背景/目的:
分子生物学、遗传学及微生物组研究的进展显著拓展了我们对益生菌及其与人体健康相互作用的认知,推动了传统与新一代益生菌产品的开发。尽管益生菌被广泛使用且普遍认为对健康人群安全,但现有证据表明其安全性会因菌株、剂量、宿主及使用情境而存在显著差异,且在易感人群中偶有临床意义的不良事件报告。方法:本综述总结了当前关于益生菌功效与安全性的研究进展,分析了临床安全性报告的局限性,并比较了益生菌作为膳食补充剂、药品及活体生物制剂的监管框架。特别关注了基于基因组学与计算方法的安全性评估新策略。结论:总体而言,本综述强调需要协调监管、严格的临床证据以及整合的现代安全性评估策略,以支持益生菌使用的负责任扩展。
1.引言
发酵乳制品与乳制品伴随人类历史发展已有数千年之久,从家庭自产到现代食品工业阶段的大规模工业化生产。通过运用不同乳酸菌菌株的发酵技术,可显著提升这些珍贵产品的消费价值。其获得的特性包括:延长保质期、增强抑制病原微生物繁殖的能力、促进营养物质高效吸收,以及因乳酸菌作用对人体产生的多重积极影响。
梅赫尼科夫在20世纪初提出的理论认为,保加利亚酸奶可通过抑制有害肠道发酵来延长寿命,这一观点在1990年代中期获得了更广泛的医学支持。组学技术的快速发展及其在微生物组研究中的应用,显著拓展了人们对人类微生物群的整体认知及个体基因组层面的理解。与此同时,研究人员和开发者正积极开发益生菌,但该领域面临多重挑战,包括安全性评估问题、监管要求的差异性以及技术发展滞后等问题。益生菌功效评估及其菌株物种特异性也具有挑战性。这些问题在缺乏长期安全记录的下一代益生菌(NGPs)中尤为常见。
由于益生菌独特的作用机制,其功能远比普遍认知的更为广泛。这些功能包括:为大型生物体产生必需代谢物、强化肠道黏膜保护屏障、调节免疫系统状态以及与致病微生物竞争。益生菌微生物可降低血液中脂质浓度,预防和治疗心血管疾病、糖尿病及过敏性疾病,通过调节“脑-肠”轴来调控中枢神经系统状态,发挥解毒功能,并展现抗菌、抗病毒及抗肿瘤特性。其作用机制取决于益生菌通过三种主要方式发挥作用的能力:对屏障功能的正向影响、免疫调节以及代谢物生成。与此同时,对临床研究结果的分析提供了关于益生菌已证实效应的矛盾性图景。
目前药品市场上可获得的益生菌主要属于以下科、属、种:乳杆菌科、双歧杆菌、链球菌、明串珠菌、弗氏丙酸杆菌、芽孢杆菌、粪肠球菌(QPS List (EU)或GRAS (FDA)--需确认其在物种层面的安全使用历史)以及较少使用的屎肠球菌(QPS状态附带限定条件)和酿酒酵母(QPS List (EU)/GRAS (FDA))。它们属于所谓的传统益生菌群体。其中,乳酸菌,特别是双歧杆菌和乳杆菌科,是最广泛分布的系统发育群组。
研究表明,要实现显著的健康效益,益生菌的每日剂量必须达到10^8–10^11 CFU。较低剂量通常无效,因为大多数微生物会在胃部的酸性环境中死亡。例如,细菌在通过胃部并与胆盐相互作用时的存活率仅为20%至40%,而口服摄入的10^8 CFU乳酸杆菌中,仅有10^7个能在肠道中存活。正如科学文献所述,这对益生菌的安全性至关重要,尤其对易感人群而言,还需考虑剂量依赖效应、易位现象、抗生素耐药性以及特定宿主相关问题。
随着人类微生物组研究新技术和新方法的普及,以及对其健康意义认知的拓展,研究人员近期将注意力转向了所谓的NGPs(表1)。
与传统益生菌主要针对改善肠道健康不同,新型益生菌(NGPs)是专门针对特定疾病开发的,具有针对性的治疗效果。与传统益生菌类似,NGPs也是活体微生物,其鉴定基于比较微生物群分析。当以适当剂量使用时,它们有望通过提供更具体的功效来改善宿主健康。通常这些是食品或制药行业从未使用过的特殊菌种,由于监管不确定性(如基因组稳定性、宿主特异性风险等),因此引发了重大安全问题,相关讨论将在后续章节展开。
