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缪明永，高云（中国人民解放军第二军医大学基础医学部生物化学与分子生物学教研室，上海 200433）
基金项目：国家“863”项目（2014AA093513）通讯作者：缪明永，：miaomy@163
乳糖是由1分子葡萄糖和1分子半乳糖通过β-1,4-糖苷键连接构成的一种双糖。乳糖是哺乳动物乳汁中的一种重要碳水化合物，牛乳乳糖平均含量为4.8%，约占牛乳总能量的30%，人乳平均含7%乳糖，
是新生儿主要能量来源[1]。乳糖对于人类有多种益处：乳糖溶解度好，提供相应能量的渗透性负荷低，为新生儿提供了均衡的葡萄糖和半乳糖，葡萄糖供应能量而半乳糖促进大脑发育（参与脑苷糖和黏多糖合成）[2]。乳糖必需在小肠内通过乳糖酶水解为葡萄糖和半乳糖而被吸收，见图1。乳糖酶属于β-半乳糖苷酶家族（学名为β-D-半乳糖苷半乳糖水解酶，β-D-galactosidegalatohydrolase ，EC 3.2.1.23），可以特异性水解β-1,4-糖苷键，将乳糖水解为葡萄糖和半乳糖。研究表明，诸多因素（如种族、年龄、遗传、疾病等）会引起相当一部分人（约75%成人）体内乳糖酶活性下降，导致乳糖消化不良，从而导致胃肠道反应（如腹胀、肠痉挛、肠鸣及腹泻等）[3]。乳糖不耐症是指与乳糖消化不良相关的胃肠道症状。但是，乳糖消化不良与乳糖不耐症的症状并不完全一致，而文献中有时错误地将乳糖不耐症等同于乳糖消化不良。乳糖消化不良者给予一定量乳糖后可以不产生胃肠道症状，这表示对乳糖有一定耐受。个体陈述的症状可能受许多因素影响，除了乳糖消化不良外，还有心理因素和胃肠道功能紊乱等[1, 4]。引起乳糖不耐症的原因或机制并没有完全阐明，除了乳糖酶缺乏外，可能还有其他因素，包括乳糖消化量、胃肠道传送、直肠动力异常、性别、年龄、妊娠等。一些研究发现：结肠因素，尤其是结肠菌与乳糖不耐症关系密切[5, 6]。1 结肠菌与代谢概述
结肠是肠道微生物菌的主要居住地，人体肠道内大约有1000个菌种，7000多个菌株，总数达1,014个，是人体细胞总数的10~20倍，它参与了宿主的营养、病理和免疫等过程。因此，肠道微生态与人体健康和疾病密切相关。肠道菌种类具有多样性，一般厚壁菌（Firmicutes ）和拟杆
DOI：10.16689/jki11-9349/r.2016.04.005
图1 乳糖水解
菌（Bacteroidetes ）数量居多，其他常见的有放线菌（Actinobacteria ）、梭菌（Fusobacteria ）、变形菌（Proteobacteria ）、螺旋体（Spirochaetes ）和疣微菌（V errucomicrobia ）等，但数量不多[7]。结肠细菌可以发酵食物和肠道黏液中的碳水化合物和蛋白质，产生短链脂肪酸（short-chain fatty acids ，SCFA ），主要有乙酸、丙酸和丁酸，以及气体（H 2、CO 2和CH 4），结肠近端细菌首先发酵碳水化合物，当碳水化合物消耗完后才发酵蛋白质，并且主要在 结肠远端进行。
图2
结肠细菌对乳糖的发酵
当小肠内乳糖酶缺乏时，乳糖不能完全消化而进入结肠，在结肠细菌β-半乳糖苷酶催化下水解为葡萄糖和半乳糖，后者通过Leloir 途径转化为葡萄糖而进入糖酵解代谢途径，发酵终产物为SCFA （乙酸、丙酸和丁酸）和气体（H 2、CO 2和CH 4）[8]，见图2。SCFA 主要通过以下四个途径代谢：①直接被结肠吸收；②结肠细胞利用（主要是丁酸）；③
