2. 甘肃农业大学动物医学院, 兰州 730070
2. College of Veterinary Medicine, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China
近年来,随着微生态学的快速发展,以微生态制剂为主的一类新型药品、保健食品、饲料添加剂、植物生长促进剂等已经或正在形成产业。目前,大约有20个属的微生物用作微生态制剂,包括乳杆菌属、芽孢杆菌属和酵母菌属等[1]。
在微生态制剂应用方面,酵母菌属具有巨大的潜能。多种酵母菌种具有耐受胃肠道和抑制病原体等特性,如啤酒酵母、汉逊德巴利酵母和德尔布有孢圆酵母等。而布拉酵母菌以微生态制剂形式应用于临床研究,能发挥肠道疾病防治和免疫调节作用,具有最佳临床效果[2]。同时,其在畜牧业和水产业领域也逐渐被推广应用。
1920年,在一个霍乱暴发地区,法国微生物学家Henri Boulard发现仅有喝一种茶的人没有感染霍乱,这种茶由热带水果(荔枝和山竹果)外壳烹饪而制成。他首次成功从中分离到一种特殊的酵母菌,并将其命名为布拉酵母菌。
2003年,在Van Der Aa Kühle等[3]的研究中,布拉酵母菌在形态学和生理学上都被鉴定为啤酒 酵母菌种。布拉酵母菌26S rDNA的D1/D2区域序列,与啤酒酵母菌种中S288c和CBS1171T菌株的序列相同;所有布拉酵母菌都有相同的ITS1-5.8S rDNA-ITS2序列,与已公布的S288c(99.9%)、CBS1171T(99.3%)和其他啤酒酵母菌菌株有较大的相似性。同时,布拉酵母菌线粒体的细胞色素C氧化酶Ⅱ的基因序列与啤酒酵母菌种的S288c(99.5%)和CBS1171T(96.6%)有相似性。布拉酵母菌核酸电泳表明,其与啤酒酵母菌种中其他菌株也有很大的相似性。因此,推断布拉酵母菌应属于啤酒酵母菌种中的一员。但是,2007年,Edwards-Ingram等[4]研究表明,与啤酒酵母菌种相比,布拉酵母菌的染色体Ⅸ为三倍体,许多特异基因的拷贝数不同;2001年,Hennequin等[5]研究证实,布拉酵母菌有一个特定的微卫星等位基因。与啤酒酵母菌种中其他菌株相比,布拉酵母菌耐酸性强(pH为2)和最宜生长温度为37 ℃;可在无菌小鼠体内存留10 d(而其他啤酒酵母菌菌株<1 d)。因此,布拉酵母菌被分为啤酒酵母菌种的一个亚种。
布拉酵母菌制剂抑制肠道的发病机制,可通过以下几个方面:1)阻断病原体毒素与其受体结合;2)诱变为致病毒素的受体;3)直接破坏致病毒素。布拉酵母菌能产生一种54 ku的丝氨酸蛋白酶,可以直接消除难辨梭状芽孢杆菌(Clostridium difficile,CD)的毒素A和B[6];布拉酵母菌也能产生一种63 ku的磷酸酶,可以破坏致病性大肠杆菌的内毒素[7]。布拉酵母菌还可以产生一种120 ku的蛋白质,降解霍乱毒素[8]。
布拉酵母菌制剂可以直接或间接地干扰肠道病原体。布拉酵母菌制剂可以直接抑制病原体,如白色念珠菌、鼠伤寒沙门氏菌、小肠结肠炎耶尔森氏菌和溶血素嗜水气单胞菌等的生长。采用1×109 CFU/d布拉酵母菌制剂饲喂鼠类柠檬酸杆菌诱变的肠炎小鼠模型,持续7 d,可以显著减少隐窝增生,且细胞损伤有减少的趋势[9]。
机体内存在大量微生物菌群,保持着相对平衡稳定状态。菌群相互作用可形成防御屏障,抑制病原性微生物定植;还可以产生抑菌素和酶类物质,抑制致病微生物生长。如果菌群失衡,病原性微生物会趁机侵入,并大量繁殖而导致机体发病。此时使用微生态制剂可补充有益菌的数量,抑制致病菌群的生长繁殖,调整恢复肠道的正常菌群平衡。有关报道表明,因使用抗生素不当引起菌群失调的(各种)肠炎(antibiotic-associated diarrhea,AAD)的小鼠和人使用适量布拉酵母菌制剂后,可以快速地恢复正常菌群平衡[10],从而治愈该类肠炎。
