大家好，我是來自江南大學食品學院的孫嘉。很高興有這個機會，跟大家聊一聊我們的科研興趣，也是在腸道健康領域非常受關注的益生元。
食物的重要性是毋庸置疑的，甚至我們說“人如其食”，食物塑造了我們的健康。
隨著科學研究和技術手段的不斷進步，科學家發現了并且驚訝于，我們的腸道當中擁有數以萬億計的微生物，它們的數量遠遠超過我們人體自身細胞的總和。這樣龐大的微生態的存在，對我們健康的影響也是不言而喻的。
我們說腸道菌決定了我們的健康，那么，又是什么決定了腸道菌的健康呢？在回答這個問題之前，讓我們再來了解一下腸道菌群。
每個人體內腸道菌群的構成都是不同的，好像我們的指紋和DNA一樣，是獨一無二的。但是和我們指紋不一樣的是，腸道菌群又是動態的、可塑的。
人體當中的腸道菌，已知的有1000多種，根據和宿主人類的關系，可以分為有益菌、有害菌，還有中性菌。有益菌是宿主的朋友，例如常見的乳酸桿菌、雙歧桿菌，還有部分的產丁酸菌。
那么有害菌呢，則是有潛在的致病活性或者腐敗活性的菌，例如艱難梭菌，它是我們人類偽膜性結腸炎的罪魁禍首。中性菌是在正常情況下和人體和平共處的菌。
這三種菌在腸道當中構成一個微妙的平衡。當這種平衡被打破的時候，就與某些疾病的發生密切相關了。
例如，Ⅱ型糖尿病。早在2012年，中國學者就已經在Nature（《自然》雜志）上發文，報道了345位正常和Ⅱ型糖尿病病人的腸道菌群的分析結果，發現6萬個和Ⅱ型糖尿病相關的指標物，還發現Ⅱ型糖尿病的發生顯著改變了腸道菌群的結構。
我們課題組發現，高脂的膳食可以在小鼠體內導致腸道菌群結構的顯著改變，尤其伴隨著一些有益菌的降低，主要包括一種叫酪酸梭菌的產丁酸。
我們給小鼠額外補充酪酸梭菌，可以部分的回塑腸道菌群的平衡，伴隨著高血糖的降低。這說明，腸道菌群的平衡與機體健康的密切相關性。
腸道菌群的平衡常常需要我們幫助有益菌生長。如何實現一個健康平衡的腸道菌群呢？方法可以有兩種。一種就是支持有益菌的生長，或者提高它們的代謝活性。
另外一種呢，當我們腸道當中缺少某種有益菌的時候，也可以通過口服的方式，來直接的吃這些有益菌。
回到我們開篇的問題，這些有益菌喜歡吃什么，或者又是什么決定了腸道菌群的平衡健康呢？
以前我們不知道，直到1995年，英國食物微生物學家Glenn R Gibson（格蘭·吉布森）教授和他的合作伙伴共同定義了益生元，即一種不易被消化的食物組分，可以選擇性的刺激結腸中一種或者少數幾種細菌，來改善宿主的健康。
Gibson教授的博士課題是關于海洋和江河的沉積物的，但是他很快發現，這些沉積物和人體的腸道有一個共同點，就是它們都含有一種能夠產生有臭雞蛋氣味的硫化氫氣體的細菌。
繼而，他把研究興趣轉向了這種產硫化氫的菌與人體疾病的關系，尤其是結腸癌等等。
在研究過程中，他發現我們腸道中其實更多的是中性菌，甚至是有益菌，于是他又把研究興趣轉向了如何通過膳食等方式來調節腸道菌群的平衡健康。
一個重大的契機來自于有一天他接到的一個電話，是比利時一家多糖公司給他打來的，提供給他一些菊粉以及一筆錢，資助他的博士生從事相關的研究。
并且，通過同一家公司，他也認識了他的合作伙伴Marcel Roberfroid（瑪塞爾·羅伯弗勞德）教授。最后二位教授在倫敦共同發表了這篇有開創性的文章，提出了益生元的定義。