乱与腹泻发生密切相关[17]。然而，如果结肠能快速吸收SCFA ，则结肠发酵有助于减轻腹泻[18]。Ham-mer HF 等[19]对不能吸收和不能代谢的聚乙二醇与能吸收和代谢的乳果糖引起的腹泻进行了比较研究，结果发现，摄入的碳水化合物超过结肠菌的代谢能力时可引起腹泻，并且是剂量依赖性的。当摄入乳果糖量在结肠菌代谢能力范围内（45g/d ）时，细菌能将乳果糖发酵为SCFA ，吸收后可降低乳果糖渗透压浓度，从而减轻腹泻；但当乳果糖量大于95g/d ，超出结肠菌代谢能力时，肠道未消化的乳果糖产生渗透性储水并阻碍SCFA 吸收而导致严重腹泻。Holtug K 等[20]也发现类似结果，当逐渐增加乳果糖（＞80g/d ）时可降低粪便pH ，当pH ＜5时可明显抑制结肠发酵，非消化乳果糖产生的渗透压驱动是引起腹泻的主要原因，而非SCFA 。Clau-sen MR 等[21]比较了两种可以代谢而渗透压浓度不同的低聚果糖Idolex 和乳果糖引起的腹泻状况，结果提示，结肠发酵代谢差异在个体间腹泻差异上起决定性作用，肠道高发酵能力可能有助于缓解吸收不良碳水化合物引起的腹泻。
细菌气体代谢物与肠胀气的关系：理论上，结肠细菌发酵50g 乳糖可产生17L 氢气，这些气体积存于肠道可造成肠道膨胀[22]。然而，大部分气体可被肠道细菌消耗，同时由于肠道快速传送和排泄可避免肠道积聚气体。因此，正常肠道可耐受很高气体量。当肠道气体传送和排泄损害时可发生气体积聚，引起腹胀症状。但是，有研究发现，乳糖消化不良者摄入50g 乳糖后，无论是否有症状，其结肠氢气积聚速率和氢气量并没有差异。同样，在一些肠道功能性紊乱患者中也有类似结果。这提示：腹部症状可能与个体对气体感知敏感度有关[23]。4 乳糖不耐症与肠道菌调节
根据上述讨论，结肠乳糖发酵的渗透活性代谢物产生与消除之间的平衡可能在乳糖不耐症发生过程中发挥作用。因此，通过调节肠道菌组成和（或）代谢活性来调节这个平衡将有助于改善乳糖不耐症。食物纤维中含量丰富的菌可利用碳水化合物（microbiota-accessible carbohydrates ，MACs ）是远端肠道菌所需碳和能量的主要来源。最新研究显示：食用低MACs 食物的小鼠，肠道菌多样性会降低，而且这种效应还会传递给后代并叠加，使低丰度细菌从一代到另一代逐渐减少，尤其是能够有效消化食物纤维的“拟杆菌目”细菌。这种状况不能仅仅通过重新引入食物MACs 得到逆转，而是需要通过粪菌移植来补充所缺菌类。这表明，仅仅改变饮食也许不足以让菌失调个体的菌恢复
细菌利用：
40%己糖碳源用于细菌生长所需的生物合成；④粪便排出。乙酸占SCFA 的50%左右，乙酸吸收后部分被肝脏利用，其余被外周组织代谢。丁酸是肠道细胞的重要能源，吸收进入血液的丁酸和丙酸，主要进入肝脏代谢。气体部分被肠黏膜吸收进入血液并通过肺呼出，部分通过肠道排出，部分用于合成其他代谢物[9]。2 乳糖不耐症与结肠代谢
一些研究表明，结肠代谢参与了乳糖不耐症：没有消化的乳糖可被结肠菌发酵，并且发现乳糖消化不良者都具有相似的口-盲肠传送时间，小肠乳糖消化程度也相同，但是消化道症状并不相同。这说明，除了消化程度外，还有其他因素影响乳糖不耐症。同时，研究发现，长期持续摄入乳糖可改善乳
糖不耐症，主要表现为：氢气呼出减少，可能与结肠菌适应性改变而产氢气菌减少相关，粪便β-半乳糖苷酶活性增加，肠蠕动、传送或pH 等结肠功能发生适应性改变，同时个体主观症状减轻[10]。一些影响肠道菌的抗菌素使用后，可影响乳糖不耐症，如乳糖不耐症患者服用rifaxi-min10天后氢气呼出减少，症状减轻[11] 。在抗生素引起的腹泻患者中，其肠道菌减少损害碳水化合物发酵，导致渗透性或分泌性腹泻[12]。体外乳糖培养研究发现：乳糖不耐症患者粪菌产生SCFA 比乳糖耐受者更多和更快。这表明，结肠菌发酵产生中间产物和终产物的速度和总量与乳糖不耐症密切相关。但是，两者粪菌中产β-半乳糖苷酶菌所占比例或酶活性并没有差别，并且其水解乳糖速率也是相似的[6]。这表明，乳糖不耐症并非与乳糖水解速率相关，而可能是与后续葡萄糖和半乳糖发酵有关。
