唐史杰，陳敏，尹明雨

(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，上海，201306)

醋酸菌廣泛分布于自然界中，是重要的工業(yè)用菌之一，亦是傳統(tǒng)制醋中不可或缺的一部分，但制醋流程中殘留的醋酸菌體往往作為廢棄物被丟棄。近年來，有報告稱醋酸菌體也可以作為活性主體發(fā)揮生物活性作用，如陳小雪等[1]使用日本丘比株式會社商品“よいとき”膠囊的內(nèi)容物飼喂小鼠，發(fā)現(xiàn)人體等效劑量1.2、3.6 mg/kg醋酸菌可有效降低肝臟甘油三酯(triglyceride,TG)含量并顯著降低了轉(zhuǎn)氨酶的含量，從而使這些作為副產(chǎn)物的醋酸菌有可能被重新利用。醋酸菌的細(xì)胞為橢圓至桿狀，單個、成對或成鏈，是革蘭氏陰性菌，專性好氧菌，能氧化各種有機物為有機酸及其他氧化物[2]。醋酸菌生長的最適溫度是28～36 ℃，最適酸堿度為5.4～6.3[3-5]，可為醋酸菌功能性產(chǎn)品的開發(fā)提供新的思路。醋酸菌可分為醋桿菌屬和葡糖桿菌屬兩大類[6]，迄今已有約200余種醋酸菌種被人類發(fā)現(xiàn)[7-11]，醋酸菌屬類及其種類如表1所示。

過量飲酒造成的健康風(fēng)險和社會問題不容小覷，乙醇在胃腸道中被吸收并大部分轉(zhuǎn)移到肝臟進行代謝。在此過程中，乙醇及其代謝物會造成健康損傷，包括直接毒性、氧化應(yīng)激和脂肪酸的積累[12]。乙醛作為乙醇代謝物，是引發(fā)各類疾病的主要有毒物質(zhì)[13]。近年來有報道稱，飲酒造成的腸道菌群紊亂與酒精引發(fā)的疾病有關(guān)，且這些疾病可以通過恢復(fù)酒精引起的腸道微生物紊亂來緩解和治療。

腸道菌群，即人體腸道內(nèi)含有的正常微生物，通常種類在500～1 000種，總數(shù)超過10萬億個[14]，其對人體健康起到了極為重要的作用，補充益生菌能有效調(diào)節(jié)腸道菌群組成，改善人體代謝功能和健康狀況[15]。

本文就腸道菌群對宿主健康的影響，以及醋酸菌如何調(diào)控酒精引發(fā)的腸道菌群紊亂并減輕其對宿主機體和肝臟損傷的機制進行了綜述和討論。

1 腸道菌群對宿主健康的影響

腸道菌群作為一個既獨特又復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，與宿主的生理狀況密切相關(guān)[16-17]。大量研究表明，腸道菌群對宿主健康至關(guān)重要，腸道菌群可以吸收和轉(zhuǎn)化宿主所需的食物中的成分，并產(chǎn)生調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)和代謝反應(yīng)的代謝物[18]，如維生素B、維生素K、短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)、膽汁酸、吲哚等[19-20]，腸道菌群還能將一些植物來源的非營養(yǎng)物質(zhì)如黃酮轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)代謝物為宿主所用[21]，將宿主難以消化而無法有效利用的碳水化合物發(fā)酵成CO2、H2、CH4以及包括乙酸、丙酸和丁酸的諸多SCFAS[22-23]，這些代謝物可以調(diào)節(jié)炎癥、免疫反應(yīng)，為宿主提供能量，影響一些疾病的發(fā)展[24-25]。腸道菌群更多的生理功能如圖1所示，對于促進脂肪生成、合成維生素、代謝藥物、調(diào)控神經(jīng)、保護上皮細(xì)胞等方面都能產(chǎn)生一定積極作用。

表1 醋酸菌科的菌屬列表Table 1 List of genera of Acetobacteriaceae

圖1 腸道菌群的功能Fig.1 The function of the gut microbe

對于臨床研究來說，確定所謂“健康”的腸道菌群是如何構(gòu)成的非常重要，但腸道菌群的組成存在較大的個人差異。ZHERNAKOVA等[26]對來自荷蘭的1 135名志愿者的腸道微生物群進行了深度測序，結(jié)果顯示該腸道菌群與126個外源和內(nèi)源宿主因子之間有關(guān)，包括31種內(nèi)在因素、12種疾病、19種藥物類別、4種吸煙類別和60種飲食因素，腸道菌群的個體差異性主要體現(xiàn)在厚壁菌門(Firmicutes)、放線菌門(Actinobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)。