此类益生菌的研发通常通过与患病及健康个体的微生物群进行对比来开展,且关于其安全性的信息要么不完整要么缺失。新型益生菌(NGPs)的筛选策略与新药研发中的策略相似,旨在确定该类益生菌所开发的生物制药产品的靶点及功效机制。
最有前景的NGPs已被鉴定出存在于拟杆菌属、梭菌属、粪杆菌属、真杆菌属和阿克曼菌属中。由于持续活跃的研究,候选者名单仍在不断扩展,NGPs正吸引着来自广泛开发者群体的日益关注,这一点从研究结果发表量的持续增长中可见一斑。
除基于活体微生物开发产品外,目前正研发其他方法来制备不含活菌的益生菌活性产品。这类方法存在标准化难题,且难以确保从生产到终端应用全程保持产品的有益特性。
例如,益生元是通过调节特性支持宿主微生物群健康的产品,但含有非活性食品成分。术语“合生元”用于指代同时包含益生菌和益生元的产品,其中细菌的有益特性由刺激这些相同细菌生长的成分所支持(表1)。
关于“后生元”这一通用名称下产品类别的定义仍存在争议。该术语在科学文献和商业产品中日益常见,但使用并不统一,且直到最近仍未得到明确定义。然而,与先前的类别类似,它们旨在对宿主身体产生有益影响,并含有因微生物代谢活动而释放的物质。后生元引起关注的一个因素是其在工业生产和储存过程中具有重要稳定性特征。后生元中使用死细胞消除了保质期内定量成分波动的问题,是其他类别产品的良好替代品。益生菌因其成分被认为安全,也可能适合大多数脆弱人群,如婴儿、老年人和免疫系统受损者。
由于缺乏评估剂量-反应关系、表征和质量控制的标准化方法,以及对益生元产品的生产限制,这些因素制约了其更广泛的应用和普及。开发可靠的益生元质量控制措施、验证活性成分分析方法以及协调国际标准,将有助于解决这些不足。
科学文献表明,由于这些产品的控制和标准化更为可及(表1),开发益生元和后生元更具前景。与此同时,基于活微生物的产品具有复杂的监管体系特征,并被注册为药品。这些体系仍在发展,即使在国际层面也是如此。
本综述全面探讨了现代益生菌安全性和有效性概念,重点阐述了监管框架及其协调需求、基于临床试验数据评估治疗效果的挑战、利用现代计算方法研究益生菌活性与安全性的当前策略,以及包括新一代产品在内的有效益生菌开发所面临的障碍。
2.益生菌监管框架
2.1.国际经验
历史上,由于监管机构尚未制定明确的评估程序,针对活体微生物的效益与功效评价缺乏统一标准。相关研究主要集中在两大方向:首先是基于活体微生物的食品或膳食补充剂,用于维持和恢复肠道菌群以促进健康;其次是含有活体微生物菌株并按规范注册的治疗性医药产品。尽管这两个方向都以益生菌概念为框架发展,但其目标人群存在显著差异--食品、膳食补充剂和营养保健品面向健康人群,而活体微生物医药产品则专为治疗或预防特定疾病设计。因此,这两个益生菌应用领域的监管标准存在显著差异。
益生菌产品的监管依据其预期用途存在显著差异。作为食品或膳食补充剂销售的益生菌需遵守食品及消费品安全法规。相比之下,旨在治疗或预防疾病的活体生物治疗产品则作为生物药品受监管,这意味着它们必须接受与药品类似的严格安全性、有效性及质量检测。关键监管要素包括菌株准确鉴定与溯源、全面安全性评估(含针对潜在毒力及抗生素耐药性的全基因组分析)、预期用途的有效性验证,以及确保产品稳定性和纯度的严格生产控制。虽然食品益生菌需提供安全使用或QPS 状态证明,但活体生物治疗产品则需通过对照临床试验、详尽的生产与质量控制文件,以及广泛的基因组学和药物警戒数据。因此,早期产品分类至关重要,因其决定了所需的证据体系以及上市许可和后续监管的监管途径。
