【專家專訪】科學的益生菌 — 精準預防頑疾 有效改善腸道健康
近年來開始出現維持腸道健康就能有效預防疾病的研究與理論,而維持腸道健康到底有多重要呢?我們很榮幸邀請極諾生技黃峯榮總經理擔任本月基金會專家,一起討論如何用科學「精準」預防疾病、管理腸胃道健康。科學研究發現,人的腸與腦看似無關的兩器官,事實上,兩者是源於神經脊之同一組織。目前諸多研究均發現腸道與大腦間有一道直達之雙向通道,稱之為腸—腦軸。後來科學家又發現,腸道中之共生菌群也對這個腸--腦軸有貢獻,三者互為影響,稱之為共生菌—腸—腦軸。
現在科學家比較一致的看法是,認為腸道菌群可以透過中樞神經系統、自律神經系統及免疫系統,影響人類的焦慮狀況,有一些病原菌(如腸彎曲桿菌),甚至會激發焦慮或憂鬱,而有些益生菌(如乾酪乳桿菌),則會改善焦慮或憂鬱症狀。
成人腸道中大致分為三大類腸道群,其中包含益菌、有害菌、伺機菌,總數超過500種細菌,包含18種主要菌種。微生物菌叢(腸道菌群)能減少病原菌孳生,並調節腸道免疫反應、維持腸道平衛。腸道菌群可影響體內的正常平銜,但病原菌則可能增加罹病的風險,在胃腸道(gastrointestinal, Gn)、中樞神經、自主神經系統(aulonomic nervous system, ANS)及免疫系統交互作用,影響健康。
《別瞎忙了!健康的關鍵就在腸道菌》圖
健康的腸道不同菌群是按著一定比例存在,維持菌群的動態平衡,腸道內的有益菌菌株需占大多數的優勢,才能使有害菌處於被壓制的狀況。為了改善腸道菌叢,使人體保持健康平衡,目前的科技已經可以做到從糞便中取一小部分檢體,透過NGS次世代定序平台進行腸道菌相檢測,確認體內缺乏的有益菌種。
NGS次世代定序平台是利用16S擴增子定序,普遍用以針對細菌16S rRNA基因中v3-v4區域(~460bp),透過聚合酶鍊鎖反應(PCR)做專一性的PCR,並透過次世代定序平台(MiSeq/HiSeq)做定序。相較於傳統的微生物鑑別方式,次世代定序平台能同時檢測大量的樣品,並且經由AI大數據統計,快速且精準地提供微生物的菌種、鑑定與菌種豐富度等資訊,建立台灣健康人腸道菌相資料庫。目前,透過台灣健康人腸道菌相資料庫,已能夠分析成人的腸道菌相與17種疾病的相關風險。根據統計,台灣國人的腸道菌普遍缺少8株有益菌,以即時聚合酶連鎖反應(rcal-time PCR)檢測,在100份糞便檢體中,顯示有8成至9成9的人缺少凱氏乳酸桿菌(L. casei)、鼠李糖乳酸桿菌(L. rhamnosus) 、雷特氏B菌 (B. lactis)和羅伊氏乳桿菌 (L. reuteri)四株益菌。此四株菌在腸道對於免疫力、腸道健康極為重要,若缺少則會影響健康問題。
NGS次世代定序平台是利用16S擴增子定序,普遍用以針對細菌16S rRNA基因中v3-v4區域(~460bp),透過聚合酶鍊鎖反應(PCR)做專一性的PCR,並透過次世代定序平台(MiSeq/HiSeq)做定序。相較於傳統的微生物鑑別方式,次世代定序平台能同時檢測大量的樣品,並且經由AI大數據統計,快速且精準地提供微生物的菌種、鑑定與菌種豐富度等資訊,建立台灣健康人腸道菌相資料庫。目前,透過台灣健康人腸道菌相資料庫,已能夠分析成人的腸道菌相與17種疾病的相關風險。根據統計,台灣國人的腸道菌普遍缺少8株有益菌,以即時聚合酶連鎖反應(rcal-time PCR)檢測,在100份糞便檢體中,顯示有8成至9成9的人缺少凱氏乳酸桿菌(L. casei)、鼠李糖乳酸桿菌(L. rhamnosus) 、雷特氏B菌 (B. lactis)和羅伊氏乳桿菌 (L. reuteri)四株益菌。此四株菌在腸道對於免疫力、腸道健康極為重要,若缺少則會影響健康問題。
「精準」吃益生菌的好處