腸道菌群組成、數(shù)量、功能的變化，即腸道菌群紊亂往往會對宿主的健康產(chǎn)生不利影響，如TROPINI等[27]使用16S rRNA測序發(fā)現(xiàn)，在聚乙二醇誘導(dǎo)的輕度腹瀉的小鼠模型中，腸道菌群的組成發(fā)生了變化。LIU等[28]進行了宏基因組學(xué)研究，對包括72名肥胖個體和79個非肥胖個體在內(nèi)的151名患者的血清代謝組學(xué)進行分析，發(fā)現(xiàn)肥胖與腸道菌群種類和循環(huán)代謝產(chǎn)物的變化有關(guān)，肥胖受試者腸道中的多形擬桿菌(Bacteroidesthetaiotaomicron)數(shù)量顯著減少。SANDEK[29]等將22位慢性心力衰竭患者和22位健康者對照，分析發(fā)現(xiàn)慢性心力衰竭患者的腸道菌群發(fā)生了顯著變化，表現(xiàn)為細(xì)菌過度生長、黏膜生物膜增加、細(xì)菌黏附增加和細(xì)菌菌株多樣性增加，菌株多樣性的增加中又以擬桿菌屬(Bacteroides)和普雷沃菌屬(Prevotella)細(xì)菌為最。

2 酒精代謝對腸道菌群的影響

人體過量飲酒后，機體大量攝入酒精，絕大多數(shù)會轉(zhuǎn)移到肝臟并由肝臟完成代謝，也因此過量攝入酒精對肝臟損傷最為嚴(yán)重。近年來有研究提出由于酒精攝入而改變的腸道菌群亦參與了酒精攝入對肝臟傷害的發(fā)展，這種損傷可以通過攝入益生菌，調(diào)節(jié)由酒精引起的腸道菌群變化來治療和改善。

2.1 酒精代謝的機制

機體大量攝入酒精時，一但攝入量超出機體代謝量就會導(dǎo)致酒精在體內(nèi)的大量累積，從而使肝臟內(nèi)的一系列酶如乙醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase，ADH)、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽和谷胱甘肽過氧化物酶的含量降低，直接對肝臟造成損傷。這種傷害的機制主要是由于乙醇產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物——乙醛造成的生理損傷，如氧缺乏、氧應(yīng)激、自由基的損傷和還原性輔酶異常等方面[30]。

酒精進入人體后，先經(jīng)過胃腸道的吸收，隨后進入血液循環(huán)，再進入肝臟，約90%的酒精在肝臟代謝，而乙醇在肝臟主要通過ADH的酶解作用代謝成乙醛。人體過量攝入乙醇時會導(dǎo)致ADH活性增加，從而產(chǎn)生過量的還原型輔酶Ⅰ(nicotinamide adenine dinucleotide，，NADH)，刺激機體丙酮酸代謝加劇，丙酮酸含量的降低會導(dǎo)致葡萄糖分解率增加，降低血液中血糖含量、提高乳酸的含量。乙醇代謝產(chǎn)生的乙醛再通過肝細(xì)胞線粒體內(nèi)的乙醛脫氫酶(acetaldehyde dehydrogenase,ALDH)催化脫氫生成乙酸[31]。而過量攝入酒精導(dǎo)致過度產(chǎn)生的乙醛累積引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙以及臉紅的現(xiàn)象。同時由乙醛代謝產(chǎn)生的乙酸會以乙酰輔酶A的形式參與三羧酸循環(huán)。在此過程中氫離子濃度升高，促進了肝臟脂肪酸和過量脂肪合成[32]，如圖2所示,可見ADH與ALDH在乙醇代謝中的重要作用，故具有ADH與ALDH活性的益生菌攝入能有效解酒護肝，如NISHIYAMA等[33]發(fā)現(xiàn)具有 ADH 和 ALDH 活性的醋酸菌粉末與乙醇同時攝入可降低人體呼氣和血液中的乙醇濃度。陳小雪等[1]使用日本丘比株式會社商品“よいとき”膠囊的內(nèi)容物飼喂小鼠，發(fā)現(xiàn)15、45 mg/kg的醋酸菌(人體等效劑量1.2、3.6 mg/kg醋酸菌)可有效降低肝臟TG含量并顯著降低了轉(zhuǎn)氨酶的含量。

圖2 酒精消化代謝途徑及酒精中毒機制Fig.2 Alcohol digestion and metabolism pathway and mechanism of alcoholism