结肠发酵产物取决于结肠菌发酵乳糖能力与结肠清除发酵产物能力之间的平衡：结肠菌发酵乳糖能力较低将不能及时清除乳糖和（或）中间代谢物（如葡萄糖和半乳糖）；结肠吸收能力低或结肠菌代谢SCFA/气体能力低下等都能导致乳糖不耐症发生。当乳糖发酵转化为SCFA 时，渗透压力增加8倍，使得结肠清除发酵代谢产物效率成为决定结肠渗透负荷的关键因素[13]。尽管结肠吸收SCFA 的潜力很高，可达到6.1~12.6mmol/(cm 2·d)[14]，一般不会大量出现在粪便中。但一些研究发现，当发酵太快（如鼠喂饲低聚糖）时，结肠内发酵产物（SCFA 和乳酸等）会发生堆积[15, 16]。3 乳糖不耐症病理生理与结肠代谢
结肠发酵代谢与腹泻之间的关系：一般认为，腹泻是由于乳糖消化不良所致的渗透性效应。早期研究
认为，乳糖发酵代谢物引起肠蠕动和水吸收紊
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正常[24]。因此，调节肠道菌不仅需要饮食调节增加膳食纤维，即益生元（prebiotics ）补充，还需要肠道菌移植补充，即补充益生菌（probiotics ），以及两者结合的合生元（synbiotics ）补充。
益生菌是指一种含有特定活微生物的制剂或产品，当摄入充足数量后，能够改变宿主特定部位菌比例和数量，从而对宿主产生益处。广泛使用的益生菌包括乳酸杆菌和双岐杆菌。一些研究认为，乳酸杆菌可以促进乳糖消化和消除乳糖不耐症[3, 25]，其作用机制并不清楚，可能与肠道pH 改变以及细菌β-半乳糖苷酶对肠功能和结肠菌的正向作用有关。近年来发现，双岐杆菌发酵产生一类生物活性脂肪酸的同分异构体，称为共轭亚油酸（conjugated linoleic acid ，CLA ），CLA 具有多种有益效应，包括改善乳糖不耐症、调节免疫和抑制肿瘤发生等[26]。2008年He T 等[27]对11名中国乳糖不耐症患者补充双歧杆菌胶囊和富含乳酸杆菌酸奶2周后，可明显提高其结肠菌乳糖代谢活性，显著改善乳糖不耐症。最新的临床随机双盲对照试验结果显示，服用一种DDS-1的嗜酸乳杆菌株（Lactobacillus aci-dophilus ）能明显缓解乳糖不耐症的临床症状[28]。
除了益生菌之外，益生元和合生元也能改变肠道菌。益生元是不易消化的食物成分，主要是低聚糖或不易消化的膳食纤维。它能够促进某些有益菌生长和代谢。研究表明，低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖、低聚异麦芽糖和大豆低聚糖等可以改变肠道菌、增加双歧杆菌和（或）乳酸菌[29]。目前关于益生菌和益生元对于乳糖不耐症作用研究相对较少，乳糖本身是一种潜在益生元，每日摄入一定量乳糖或乳果糖可以产生结肠适应性变化，降低乳糖不耐症程度。这种结肠适应性变化不仅与发酵乳糖菌活力增加有关，而且可能与发酵代谢转变（即细菌产氢发酵）下降有关[30]。5 小结
乳糖不耐症不仅与肠道乳糖酶活性低或缺乏有关，还与肠道尤其是结肠功能（肠道传送、动力和敏感
性等）、结肠代谢以及菌发酵等密切相关。因此，可通过靶向性膳食补充和菌移植等来改善结肠功能、代谢和微生态，改善乳糖不耐症。然而，乳糖不耐症的机制并未完全被阐明（如内脏感受性的个体差异、SCFA 吸收以及脑-肠轴等与乳糖不耐症之间的关系和分子机制）。因此，需要进一步开展在体研究，充分应用现代分子生物学技术和组学技术，包括稳态同位素标记技术、宏基因组技术、蛋白质组和代谢组学技术等来揭示与乳糖不耐症相
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收稿日期: 2016-11-14
本文编辑：曲芊诺··
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