菌的研究。虽然益生元对肠道菌群的调节作用很大程度是由于选择性地促进了双歧杆菌与乳杆菌的增殖与活力，增加了乙酸和乳酸生成量。但是，丙酸和丁酸的生产者通常是梭状芽孢杆菌ⅪⅤa、Ⅳ，拟杆菌属以及Negativicutes纲等细菌。因此，为了解益生元对于肠道菌群的调节作用，还应尽可能系统性地研究全部肠道菌群的总体变化，如某些特定菌群比例的变化规律。
