科拓恒通：益生菌Probio

远洋航行的人员由于长期远离陆地生活,会出现食物供给尤其是新鲜蔬菜水果断缺的现象。同时海上作业具有高强度、不可预测性以及不规律的饮食作息时间,长期以来会造成航海人员肠道、心理等方面处于亚健康状态,从而引发一系列的疾病。为了解决远洋航行人员的肠道健康问题,我们设计并进行了益生菌Probio-X 的临床试验,以探究益生菌Probio-X 对远航人员生理、心理以及肠道菌群的调节。

试验方法

本试验共选取100名位于中国青岛的远航人员参加,其中符合试验标准的82名合格受试者分为两组,并进行为期30天的临床试验。

试验细节

1、试验对象

益生菌组(40人)每日服用益生菌Probio-X 制品2g(含1 1011 CFU);而安慰剂组(42人)每日服用相同剂量安慰剂2g(图1)。

2、分析检测

分别于远航前和航行30天后采集受试者粪便样本,进行Shotgun-Metagenome测序。

注:

每袋益生菌Probio-X 制品含干酪乳杆菌Zhang (5.01 109 CFU),植物乳杆菌P-8 (5.01 109 CFU),乳双歧杆菌V9 (7.59 109 CFU),鼠李糖乳杆菌M9 (5.01 109 CFU)和乳双歧杆菌M8 (7.59 109 CFU)。

同时每位合格受试者在海上航行结束时都获得了一份包含生理及心理压力的个人健康相关问卷,每个项目最高为10分,得分较低则表明不适合远洋航行。航海过程中每日的饮食为自助餐,一周内每餐的菜谱皆不同,荤素搭配且每餐保证有几种水果供应,这满足了试验人员营养摄入的一致性。

图1:试验设计详情

试验结果

01、生理及心理健康问卷指标的比较分析

针对远航船员遇到的生理以及心理健康上的问题,进行了益生菌干预试验以评估益生菌对改善海员健康的影响。这个调查问卷主要包括排便评分(粪便硬度、粪便体积、便秘及腹泻、血便和排便频率等)、疼痛评分(胃痛、头痛、胸痛、背痛和肌肉萎缩等)和旅行压力焦虑评分(心慌、头晕、健忘、烦躁、低活动、不信任、食欲差、自责、孤独、心悸和失眠等)。

结果表明经过益生菌干预试验,在排便评分和疼痛评分方面,安慰剂组评分的减少多于益生菌组;同时在压力焦虑评分方面,安慰剂组和益生菌组的评分减少存在显著差异(P 0.01;图2)。这表明益生菌可有效预防船员精神焦虑。

图2:生理及心理健康问卷评分统计;A为排便评分,B为疼痛评分,C为压力焦虑评分

02、远洋航行船员肠道菌群的影响

对合格受试者的粪便样本进行基因组测序,主坐标分析(PCoA)是基于物种水平上的亚基因组测序的Aitchison和Bray-Curtis距离形成的(图3A,B),发现安慰剂组在试验前后肠道菌群存在差异。经过量化分析,计算了P值,发现远洋航行对海员肠道菌群的影响是显著的。基于Aitchison和Bray-Curtis距离分析,发现安慰剂组的距离明显大于益生菌组;同时安慰剂组在试验前后肠道微生物 多样性大幅下降(图3C,D)。

这表明远洋航行会对船员肠道菌群结构造成显著影响,而益生菌干预可以维持肠道菌群稳态;同时有效调节并维持肠道微生物 多样性。

图3:肠道菌群主坐标分析;Aitchison、Bray-Curtis距离以及多样性分析详情

在肠道微生物物种差异方面,安慰剂组试验前后在菌属水平,以梭杆菌属(Feacalibacterium)和双歧杆菌属(Bifidobacterium)为代表的有益菌群丰度降低;在菌种水平,以Gemella haemolysans,Gemella sanguinis和Enterobacter cloacae为代表的与皮肤化脓,下呼吸道感染,菌血症以及尿路感染相关的有害菌群丰度显著上升(图4)。

益生菌组试验前后,在菌属水平,以梭杆菌属(Feacalibacterium)和双歧杆菌属(Bifidobacterium)为代表的有益菌属丰度显著上升;在菌种水平,以Bifidobacterium bifidum,Bifidobacterium longum和Lactobacillus plantarum为代表的典型有益菌含量显著上升;同时,Prevotella copri,Eubacterium eligens,Clostridium leptum和Klebsiella pneumoniae等致病菌含量显著降低(图4)。

这表明益生菌可以有效增加远航人员肠道菌群有益菌丰度,降低致病菌丰度,减少患病概率,维护远航人员肠道健康。

图4:安慰剂组和益生菌组试验前后物种丰度详情

对肠道微生物功能基因以及微生物代谢途径进行分析,观察到安慰剂组微生物CAZy基因 多样性下降,同时糖苷水解酶(GH)、糖基反式纤维素酶(GT)和多糖裂合酶(PL)的相对丰度下降(图5)。碳水化合物代谢相关功能基因多样性的下降会导致复杂多糖等营养物质的代谢降解产生干扰,同时甲苯降解能力下降,泛醇和糖原合成能力下降,这些将不利于肠道微生物平衡。这表明远洋航行不仅扰乱了船员肠道菌群的平衡,而且降低了肠道功能特征的多样性。

益生菌组未发现有关碳水化合物代谢的基因丰度下降的情况。这可能与益生菌的 补位 作用相关,即5种益生菌自身基因组编码了丰富的碳水化合物代谢基因。

图5:功能基因及代谢途径丰度详情

益生菌Probio-X 制剂所含的五种益生菌也表现出优异的定植能力(图6A),同时对五种益生菌和肠道微生物群进行了Spearman相关性进行关联分析,发现五种益生菌与双歧杆菌、拟杆菌、发酵乳杆菌、植物乳杆菌和丁酸梭菌等有益菌呈正相关;与肺炎克雷伯菌、唾液链球菌等致病菌呈负相关(图6B)。我们还发现肺炎克雷伯菌、唾液链球菌等致病菌与焦虑指数呈显著正相关(R 0.4);而双歧杆菌、拟杆菌等有益菌与焦虑指数呈显著负相关(R 0.4)。

图6:A为五种益生菌定植能力分析,B为五种益生菌与肠道菌群相关性分析

试验结论

益生菌Probio-X 可以显著缓解远洋航海人员焦虑及压力,维持船员肠道菌群结构稳定,并维持肠道微生物 多样性平衡。有效增加远航人员肠道菌群有益菌丰度,降低致病菌丰度,减少患病概率,维护远航人员肠道健康。

益生菌Probio-X 所含的五种益生菌具有优异的定植能力,对相关碳水化合物代谢途径功能基因丰度的稳定起到作用;同时发现五种益生菌与肠道微生物丰度的变化和焦虑的缓解具有相关性。

文章已发表于:

Gut Microbes (2020), DOI: 10.1080/19490976.2020.1722054

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