不同人群肠道菌群研究下的长双歧杆菌DD98

遗传、饮食、生活方式、出生方式、环境因素、药物治疗等因素是影响人 体肠道菌群多样性及群落结构组成的主要因素[1-7]。基于人群大数据样本,探究影响人 体肠道菌群多样性及群落结构组成已成为近10年来研究浪潮,且研究多聚焦于健康人群肠道菌群的影响因素相关研究。

诸多国家科学家及研究学者们发起不同的研究计划,以期探究不同国家人群肠道菌群的结构组成及分布特 征。2021年南方医科大学周宏伟教授团队总结不同国家科研工作者们所发起人群队列的肠道微生物计划(图 1)依据不同国家人群肠道微生物计划所分析的肠道菌群的结构组成和分布特征,可了解掌握西方不同国家人群的肠道菌群的结构组成及丰度变化,同时可获得各个国家人群肠道菌群的菌属特征及功能特性。作为人 体最为庞大、最复杂的肠道微生态系统,肠道菌群在结构组成上呈现显著的个体差异特征[8],不同国家、地域、遗传背景和生活习惯的人群其肠道菌群结构上呈现出多样性[9, 10]。

图1

Zhernakova 等人对来自荷兰的 1000 多位健康人群肠道菌群分析后发现,荷兰居民肠道菌群较其它欧洲国家而言,因其较高的牛奶摄入量及低抗生素摄入,故而具有较高的多样性和丰富性,研究提出环境因素影响荷兰人群肠道菌群多样性及物种结构组成[11]。Deschasaux 等人在调查阿姆斯特丹的一项城市人群健康生活方式计划 ( Healthy Life in an Urban Setting,HELIUS)中 2084 位来自六个不同民族(摩洛哥、土耳其、加纳、非洲苏里南、南亚苏里南、荷兰)志愿者的肠道菌群后发现,居住在同一城市人群具有相似的微生物群落结构,并发现民族因素影响肠道菌群的多样性及结构组成,不同民族所主导的核心菌属所构成分类操作单元不同。其中,摩洛哥、土耳其、加纳人群的核心菌属为 Prevotella;非洲苏里南、南亚苏里南人群的核心菌属为Bacteroides;荷兰人群的核心菌属是 Clostridium[12]。

西方不同国家人群肠道菌群在多样性、物种组成上皆呈现分布特征性及显著差异性,同时研究发现不同国家人群肠道菌群所能代谢的功能代谢通路的富集上呈现显著性差异,主要体现在氨基酸合成及代谢、碳水化物合成、脂质合成与代谢等功能代谢通路上[13]。

高通量测序技术的快速发展,使得人群肠道菌群的相关研究如火如荼,故而中国人群的肠道菌群的研究也如雨后春笋般报道。

近 10 年文献调研发现,关于中国人群肠道菌群大样本研究逐渐被报道,如张和平等人采用 454 焦磷酸测序技术所测定的来自于中国 9 个省份涵盖 20 个城市、农村 7 个民族的 314 位健康志愿者的肠道菌群后发现中国不同城市、农村、民族人群其肠道中的菌属具有显 著的差异性并发现Bacteroides、Prevotella 等9个核心菌属[14]。何彦等人在 2018 年对来自于中国广东省14个社区的7009位志愿者的肠道菌群进行调查分析,发现地域因素是解释中国人群肠道菌群结构组成差异性的主要因素之一,且健康人群肠道菌群结构组成基线的构建应具有地域特征性,而非统一标准[15]。

Zhang 等人在 2021 年采用宏基因组学技术调查居住在中国北京平谷的 2338 位年龄在 26岁~76岁汉族志愿者的肠道菌群后发现中国北京平谷人群肠道菌群与年龄、性别相关,且年龄、性别影响肠道菌群物种组成及其主要的代谢功能。同时将北京平谷人群与爱尔兰、新西兰人群的肠道菌群对比分析后发现,与年龄、性别相关的疾病人群与健康人群相比,其肠道菌群的组内多样性及组成结构上不同,主要体现在一些高丰度的物种上[16]。

中国人群肠道菌群其多样性显著高于西方人群,群体间多样性差异性解释度为差异度为 11.72%;其次,中西方人群肠道中 Top6 菌门其组成上差异显著,中国人群肠道中 Firmicutes、Fusobacteria 相对丰度高而 Bacteroidetes、Actinobacteria、Veerucomicrobia 丰度低。再有,两国人群肠道 Top15 菌属的相对丰度存在显著性差异,其中10个菌属是两国人群肠道中的共有菌属。此外,Bifidobacterium 在中国人群中丰度较高(平均相对丰度为7.20%),但在西方人群中丰度较低(平均相对丰度为 0.87%)[13]。