益生元在此后的20多年，受到了行業界以及學術界的廣泛關注。隨著微生物組學技術的進步，我們對微生物群的了解也不斷的系統化和深入化，益生元的概念也經過幾版的修改和重新定義。
2017年國際益生菌和益生元科學會給出了最新的益生元的定義，內容是“宿主微生物選擇性利用的底物，賦予宿主健康益處”。
這個定義明顯的簡化了，但是它所用到的一些學術術語，其實是意味深長的。
例如，“利用底物”其實隱含了通過營養生長的意思在里面，并且，益生元也對菌群有更廣泛的影響，而不是最初的定義當中的只影響一種或者幾種結腸中的細菌，而作用的部位也從腸道擴展到口腔、皮膚等等。
益生元是益生菌的好營養。可能大家有這樣的疑問：這種選擇性是如何實現的？為什么它只被有益菌所利用？
我們腸道當中的細菌，它們的營養需求是可以分一個類的。比如說，有些菌喜歡碳源、喜歡糖，有些喜歡氮源，還有一些喜歡氫氣。
這些是跟菌當中特征性的酶相關的。前面提到的選擇性，實際上就來源于這種構效關系。構，是益生元的結構；效，是細菌的代謝酶的功能。
舉一個例子，果聚糖、半乳聚糖，它們能夠很好的被有益菌——雙歧桿菌所利用，這是由于它們特征性的結構，4-30的這種聚合度能夠很好的被雙歧桿菌的β-果聚糖苷酶和半乳糖苷酶優先的發酵和利用。
這樣的匹配也決定了它們是很好的益生元。
現在我們知道，益生元和益生菌，一字之差，它們的區別在于它們物質本身就不一樣，而二者在實際應用當中又是相輔相成的。
益生菌有很多特殊的功效，可以直接補給給人發揮它的特異性的作用。
而益生元呢，由于其物質特性，有很好的耐受性，并且通過被宿主微生物群選擇性的利用，可以調整我們腸道菌的整體結構向更健康的方向發展。
因此，有合生元這樣的一個概念，指的是益生菌和益生元的混合物，可以經過優化發揮一些協同的效果。
接下來，大家肯定想知道益生元有哪些物質，以及有哪些富含益生元的食物。
最常見的益生元當然就是低聚果糖、低聚半乳糖，還有菊粉。另外，母乳低聚糖也是對嬰兒、寶寶非常好的益生元。
最新的益生元的定義，也將多酚、不飽和脂肪酸、共軛亞油酸列入潛在的益生元，如果可以充分證實它們是通過被宿主微生物選擇性利用而發揮作用的，那么它們也可以是益生元。
我們日常生活當中有很多富含益生元的食物，比如說：洋蔥、大蒜、蘆筍、香蕉、蜂蜜，都富含低聚糖。植食性的深海魚是不飽和脂肪酸的一個很好的來源，共軛亞油酸主要來自一些反芻性動物。
目前已知的益生元的功效，主要包括：有益于腸道健康、心血管代謝、精神健康，還有骨骼健康。
對于腸道健康，益生元可以抑制病原菌，以及刺激粘膜免疫。提及粘膜免疫，今天我想跟大家特別分享一個內容。
可能有些人會認為腸道的天職是消化吸收，那么它是如何和免疫發生關聯的呢？
其實，腸道也是一個非常重要的免疫器官。人體有70%左右的免疫細胞是位于腸道粘膜層的，并且，由于腸道當中存在著大量的微生物，它們的結構和它們（的）防御功能，又構成了腸道對外界的免疫屏障。
科學家發現，完全無菌的大鼠有很多生理反應存在異常，其免疫系統功能也有所缺失。這說明，腸道菌對于機體免疫有重要的影響。
那么，益生元是如何通過腸道菌群來發揮對機體免疫的調控作用的呢？ 我想結合我們團隊的一些研究，來跟大家具體的講一講。