2001年聯合國糧農組織及世界衛生組織特別將「益生菌」定義為:『所謂「益生菌」是指在一定適量菌株之下,能夠對人體產生有益健康效應的「活生生的微生物」而謂之』。換言之,益生菌不僅是一種活生生的微生物,但必需要在擁有一定足夠適量的菌數之下,才會對人體腸道健康產生健康效應的。研究上,每天服用益生菌的有效菌數在百億之上,對於腹瀉、乳糖不耐症或大腸癌等生理指標,具有生理效應。
目前已有許多研究是針對疾病使用某益生菌種「對症下藥」的報告,例如2006年曾為解決腸燥問題,對C-23加氏乳酸桿菌,全名為Lactobacillus gasseri CP2305做臨床研究測試。一開始從健康受試者糞便分離出來,該菌種能成功的駐紮在人體消化道,研究發現,連續服用三次各一千億菌株數的CP2305,將近有40%受試者腸道有該菌成功定殖。最近來有究顯示CP2305具有緩解壓力及改善腸躁症的症狀,而事實上腸躁症的病因與精神壓力息息相關。
如同其它益生菌,CP2305也能藉由改善腸道菌叢,來調整腸道健康。2016年隨機雙盲安慰劑對照組研究發現,每天飲用含100億經過加熱處理去活性Lactobacillus gasseri CP2305的乳酪飲料,持續3周,能明顯改善排便的次數及惡臭味。糞便中菌叢分析發現,服用Lactobacillus gasseri CP2305配方受試者,腸道中雙歧桿菌(益菌)數量明顯增加,而難治梭狀芽胞桿菌(壞菌)明顯減少,顯示其對腸道菌叢的調整作用。
目前已有許多研究是針對疾病使用某益生菌種「對症下藥」的報告,例如2006年曾為解決腸燥問題,對C-23加氏乳酸桿菌,全名為Lactobacillus gasseri CP2305做臨床研究測試。一開始從健康受試者糞便分離出來,該菌種能成功的駐紮在人體消化道,研究發現,連續服用三次各一千億菌株數的CP2305,將近有40%受試者腸道有該菌成功定殖。最近來有究顯示CP2305具有緩解壓力及改善腸躁症的症狀,而事實上腸躁症的病因與精神壓力息息相關。
如同其它益生菌,CP2305也能藉由改善腸道菌叢,來調整腸道健康。2016年隨機雙盲安慰劑對照組研究發現,每天飲用含100億經過加熱處理去活性Lactobacillus gasseri CP2305的乳酪飲料,持續3周,能明顯改善排便的次數及惡臭味。糞便中菌叢分析發現,服用Lactobacillus gasseri CP2305配方受試者,腸道中雙歧桿菌(益菌)數量明顯增加,而難治梭狀芽胞桿菌(壞菌)明顯減少,顯示其對腸道菌叢的調整作用。
實驗設計為每位參與者每天飲用一包(200 mL)有CP2305的飲料或相同量的安慰劑,持續3週後,收集糞便樣品,並對樣品進行末端限制性片段長度多態性(T-RFLP)分析腸道菌群組成的變化。
在眾多益生菌種中,依據國内外報告,最廣而人知的益生菌則是乳酸菌。以下將細緻描述乳酸菌對人類健康的好處:
(a)緩和乳糖不耐症
乳酸菌可產生乳糖分解酵素或對乳品中乳糖的預先發酵代謝、抑或乳品內菌體產生的乳糖分解酵素,可維持活性到達腸內作用,故可改善患有先天性腸黏膜乳糖分解酵素缺乏症或因腸胃炎等腸疾導致的乳糖分解酵素活性不足者對乳品的食用性。
(b)抑制致病菌
研究顯示:雙岐桿菌及乳酸菌具抑制沙門氏菌、曲狀桿菌、大腸桿菌及痢疾桿菌等腸內致病菌的活性,以維持正常腸内菌相平衡。亦有類似報告指出乳酸菌可防禦致病菌在泌尿系統的定殖。
(c)改善營養價值及食物之消化性
乳酸菌的營養效能在於作為菌原,參與發酵後的大分子,將大分子初步消化成小分子,故會降低產品的乳糖含量、提高游離胺基酸量及產生葉酸及維生素K等,以供人體利用。
(d)降膽固醇
臨床試驗發現乳酸菌確有降低膽固醇的實效,科學家Obradovic等人於1996年對17位不需胰島素治療之糖尿病患者,以每天服用乳酸菌飲料三次、每次服用200ml共12週測試,結果發現血清膽固醇下降1.5mmol/L或20%。
(e)抗癌性