基于对中西方人群肠道菌群不同的深刻研究,上海医药工业研究院、上海交通大学 药学院、上海健康医学院协同科研中心以张旭东、庄伟清、李忠磊、刘蔷、刘洪岐、陈代杰、邵雷、谭俊成立联合工作组,从上海地区健康的成人粪便中分离鉴定双歧杆菌,通过7 L发酵罐发酵试验筛选优良菌株,并利用其制备发酵乳,对发酵乳的体内特性进行研究。结果表明,分离并鉴定到3株长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)(编号为P-1、P-2和P-3),其中菌株P-2制备的发酵乳在稳定期活菌数最高,遗传稳定性好,被确定为优良菌株,并被命名为DD98。

 研究人员对DD98进行了稳定性研究,由图A和B可知,正常小鼠每日连续灌胃DD98发酵乳,在第5、10、15、20天测得的双歧杆菌、乳杆菌mRNA表达量均显著高于灌胃生理盐水或发酵培养基组 (P<0.05),说明菌株DD98发酵乳可以增加正常小鼠胃肠道内有益菌的表达。

另外,当小鼠停止灌胃15 d后,灌胃菌株DD98发酵乳的正常小鼠在第35天测得的双歧杆菌的表达量仍显著高于灌胃生理盐水或培养基组(P<0.05),说明长期饮用菌株DD98发酵乳有利于胃肠道内双歧杆菌数目的维持;当小鼠停止灌胃15 d后,灌胃菌株DD98发酵乳的正常小鼠在第35天测得的乳杆菌mRNA表达量与灌胃生理盐水或培养基的组无显著性差异(P>0.05),说明暂停使用DD98发酵乳后,乳杆菌的表达恢复到了原先的水平。

由图C和D可知,正常小鼠每日连续灌胃菌株DD98发酵乳,在第5、10、15、20天测得的肠球菌、大肠杆菌mRNA表达量均显著低于灌胃生理盐水或培养基组(P<0.05),说明菌株DD98发酵乳可以减少正常小鼠胃肠道内有害菌的表达。另外,当小鼠停止灌胃15 d后,灌胃菌株DD98发酵乳的正常小鼠在第35天测得的肠球菌、大肠杆菌mRNA表达量与灌胃生理盐水或发酵培养基组无显著性差异(P>0.05),说明暂停使用菌株DD98发酵乳后,肠球菌、大肠杆菌的表达恢复到了原先的水平。

各组小鼠双歧杆菌(A)、乳杆菌(B)、小鼠肠球菌(C)、大肠杆菌(D) mRNA表达量

此次工作组将菌株DD98作为长双歧杆菌产品开发的优势菌株,用于菌株DD98发酵乳研究。通过正常小鼠体内特性研究发现,服用菌株DD98发酵乳能显著增加小鼠胃肠道内有益菌、减少有害菌的表达(P<0.05),具有调节肠道菌群的作用。

在对国人肠道菌群深刻研究基础上,长双歧杆菌DD98的发明专利持有人、江苏同禾药业旗下大健康运营团队德禧生物已将DD98研究成功应用于益生菌固体饮料产品的转化,江苏德禧生物科技有限公司旗下Kinsell君希乐益生菌已成功推向市场,Kinsell君希乐品牌细分人群,以研究成果DD98菌株为主要配方菌株的儿童、女性、全家三个不同系列产品,提出了“专研微生态 呵护中国人”的品牌理念,是科研结果市场转化的又一成果,引起了行业内外专业人士的瞩目。

 国人健康意识日益强化,长双歧杆菌DD98“国人菌株”的概念提出,提示了研究学者对中西方的肠道微生态状态的差异的关注,对国内微生态领域的研究和商业转化具有一定的促进和指导意义。

参考文献:

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【13】中国人群肠道菌群分布特征及影响因素解析 陆静

【14】张旭东,庄伟清,李忠磊,等. 健康成人粪便中双歧杆菌的分离鉴定及其发酵乳体内特性研究[J]. 中国酿造,2021,40(1):33-38.

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【16】 Zhang X, Zhong H, Li Y et al.Sex- and age-related trajectories of the adult human gut microbiota shared across populations of different ethnicities [J].Nature Aging, 2021, 1(1): 87-100.

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