在患病期间,机体内短链脂肪酸(short-chain fatty acid,SCFA)含量明显下降。SCFA是结肠内厌氧微生物发酵产生的重要代谢产物,作为结肠黏膜的重要营养素,对大肠的代谢和功能具有重要作用。布拉酵母菌制剂可以显著提高患病机体内SCFA含量[11],提高机体健康水平。
在临床上,布拉酵母菌制剂用于治疗多种急性疾病,包括AAD、难辨梭状芽孢杆菌感染(Clostridium difficile infection,CDI)、幽门螺杆菌病、成人和小孩痢疾、肠内营养相关性腹泻和旅行者腹泻(traveler’s diarrhea,TD)。
AAD:众所周知,因使用抗生素不当的治疗可导致机体正常菌群破坏,引发病原菌定植、刺激机体肠道,继而发生AAD。荟萃分析结果表明,布拉酵母菌制剂可以有效地防治AAD。成年人用布拉酵母菌制剂可以显著地预防AAD[16]。
CDI:难辨梭状芽孢杆菌可以引发假膜性结肠炎,且20%AAD病例与其有关。目前,治疗CDI仅有2种抗生素——万古霉素和甲硝唑,但甲硝唑已被禁用。布拉酵母菌制剂与抗生素联合使用,可以治愈难辨梭状芽孢杆菌腹泻和结肠炎。在一个多种益生菌作用效果比较的研究中,仅布拉酵母菌制剂可以治愈CDI[17]。在体外和动物模型试验中,布拉酵母菌制剂的作用与其产生的一种54 ku丝氨酸蛋白酶有关,即降解难辨梭状芽孢杆菌毒素;抑制难辨梭状芽孢杆菌附着肠细胞。布拉酵母菌制剂还可以刺激CDI小鼠的IgA分泌[6],增强机体免疫力。
幽门螺杆菌病:幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,HP)定植在胃黏膜,通常会引起一种慢性无症状疾病,最终可能发展成胃肠溃疡。HP还可以引起胃淋巴瘤和腺癌。目前,采用三联疗法[克拉霉素、阿莫西林和一种酸抑制剂(兰索拉唑或奥美拉唑)]治疗该病,但该疗法对胃有副作用。Cremonini等[18]首次研究用益生菌消除HP,将85个无症状携带者分为2组,一组用三联疗法和布拉酵母菌联合制剂治疗,为试验组,另一组只用三联疗法治疗,为对照组,发现试验组的消除率为81%,对照组为80%;试验组发生AAD为5%,对照组为30%。Szajewska等[19]评析布拉酵母菌制剂消除HP和三联疗法副作用的效果,布拉酵母菌制剂有提高HP消除率的趋势,可减少三联疗法的副作用。由此可见,布拉酵母菌制剂本身消除HP的作用较小,但能减少三联疗法的副作用。
成人和小孩的痢疾:据报道,每年有上百万人死于痢疾。众多研究表明,布拉酵母菌制剂对防治痢疾有良好的效果。Riaz等[20]研究了布拉酵母菌制剂治疗小孩痢疾的安全性和有效性,结果显示该制剂可显著缩短腹泻持续时间和大便次数。布拉酵母菌制剂联合抗生素使用,可以显著提高痢疾治愈率[21]。
肠内营养相关性腹泻:目前,肠管饲患者腹泻的发生率为50%~60%,并且可引起致命的酸中毒,增加发病率和死亡率。腹泻是一种常见的肠管饲者并发症,并可能导致重病患者的营养损失。患者体内SCFA含量降低,布拉酵母菌制剂可以显著提高SCFA含量,从而防治肠内营养相关性腹泻[11]。也有研究表明,布拉酵母菌制剂降低腹泻率不显著,但是不会引起不良反应[16]。