乳酸菌之抗癌活性調節機制,可能是人糞便中某些菌體產生的酵素會使大腸內的致癌原轉成致癌物,因而提高腸癌的發生率。若此時食用乳酸菌或腸内有乳酸菌的存在則可減低這些有害酵素的活性。研究顯示乳酸菌可藉由其細胞壁上的性狀多醣或多醣成份強烈吸附腸內有害致突變代謝物,使其突變力因而失去活性。
(f)強化免疫系統
近幾年來,很多生體內或生體外試驗指出,乳酸菌會經由活化巨噬細胞及淋巴細胞而強化免疫球蛋白A的濃度,並產生y-干擾素以刺激免疫系統抑制腫瘤形成。
根據上述功效,可以發現乳酸菌有多種好處,它的主要功能是分解乳糖及蛋白質,幫助消化吸收。其次,在我們的腸胃道中,原本也有許多細菌,有些有益、有些有害乳酸菌則能够使其中的有益菌增加,並且抑制有害菌的生長,以减少毒素產生,進而强化腸胃道機能、預防慢性疾病。此外,乳酸菌還具有促進腸胃蠕動的功能,因此有利於改善中、老年人習慣性便秘的現象。
而為達「精準」預防,目前科技已可透過即時聚合酶連鎖反應(real-time PCR)檢測個人糞便中包含凱氏乳酸桿菌(L. casei)、鼠李糖乳酸桿菌(L. rhamnosus)、雷特氏B菌 (B. lactis)和羅伊氏乳桿菌 (L. reuteri)等重點8株有益菌的含量多寡,再進行個人化配對益生菌。人體的腸道菌種類多達50種、數量多達十兆以上,從500種菌種中篩選出最適合個人的兩株菌,製作成專屬自己食用的益生菌,可以達到腸道保健的事半功倍的效率。
乳酸菌可產生乳糖分解酵素或對乳品中乳糖的預先發酵代謝、抑或乳品內菌體產生的乳糖分解酵素,可維持活性到達腸內作用,故可改善患有先天性腸黏膜乳糖分解酵素缺乏症或因腸胃炎等腸疾導致的乳糖分解酵素活性不足者對乳品的食用性。
(b)抑制致病菌
研究顯示:雙岐桿菌及乳酸菌具抑制沙門氏菌、曲狀桿菌、大腸桿菌及痢疾桿菌等腸內致病菌的活性,以維持正常腸内菌相平衡。亦有類似報告指出乳酸菌可防禦致病菌在泌尿系統的定殖。
(c)改善營養價值及食物之消化性
乳酸菌的營養效能在於作為菌原,參與發酵後的大分子,將大分子初步消化成小分子,故會降低產品的乳糖含量、提高游離胺基酸量及產生葉酸及維生素K等,以供人體利用。
(d)降膽固醇
臨床試驗發現乳酸菌確有降低膽固醇的實效,科學家Obradovic等人於1996年對17位不需胰島素治療之糖尿病患者,以每天服用乳酸菌飲料三次、每次服用200ml共12週測試,結果發現血清膽固醇下降1.5mmol/L或20%。
(e)抗癌性
乳酸菌之抗癌活性調節機制,可能是人糞便中某些菌體產生的酵素會使大腸內的致癌原轉成致癌物,因而提高腸癌的發生率。若此時食用乳酸菌或腸内有乳酸菌的存在則可減低這些有害酵素的活性。研究顯示乳酸菌可藉由其細胞壁上的性狀多醣或多醣成份強烈吸附腸內有害致突變代謝物,使其突變力因而失去活性。
(f)強化免疫系統
近幾年來,很多生體內或生體外試驗指出,乳酸菌會經由活化巨噬細胞及淋巴細胞而強化免疫球蛋白A的濃度,並產生y-干擾素以刺激免疫系統抑制腫瘤形成。
根據上述功效,可以發現乳酸菌有多種好處,它的主要功能是分解乳糖及蛋白質,幫助消化吸收。其次,在我們的腸胃道中,原本也有許多細菌,有些有益、有些有害乳酸菌則能够使其中的有益菌增加,並且抑制有害菌的生長,以减少毒素產生,進而强化腸胃道機能、預防慢性疾病。此外,乳酸菌還具有促進腸胃蠕動的功能,因此有利於改善中、老年人習慣性便秘的現象。
而為達「精準」預防,目前科技已可透過即時聚合酶連鎖反應(real-time PCR)檢測個人糞便中包含凱氏乳酸桿菌(L. casei)、鼠李糖乳酸桿菌(L. rhamnosus)、雷特氏B菌 (B. lactis)和羅伊氏乳桿菌 (L. reuteri)等重點8株有益菌的含量多寡,再進行個人化配對益生菌。人體的腸道菌種類多達50種、數量多達十兆以上,從500種菌種中篩選出最適合個人的兩株菌,製作成專屬自己食用的益生菌,可以達到腸道保健的事半功倍的效率。
便秘的人吃益生菌真的有效嗎?