我們團隊有一個研究方向是做Ⅰ型糖尿病的。根據最新的流行病學統計，在近20年，Ⅰ型糖尿病的患者人群大幅上升。新近病歷當中，有近七成是15歲以上這部分人群，形式也是不容樂觀。
Ⅰ型糖尿病是一種典型的自身免疫性疾病，它的發病是由自身抗原特異性的T細胞所介導的，引起對胰島β細胞的選擇性的攻擊和破壞。這種攻擊和破壞導致體內胰島素的絕對缺失，可造成嚴重的并發癥等等。
Ⅰ型糖尿病是一種遺傳性的疾病，但是它也可以受到環境因素的影響，比如我們的膳食。
菊粉應該是最廣為人知的益生元之一。對于它的重要性和一些功能的研究，歐洲要早于我們。但是，我們團隊也率先開展了用一些結構特異性的菊粉來干預Ⅰ型糖尿病的研究。
我們使用自發型的Ⅰ型糖尿病小鼠，給予它們長鏈和短鏈兩種不同結構的菊粉，來觀察菊粉對Ⅰ型糖尿病的影響。
我們發現，長鏈菊粉能夠顯著的緩解Ⅰ型糖尿病的發病，伴隨著腸道菌群結構的調整。它可以降低厚壁菌門和擬桿菌門的比例，伴隨著乳酸桿菌等有益菌豐度的上升。
另外，Ⅰ型糖尿病的發生除了和腸道菌群紊亂相關，還和腸道屏障功能紊亂相關，它會導致腸道通透性上升。通過喂食長鏈菊粉，腸道的通透性也有明顯的降低。
在免疫調節方面，長鏈菊粉在腸道和胰腺當中都可以增加調節性T細胞的數量，抑制促Ⅰ型糖尿病型的T細胞的激活，并減少它們的數量。
那么，它是通過怎樣的機制來發揮這樣的保護作用呢？
很有意思的是，一種內源活性的抗菌肽，叫作Cathelicidin相關的抗菌肽，簡稱CRAMP，伴隨益生元的添加，CRAMP在胰島當中的水平有明顯的上調。
我們觀察到，在正常條件下，CRAMP在胰島當中是有表達的，而Ⅰ型糖尿病的發病則伴隨CRAMP表達水平的明顯降低。那么，究竟是Ⅰ型糖尿病發病導致了CRAMP降低，還是說它的降低誘發了Ⅰ型糖尿病呢？
為了回答這個問題，我們給小鼠額外補給外源性的CRAMP，發現可以明顯的延緩Ⅰ型糖尿病。
與添加菊粉相同的是，補充CRAMP后，炎癥性的免疫細胞的浸潤顯著減少，而已經進入胰島的免疫細胞的表型，也有了明顯的改變，向調節型表型轉換，大大降低了胰島當中的免疫炎癥反應。
那么，CRAMP又是如何被調節的呢？經過一些篩選工作，我們發現，CRAMP可以被短鏈脂肪酸當中的丁酸所誘導。大家都知道，益生元通過益生菌的作用，可以產生一種活性的代謝物，就是短鏈脂肪酸。
總結一下，益生菌可以利用益生元產生活性代謝物短鏈脂肪酸，它可以誘導胰島當中的CRAMP的表達，進而調節胰島的免疫微環境，來延緩Ⅰ型糖尿病的發病。
相關工作發表在Immunity（《免疫》雜志）上，也受到了同行免疫學家的一些關注，他們也認為這個工作為Ⅰ型糖尿病的防治提供了一種新的思路。
最近，我看到Diabetes Care雜志上發表了一個人群研究，也證實了益生元對Ⅰ型糖尿病在人群當中也有這種積極的效果。
在這里，也許可以給愛好養生的人士一點小的Tips（建議）。
建議大家，可以通過均衡營養、富含益生元的膳食，來激發我們自身的免疫系統，來防未病、助健康。如果確實需要膳食補充，那么也應在營養師或者醫生的指導下，來食用這些益生元產品。
最后，我想，隨著益生元研究的不斷深入，會有更多的益生元相關的功能及其與宿主微生物群互作的機制被揭示出來。我也希望，有更多的感興趣的同仁可以加入到相關的研究中來，我也非常樂意跟大家合作。
謝謝大家！