TD:据报道,每年全球约有上千万TD病例。TD的病因不同,通常主要包括产肠毒素和肠集聚性大肠杆菌、空肠弯曲杆菌、鼠伤寒沙门氏菌、病毒及寄生虫。目前,一般的预防措施主要是经常洗手、禁食高危险性食品和服用次水杨酸铋。根据12项有关益生菌预防TD的研究,McFarland[22]报道2种制剂,即布拉酵母菌制剂和联合制剂(嗜酸乳杆菌+双歧杆菌)均有显著的效果。现在,布拉酵母菌制剂已被广泛应用于预防TD。
在几个典型的慢性疾病中,布拉酵母菌制剂具有较好的临床效果,包括克罗恩病、肠应激性综合征(irritable bowel syndrome,IBS)、梨形鞭毛虫病和人免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)相关性腹泻。
克罗恩病:在不同的国家,克罗恩病的发生率不同,如威尔士、新西兰、加拿大、苏格兰、法国、荷兰,这些国家的发生率最高。在克罗恩病中,通常小肠和结肠是受影响最严重的,可引起腹泻、腹部疼或冷、无食欲症状。目前,克罗恩病的病因不太清楚,所以治疗仅是对症治疗。研究表明,布拉酵母菌制剂可以显著降低克罗恩病复发率[23]。布拉酵母菌制剂可通过降低结肠的渗透性,降低易位的危险性,从而促进克罗恩病患者恢复健康[24]。
IBS:IBS是一种常见疾病,典型症状是腹胀和腹痛。在正常人群中,其发生率高,医疗费用昂贵,可降低生活质量,升高抑郁症发生率。一般的治疗仅能缓解IBS症状,没有更好的疗效。目前,IBS倾向于益生菌临床治疗,Choi等[25]研究了布拉酵母菌制剂治疗IBS患者的效果,结果表明该益生菌可显著改善生活质量,但没有改善肠道症状。Maupas等[26]报道布拉酵母菌制剂可显著减少IBS患者大便次数。
梨形鞭毛虫病:梨形鞭毛虫病可引起持久腹泻症状,从轻度到严重腹泻,体重减轻,腹痛和体弱。该病多发于发展中国家,以及户外徒步旅行和野营的人群。布拉酵母菌制剂可消除梨形鞭毛虫[27],降低腹泻发生率。
HIV相关性腹泻:HIV患者对多种疾病比较敏感,也可能会发展成慢性致命性腹泻。在发达国家,HIV患者腹泻发生率为50%~60%;而发展中国家,发生率为100%。有关报道表明,布拉酵母菌制剂可显著降低HIV患者腹泻率[28]。
近年来,仔猪早期断奶是制约养猪业发展的瓶颈问题,仔猪表现食欲差、生长迟缓、腹泻等症状。将布拉酵母菌制剂以2 g/kg(2×106 CFU/g)添加于刚断奶仔猪的饲粮中,发现其显著提高了仔猪体重、日增重,且仔猪肠道黏膜层显著增厚,上皮细胞数量显著增加,黏膜层内巨噬细胞数量显著增加[29]。可见,该制剂可提高仔猪生长性能、饲料利用率,改善肠黏膜结构,增强断奶仔猪免疫力。布拉酵母菌制剂还可以增加肠内绒毛长度,降低肠内含2,6-唾液酸化黏蛋白的杯状细胞数量[30],提高营养物质利用率,促进断奶仔猪健康生长。
研究表明,将布拉酵母菌制剂应用于感染大肠杆菌的断奶仔猪,可以显著提高仔猪平均日增重,显著增加白细胞、淋巴细胞和中性粒细胞数量,显著降低循环皮质醇浓度,显著减少白细胞介素-1β(IL-1β)和白细胞介素-6(IL-6)含量,显著刺激肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)和干扰素-γ分泌,从而降低仔猪死亡率[31]。布拉酵母菌制剂还有减少大肠杆菌易位到肠系膜淋巴结的趋势,调节肠内淋巴细胞数量和IgA的分泌,对仔猪的生长性能、机体内叶酸和维生素B12也有影响[32]。
有关猪空肠的研究表明,给受茶碱刺激的猪饲喂布拉酵母菌制剂,能显著降低黏膜分泌反应[33]。该制剂也可以显著增强钠离子依赖型葡萄糖转运[34],从而提高机体健康水平,增强抵抗力。另外,布拉酵母菌制剂对肠道可能有新的效应,能显著减少猪空肠肠肌层含钙结合蛋白D-28k神经元的数量,而对肠肌层内其他神经元无影响,为肠肌层神经元的神经化学物质的变化提供参考依据,其具体作用机制有待进一步研究[35]。