綜觀台灣多數中老年齡層,皆有便秘困擾,而便秘的原因大致分成三種:心理因素、腸道蠕動不足、以及大腦—腸道軸的功能失調。心理因素例如焦慮、憂鬱與壓力,可能造成血清素(sroonim)濃度變化,使得調節腸道分泌、活動與感覺的功能失衡,改變腸道預警與活動情形,加重便秘症狀。而腦腸軸的功能失調則會使中樞神經系統與腸道神經叢間的連結失衡,造成腸道傳入信號的感知增強與調節失常,引起腹瀉、便祕與腹痛。加上年齡漸增,腸道蠕動相對變慢、導致菌數變少,且若還有慢性疾病,都會增加便秘的可能性。
益生菌的可能作用機轉包括抑制病原菌的生長與腸道黏膜鍵結、維持上皮細胞的屏蔽功能(barrier function)、調節宿主的免疫反應、調整陽道神經系統及降低疼痛感覺。且益生菌可維持腸道的酸性環境並產生抗菌物質如細菌素(bacteriocin)與防禦素 (defensin),滅少病原菌滋生,調節微生物菌叢組成。
益生菌的可能作用機轉包括抑制病原菌的生長與腸道黏膜鍵結、維持上皮細胞的屏蔽功能(barrier function)、調節宿主的免疫反應、調整陽道神經系統及降低疼痛感覺。且益生菌可維持腸道的酸性環境並產生抗菌物質如細菌素(bacteriocin)與防禦素 (defensin),滅少病原菌滋生,調節微生物菌叢組成。
理論上常見的益生菌種皆有腸道保健功效,然而是否被實驗或臨床實驗證實可以改善便秘,則需去了解此菌種的菌株編號。目前有許多實驗證實對於便祕有改善功效的菌株有:雙歧桿菌(Bifidobacterium)、乳酸乳球菌(Lactis)、乳雙歧桿菌(HNO19)、乳桿菌(Lactobacillus)、嗜酸乳桿菌(acidophilus NCFM)、凝結芽孢桿菌(Bacillus coagulans GBI-30)。
但若一昧地以為只要吃益生菌就能夠改善便秘問題,而忽略最基本的腸道健康環境,吃再多的益生菌、效果也會大幅降低。若本身腸道環境較差,有嚴重的腸漏症或是腸黏膜屏障受損,服用過多的益生菌反而會導致一些發炎反應。打造好的腸道環境才能吸收益菌,方法則可以從日常高纖飲食做起,維持好的飲食習慣、同時食用「精準」的益生菌,才能達到預防疾病之最佳功效。
但若一昧地以為只要吃益生菌就能夠改善便秘問題,而忽略最基本的腸道健康環境,吃再多的益生菌、效果也會大幅降低。若本身腸道環境較差,有嚴重的腸漏症或是腸黏膜屏障受損,服用過多的益生菌反而會導致一些發炎反應。打造好的腸道環境才能吸收益菌,方法則可以從日常高纖飲食做起,維持好的飲食習慣、同時食用「精準」的益生菌,才能達到預防疾病之最佳功效。
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參考文獻
- Effect of continuous ingestion of a beverage prepared with Lactobacillus gasseri CP2305 inactivated by heat treatment on the regulation of intestinal function Food Research International, 79 (2016), pp. 33-39
- Daily intake ofLactobacillusgasseriCP2305 decreases mental, physical, and sleep disturbances among Japanese medical students enrolled ina cadaver dissection course.J Funct Foods 31, 188–197.
- The effects of administration of the Lactobacillus gasseri strain CP2305 on quality of life, clinical symptoms and changes in gene expression in patients with irritable bowel syndrome. J Appl Microbiol. 2017 Jan;122(1):212-224.
- Regulatory effect of paraprobiotic Lactobacillus gasseri CP2305 on gut environment and function. Microb Ecol Health Dis. 2016 Mar 14;27:30259.
- 謝昌成、蕭雅尤,〈益生菌在腸躁症上的應用〉,《家庭醫學與基層醫療》第28卷第二期2013年,頁43-47。