除了程序差异外,监管分类还决定了创新方向和发展策略。药品级别的监管能确保安全性和严格的证据基础,但会显著增加成本、延长时间线并带来财务风险,特别是对于尚未在临床实践中应用的下一代益生菌。因此,开发者可能会优先开发膳食补充剂,这种方式虽然能更快进入市场,但限制了治疗声明的范围。由此可见,虽然严格的分类制度能保护公众健康,但也可能限制实施的灵活性,并影响哪些创新能进入临床应用阶段。
目前,普遍接受的“益生菌”定义是联合国粮食及农业组织(FAO)于2001年提出的配方,其声明“益生菌是一种活的微生物,当以适当剂量给药时,可为宿主带来健康益处”。
由于联合国粮农组织(FAO)的定义未能明确区分用于食品或药品的益生菌,后续提出了诸如“药用益生菌”或“活体生物治疗产品(LBP)”等术语(表2)。美国食品药品监督管理局(FDA)将LBP定义为“一种包含活体微生物(如细菌、酵母菌)并非疫苗,其用途为预防、治疗或治愈人类疾病”。此类治疗产品可包含单一微生物菌株或多种微生物菌株的联合体。
随后在2019年,欧洲药典(Ph.Eur.)确立了LBP 概念,除定义LBP 本身外,还描述了可能的给药途径(口服或阴道)及各类药物剂型(表3)。
值得注意的是,欧洲拥有最严格的法规,通常不鼓励对益生菌进行任何健康宣称(表3)。这不可避免地影响了注册用于医疗用途的益生菌数量。专家指出,目前仍缺乏全球统一认可的“益生菌”法律定义,导致消费者困惑和贸易壁垒。此外,显然需要更具体的法规不仅涵盖商业产品,还应包括临床开发的各个阶段、整个过程的验证以及商业化环节。
各国法规差异导致全球益生菌行业存在结构性分化。不同的定义标准、功效验证门槛以及可接受的宣称要求,迫使生产商必须针对不同司法管辖区制定专属的文件和标签策略,这不仅增加了成本,还延缓了商业化进程。对“益生菌”这一术语的不一致解读,更使科研合作面临重重障碍。因此,监管差异不仅体现在行政层面的区分,更成为阻碍国际协调与公平市场准入的瓶颈。
目前,药物微生物制剂正在多个领域开发,有望在美国进一步注册,包括胃肠道疾病(如抗生素或癌症治疗引起的腹泻、便秘、肠易激综合征等)、过敏性疾病(如鼻炎、皮炎、哮喘等)、口腔疾病(如龋齿、牙龈疾病)以及与肠-脑轴相关的疾病(包括压力、抑郁症、自闭症谱系障碍、精神分裂症、阿尔茨海默病和帕金森病)。
将开发的益生菌归类为药品要求开发者提供证据,证明使用益生菌的获益大于潜在风险。此类获益证据及不良反应低风险性源于多阶段临床前及临床观察,且均符合相关监管要求。
益生菌的风险分类与四个相互关联的因素相关:获得性抗菌药物耐药基因、毒力因子、基因易位,以及允许水平基因转移的可移动或不稳定基因组元件。这些因素共同作用,可能增强致病潜力或扩大宿主微生物群的耐药性。监管评估因产品类别而异:对于食品级益生菌,安全使用历史(或QPS 状态)、成分控制和生产质量至关重要,而对于治疗性活体生物药产品的评估,则需遵循药物或生物制品标准,要求具备临床前安全性、受控的疗效试验、GMP标准合规性,以及更深入的基因组学和药物警戒数据。
这些监管差异不仅涉及行政程序,更直接影响临床标准化与实践。尽管标签相似,但菌株特性差异、基因组筛查深度、抗菌药物耐药性评估及生产要求的不同,导致产品可比性降低。因此,临床医师可能遇到证据等级差异显著的益生菌产品,这不仅使治疗决策复杂化,也影响推荐方案的制定。由此可见,监管异质性不仅制约市场准入,更动摇了临床信心,阻碍其融入循证医学体系。
欧盟对活体生物产品(LBPs)的注册程序需遵循欧洲议会与欧盟理事会第2001/83/EC 号指令《关于人用药品共同体法典》(表4)的规定。该指令明确要求,申请上市许可时提交的资料必须证明产品的治疗效果大于潜在风险。由于低剂量益生菌兼具预防和治疗疾病的功能,根据该指令,这类益生菌被归类为药品,必须获得监管机构批准后方可上市。
一个主要挑战在于NGPs(新型益生菌)监管框架的不明确性。这类产品通过合成生物学等技术手段获得增强特性,旨在产生治疗效果。与生物治疗药物(LBP)或药品类似,NGPs必须经过药物临床试验,并借助基因测序、生物信息学等新技术开展药代动力学和药效学研究。
