遠洋航行的人員由於長期遠離陸地生活,會出現食物供給尤其是新鮮蔬菜水果斷缺的現象。同時海上作業具有高強度、不可預測性以及不規律的飲食作息時間,長期以來會造成航海人員腸道、心理等方面處於亞健康狀態,從而引發一系列的疾病。為了解決遠洋航行人員的腸道健康問題,我們設計並進行了益生菌Probio-X?的臨床試驗,以探究益生菌Probio-X?對遠航人員生理、心理以及腸道菌群的調節。
試驗方法
本試驗共選取100名位於中國青島的遠航人員參加,其中符合試驗標準的82名合格受試者分為兩組,並進行為期30天的臨床試驗。
試驗細節
1、試驗對象
益生菌組(40人)每日服用益生菌Probio-X?製品2g(含1×1011 CFU);而安慰劑組(42人)每日服用相同劑量安慰劑2g(圖1)。
2、分析檢測
分別於遠航前和航行30天後採集受試者糞便樣本,進行Shotgun-Metagenome測序。
注:
每袋益生菌Probio-X?製品含乾酪乳桿菌Zhang (5.01×109 CFU),植物乳桿菌P-8 (5.01×109 CFU),乳雙歧桿菌V9 (7.59×109 CFU),鼠李糖乳桿菌M9 (5.01×109 CFU)和乳雙歧桿菌M8 (7.59×109 CFU)。
同時每位合格受試者在海上航行結束時都獲得了一份包含生理及心理壓力的個人健康相關問卷,每個項目最高為10分,得分較低則表明不適合遠洋航行。航海過程中每日的飲食為自助餐,一周內每餐的菜譜皆不同,葷素搭配且每餐保證有幾種水果供應,這滿足了試驗人員營養攝入的一致性。
試驗結果
01、生理及心理健康問卷指標的比較分析
針對遠航船員遇到的生理以及心理健康上的問題,進行了益生菌幹預試驗以評估益生菌對改善海員健康的影響。這個調查問卷主要包括排便評分(糞便硬度、糞便體積、便秘及腹瀉、血便和排便頻率等)、疼痛評分(胃痛、頭痛、胸痛、背痛和肌肉萎縮等)和旅行壓力焦慮評分(心慌、頭暈、健忘、煩躁、低活動、不信任、食慾差、自責、孤獨、心悸和失眠等)。
結果表明經過益生菌幹預試驗,在排便評分和疼痛評分方面,安慰劑組評分的減少多於益生菌組;同時在壓力焦慮評分方面,安慰劑組和益生菌組的評分減少存在顯著差異(P<0.01;圖2)。這表明益生菌可有效預防船員精神焦慮。
圖2:生理及心理健康問卷評分統計;A為排便評分,B為疼痛評分,C為壓力焦慮評分
02、遠洋航行船員腸道菌群的影響
對合格受試者的糞便樣本進行基因組測序,主坐標分析(PCoA)是基於物種水平上的亞基因組測序的Aitchison和Bray-Curtis距離形成的(圖3A,B),發現安慰劑組在試驗前後腸道菌群存在差異。經過量化分析,計算了P值,發現遠洋航行對海員腸道菌群的影響是顯著的。基於Aitchison和Bray-Curtis距離分析,發現安慰劑組的距離明顯大於益生菌組;同時安慰劑組在試驗前後腸道微生物α多樣性大幅下降(圖3C,D)。
這表明遠洋航行會對船員腸道菌群結構造成顯著影響,而益生菌幹預可以維持腸道菌群穩態;同時有效調節並維持腸道微生物α多樣性。
圖3:腸道菌群主坐標分析;Aitchison、Bray-Curtis距離以及多樣性分析詳情
在腸道微生物物種差異方面,安慰劑組試驗前後在菌屬水平,以梭桿菌屬(Feacalibacterium)和雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)為代表的有益菌群豐度降低;在菌種水平,以Gemella haemolysans,Gemella sanguinis和Enterobacter cloacae為代表的與皮膚化膿,下呼吸道感染,菌血症以及尿路感染相關的有害菌群豐度顯著上升(圖4)。
益生菌組試驗前後,在菌屬水平,以梭桿菌屬(Feacalibacterium)和雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)為代表的有益菌屬豐度顯著上升;在菌種水平,以Bifidobacterium bifidum,Bifidobacterium longum和Lactobacillus plantarum為代表的典型有益菌含量顯著上升;同時,Prevotella copri,Eubacterium eligens,Clostridium leptum和Klebsiella pneumoniae等致病菌含量顯著降低(圖4)。
這表明益生菌可以有效增加遠航人員腸道菌群有益菌豐度,降低致病菌豐度,減少患病概率,維護遠航人員腸道健康。
對腸道微生物功能基因以及微生物代謝途徑進行分析,觀察到安慰劑組微生物CAZy基因α多樣性下降,同時糖苷水解酶(GH)、糖基反式纖維素酶(GT)和多糖裂合酶(PL)的相對豐度下降(圖5)。碳水化合物代謝相關功能基因多樣性的下降會導致複雜多糖等營養物質的代謝降解產生幹擾,同時甲苯降解能力下降,泛醇和糖原合成能力下降,這些將不利於腸道微生物平衡。這表明遠洋航行不僅擾亂了船員腸道菌群的平衡,而且降低了腸道功能特徵的多樣性。
益生菌組未發現有關碳水化合物代謝的基因豐度下降的情況。這可能與益生菌的「補位」作用相關,即5種益生菌自身基因組編碼了豐富的碳水化合物代謝基因。
益生菌Probio-X?製劑所含的五種益生菌也表現出優異的定植能力(圖6A),同時對五種益生菌和腸道微生物群進行了Spearman相關性進行關聯分析,發現五種益生菌與雙歧桿菌、擬桿菌、發酵乳桿菌、植物乳桿菌和丁酸梭菌等有益菌呈正相關;與肺炎克雷伯菌、唾液鏈球菌等致病菌呈負相關(圖6B)。我們還發現肺炎克雷伯菌、唾液鏈球菌等致病菌與焦慮指數呈顯著正相關(R>0.4);而雙歧桿菌、擬桿菌等有益菌與焦慮指數呈顯著負相關(R>0.4)。
圖6:A為五種益生菌定植能力分析,B為五種益生菌與腸道菌群相關性分析
試驗結論
益生菌Probio-X?可以顯著緩解遠洋航海人員焦慮及壓力,維持船員腸道菌群結構穩定,並維持腸道微生物α多樣性平衡。有效增加遠航人員腸道菌群有益菌豐度,降低致病菌豐度,減少患病概率,維護遠航人員腸道健康。
益生菌Probio-X?所含的五種益生菌具有優異的定植能力,對相關碳水化合物代謝途徑功能基因豐度的穩定起到作用;同時發現五種益生菌與腸道微生物豐度的變化和焦慮的緩解具有相關性。
文章已發表於:
Gut Microbes (2020), DOI: 10.1080/19490976.2020.1722054
（文章為作者獨立觀點，不代表艾瑞網立場）