2.2 酒精代謝對腸道菌群的影響

酒精主要通過ADH在肝臟中代謝轉(zhuǎn)化為乙醛并對機體組織和腸道菌群造成嚴(yán)重?fù)p傷。據(jù)報道，酒精會引起胃腸道功能紊亂，從而使革蘭氏陰性菌增加[34-35]，產(chǎn)SCFAs的細(xì)菌減少[36]，破壞由革蘭氏陰性菌產(chǎn)生的腸屏障完整性[37]。BARR等[38]報道在將4%的乙醇溶液作為飲用水的恒河猴中的結(jié)腸中發(fā)現(xiàn)擬桿菌屬豐度增加和變形菌門(Proteobacteria)豐度減少。BJORKHAUG等[36]發(fā)現(xiàn)過量飲酒者(每天攝入118.9 g酒精超過10年)相較于平均每天攝入2.5 g酒精的對照組，其糞便微生物群中變形菌門的豐度更高，糞桿菌屬 (Faecalibacterium)的豐度更低。FAN等[39]發(fā)現(xiàn)重度飲酒者厚壁菌門的豐度降低，而鏈球菌屬(Streptococcus)和納克桿菌屬(Lachnoanaerobaculum)的豐度都有所升高。

2.3 腸道菌群紊亂對肝臟損傷的影響

肝臟與腸道關(guān)系密切，肝臟的損傷病變往往與腸道菌群紊亂有關(guān)，現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)酒精引起的肝損傷亦與腸道菌群有關(guān)。WANG等[40]在恒河猴靈長類動物模型中，通過在其飲食中補充乙醇3年，從恒河猴糞便樣本中發(fā)現(xiàn)明顯的肝脂肪變性，伴隨著厚壁菌門和變形菌門的豐度增加以及擬桿菌屬的豐度減少。DUAN等[41]研究表明，酒精性肝炎患者腸球菌屬的比例顯著高于健康對照組，而糞便中腸球菌屬分泌的溶細(xì)胞素與肝損傷息息相關(guān)。這些結(jié)果表明腸道菌群與酒精引起的肝損傷密切相關(guān)，故補充合適的益生菌來調(diào)節(jié)腸道菌群的組成和豐度能有效治療酒精引發(fā)的肝臟疾病和損傷。

除酒精外的其他因素造成肝臟損傷亦與腸道菌群難脫干系。HOYLES等[42]分析了病態(tài)肥胖(非糖尿病導(dǎo)致)誘發(fā)肝纖維化患者糞便的宏基因組的分子表型，發(fā)現(xiàn)這些患者的腸道菌群豐度較低，內(nèi)毒素合成增強。還有研究表明腸道菌群與肝癌的發(fā)生息息相關(guān)，肝臟經(jīng)門靜脈與腸道菌群接觸會對肝癌產(chǎn)生重要影響，通常認(rèn)為腸道菌群是抗腫瘤的重要調(diào)節(jié)因子，也是控制化療和免疫治療的關(guān)鍵因素[43]。

3 醋酸菌改善酒精引起的腸內(nèi)菌群紊亂作用

醋酸菌作為一種益生菌能被用于減輕酒精引起的健康損傷，過去的研究常集中于醋酸菌能代謝產(chǎn)生ADH和ALDH，在酒精代謝中產(chǎn)生積極作用，加快代謝乙醇和乙醛，減輕過量飲酒帶來的損傷。而現(xiàn)在亦有研究表明醋酸菌作可以調(diào)控酒精產(chǎn)生的腸內(nèi)菌群紊亂，并以此改善酒精造成的肝臟傷害和腸道菌群紊亂。

姜欣欣[44]研究發(fā)現(xiàn)醋酸菌對于長期大量攝入酒精導(dǎo)致的小鼠腸道菌群紊亂具有干預(yù)作用，報道發(fā)現(xiàn)在門水平方面，小鼠結(jié)腸中的主要菌門可以歸類為厚壁菌門、擬桿菌門界的擬桿菌門、變形菌門、放線菌門、疣微菌門(Verrucomicrobia)等。經(jīng)過酒精灌胃后，小鼠結(jié)腸樣品相對于對照組中的變形菌門和放線菌門的微生物異常增高。而經(jīng)過醋酸菌的保護后，兩者的豐度顯著降低。