布拉酵母菌制剂应用于肉雏鸡生产中,可以显著增加肉鸡体重,显著提高法氏囊和胸腺指数,显著增加肠绒毛的高度、宽度和杯状细胞数量;显著提高闭合蛋白、紧密连接蛋白2和紧密连接蛋白3的mRNA表达水平,改善肠道超微结构;显著增加空肠内分泌IgA的细胞数量;显著提高肠内细胞因子IgA、IL-6、IL-10、TNF-α和转化生长因子-β含量[36]。同时,有报道称,布拉酵母菌外层细胞壁内甘露寡糖能显著提高肉雏鸡体重,且显著降低肉雏鸡死亡率[37]。对感染鼠伤寒沙门氏菌的肉鸡,布拉酵母菌制剂可显著减少鸡体内鼠伤寒沙门氏菌数量[38]。另外,该制剂还可以显著提高感染肠炎沙门氏菌肉鸡的饲料利用率[39]。
布拉酵母菌制剂也有应用于火鸡的报道,适量布拉酵母菌制剂添加到雄性小火鸡饲粮中,可以显著降低回肠隐窝深度,显著增加小火鸡体重[40],促进营养物质的吸收,提高机体生长性能。
布拉酵母菌制剂在反刍动物上的应用较少,其以口服膏剂形式[0.5 g/(头·d)]添加到肉牛饲粮中,对肉牛生长性能有提高趋势,与氟苯尼考协同使用可显著降低小母牛呼吸系统疾病发生率[41],从而促进肉牛健康生长,提高养牛业经济效益。
目前,市场提供的微生态制剂种类繁多,质量控制存在差异。因此,选择合适的制剂,必须要确保其稳定性和安全性,制剂类型与疾病相匹配,以发挥制剂的有效作用。布拉酵母菌制剂以其最佳的制粒工艺,保证其稳定性;还具有特定的安全性。
稳定性:目前,大多数微生态制剂以冻干制剂、加热干燥制剂或在奶制品或饮料食品中等以液态形式存在,以保证其作用效果。布拉酵母菌制剂通常是冻干或加热干燥胶囊制剂,冻干胶囊制剂可以存放至室温,避免潮湿,方便携带,长时间可保持高活性;加热干燥胶囊制剂必须冷藏。有关研究表明,一种冻干布拉酵母菌制剂,与其他3种高热灭活布拉酵母菌制剂相比,有更高的细胞活性,且可以更快地复活[44]。
安全性:微生态制剂的治疗应用也存在着潜在的危险性,如耐药性基因转移、益生菌易位(从肠道到机体其他部位)和残留于肠道内。对于上述3种观点,布拉酵母菌制剂仅有最小影响。目前,布拉酵母菌还没形成任何耐药性基因[45];大量动物模型试验研究表明,布拉酵母菌制剂的治疗可以减少益生菌易位;药代动力学研究显示,停止口服布拉酵母菌制剂后,体内布拉酵母菌的存留不超过5 d[46]。
质量控制不规范:据调查显示,许多制剂产品被发现质量不合格。由于没有特定的质量控制规范制度,高质量制剂的选择很难。因此,需要完善药物质量检查制度,建立一个标准规范的质量控制程序,以确保制剂质量。
制剂联合使用效果不佳:制剂联合使用时,可能由于菌株间作用机制的冲突,会产生拮抗作用。因此,需要充分地了解各菌株作用机制及多菌株联合作用机制,从而发挥制剂联合使用的最佳效果。
安全隐患:布拉酵母菌制剂引发的真菌败血症比较罕见,但它可能会侵入严重不适或在重症监护病房住院患者及有中央导管患者的体内,产生不明原因的发热。因此,禁止给免疫缺陷或有中央导管患者喂服布拉酵母菌制剂。
目前,布拉酵母菌制剂在人类临床的应用相对较多,在畜牧业、水产业的应用较少,并且其还处于初步研究及应用阶段。鉴于布拉酵母菌制剂具有独特的生物学特性和作用机制,以及无耐药性、无毒副作用、无残留等特性,应加大其推广应用,并开发其潜在的应用价值。
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