姜欣欣[44]亦發(fā)現(xiàn)經(jīng)過酒精灌胃的小鼠乳酸桿菌屬(Lactobicillus) 豐度顯著降低，而幽門螺桿菌屬(Helicobactor)的豐度顯著升高，同樣醋酸菌的添加可以有效改善酒精導(dǎo)致的小鼠腸道菌群紊亂，使乳酸桿菌屬豐度升高，從而達(dá)到保護酒精造成的肝損傷的效果。

醋酸菌調(diào)控酒精引起的腸內(nèi)菌群紊亂從而解酒護肝的機制推測一方面是酒精的攝入會引起的胃腸道通透性過高，使細(xì)菌細(xì)胞及其代謝產(chǎn)物更容易進入血管和全身循環(huán)系統(tǒng)，因此，酒精引起的腸道菌群變化會造成機體胃腸道和其他器官的損傷，肝臟作為絕大多數(shù)酒精的代謝場所并能通過門靜脈接觸到腸道菌群，使得這種損傷在肝臟尤甚，醋酸菌進入人體后通過調(diào)節(jié)腸道菌群紊亂，恢復(fù)胃腸道通透性，減輕酒精對機體和肝臟的損傷。

另一方面機制推測則是醋酸菌的攝入調(diào)節(jié)了腸道菌群的氧化應(yīng)激反應(yīng)途徑，有研究表明細(xì)菌的ALDH在化學(xué)應(yīng)激狀態(tài)下表達(dá)會上調(diào)，這種上調(diào)是細(xì)菌的一種應(yīng)激反應(yīng)途徑，如亞砷酸鹽(As3+)通過破壞三羧酸循環(huán)和釋放未結(jié)合的Fe2+誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，然后通過芬頓反應(yīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生活性氧[45]，在這種氧化應(yīng)激機制下假單胞菌暴露于亞砷酸鹽會導(dǎo)致其幾種蛋白質(zhì)表達(dá)上調(diào)，其中就包括ALDH，而ALDH在化學(xué)應(yīng)激狀態(tài)下表達(dá)上調(diào)，加快了乙醛代謝，從而達(dá)到解酒護肝的效果。JIANG等[46]灌胃小鼠醋酸菌協(xié)同28%酒精時，發(fā)現(xiàn)丙二醛含量顯著降低、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶含量顯著提高，改善了氧化應(yīng)激水平。田思敏等[47]使用日本丘比株式會社商品“よいとき”膠囊(醋酸菌45 mg/膠囊，人體推薦量2粒/日)的原料醋酸菌粉末飼喂小鼠，發(fā)現(xiàn)15、45 mg/kg的醋酸菌 (人體等效劑量1.2、3.6 mg/kg 醋酸菌)對急性酒精攝入小鼠氧化應(yīng)激狀態(tài)具有調(diào)節(jié)作用，顯著提高了肝臟還原型谷胱甘肽的含量。但更為明確的反應(yīng)機制仍需進一步的研究。

4 結(jié)論與展望

本文就腸道菌群對人體健康的影響，酒精攝入對腸道菌群的影響以及醋酸菌對受酒精影響的腸內(nèi)菌群紊亂的改善作用進行了總結(jié)。腸道菌群對宿主健康的影響是多方面和多維度的，但過量飲酒毫無疑問會擾亂正常的腸道菌群，造成腸道菌群紊亂，其主要體現(xiàn)在厚壁菌門、變形菌門、放線菌門等菌群的豐度變化，進而影響宿主健康，這種傷害對于肝臟尤甚。因此對這一過程進行外部干擾減輕酒精造成的健康風(fēng)險是有必要的，而醋酸菌作為補充益生菌能較好地達(dá)到解酒護肝的作用，且其作為傳統(tǒng)釀醋工業(yè)的廢棄物，更能被作為副產(chǎn)物重新利用起來，有著較好的市場前景。

雖然近年來對于醋酸菌的研究成果愈來愈多，但研究結(jié)果仍較為表觀，本文推測醋酸菌調(diào)節(jié)腸道菌群從而解酒護肝的機制在于這一過程恢復(fù)了因酒精攝入而改變的胃腸道通透性和菌群氧化應(yīng)激反應(yīng)，但其具體改善機理相關(guān)研究仍然較少，由于具體的分子機制牽涉廣泛，仍還需要各方面專家學(xué)者聯(lián)合研究以期找到醋酸菌調(diào)節(jié)腸道菌群的更為詳盡的機理，通過詳細(xì)探索醋酸菌的腸內(nèi)環(huán)境改善作用及其機理，不僅能預(yù)防酒精造成的健康風(fēng)險，也有可能預(yù)防疾病，應(yīng)用于功能性食品。