在欧洲,欧洲药品管理局(EMA)负责审评药品注册申请,而欧洲食品安全局则负责评估食品(EFSA)。在这两种情况下,申报资料的提交程序都缺乏足够的详细性。由于益生菌属于活体微生物,需要开发额外的标准化和质量检测方法,这使得情况更加复杂。为此,已有研究提出使用流式细胞术来评估活体、死体和活性微生物,并随后将其纳入《欧洲药典》(Ph. Eur.)的相关章节(LBP 微生物学检查:特定微生物存在检测)。
根据国际益生菌和益生元科学协会(ISAPP)制定的益生菌最低标准,除需提供关于生产商、储存条件、预期用途、给药方式及剂量的一般信息外,还必须提供产品中所有菌株的属种鉴定信息。此外,美国食品药品监督管理局(FDA)建议至少采用两种额外的微生物鉴定方法。
根据欧洲药品管理局(EMA)的规定,产品注册档案必须包含菌株的完整基因组序列,以及已鉴定的抗生素耐药基因、多重耐药基因簇和潜在毒力因子基因的详细清单。对于大肠杆菌(LBPs)而言,菌株(或菌株群)的特性分析也是注册档案中安全文件的组成部分。然而迄今为止,EMA或FDA尚未出台针对基因组测序质量及相关生物信息学分析的具体指导建议。
鉴于针对生物制品(LBPs)注册资料构成的监管要求仍在制定中,根据该定义的菌株及其组合应被视为药品,需遵守适用于生物制品(包括疫苗和基于血液/血浆的产品)的监管要求。为获得临床使用许可,这些产品必须在注册前阶段接受严格的质量、安全性和有效性评估。
在益生菌类生物活性补充剂或食品成分的监管方面,出现了一种略有不同的情况。由于各种微生物菌株在食品中的长期历史使用,这些菌株被认为具有天然安全性。对于未经批准就进入美国市场的益生菌,其安全性概念被美国食品药品监督管理局(FDA)的“普遍认为安全”(GRAS)计划以及欧盟EFSA 的“安全合格推定”(QPS)计划(表4)所确立。
这一安全理念基于以下事实:此前作为食品或膳食补充剂成分使用的菌株,在大规模人群中长期使用且未出现显著负面安全后果。从食品法规角度来看,无论该菌株的历史使用情况如何,其目标群体始终是健康人群。当此类菌株作为药物活性成分用于预防或治疗人类疾病时,必须提供在目标人群中具有疗效和安全性的证据。
若某益生菌被作为膳食补充剂上市销售,则需受《膳食补充剂健康与教育法案》(DSHEA)监管。尽管药品无需上市前审批阶段,生产商需确保产品安全性和标签准确。根据DSHEA 规定,自1994年起使用的膳食补充剂可作为成分添加至食品中。若某益生菌被作为新型膳食补充剂或未使用成分申报,则需通过新膳食成分(NDI)通知系统向FDA提交相关信息。
在考虑的法规中,欧洲EFSA 法规最为严格。根据EFSA 指南(欧盟法规(EC)第1924/2006号),除非有充分的临床证据支持,否则益生菌不得在欧盟与健康声明相关联。在欧盟,这些声明必须获得批准后才能上市。欧盟健康声明立法优先考虑消费者保护,尽管各国的具体监管规定有所不同。然而,欧盟内部正在持续努力协调这些法规。与欧盟监管框架不同,美国通常不要求健康声明(尤其是结构/功能声明)上市前获得批准。
提交给EFSA 的大多数益生菌健康声明申请均被驳回,原因在于缺乏微生物摄入与宣称健康效益之间因果关系的充分证据,以及菌株特征描述和研究设计不足。这一事实恰恰反映了EFSA 对证明明确因果关系及在微生物组差异显著的人群中结果可重复性的严格要求。该限制导致产品标签标注谨慎且市场推广受限。
迄今为止,在根据第(EC)1924/2006号法规第13条第1款评估的400多项健康声明中,仅有一项获得批准:即活性酸奶菌群可改善乳糖消化的声明,其归因于起始微生物德氏乳杆菌保加利亚亚种bulgaricus和嗜热链球菌,前提是其含量至少达到10^8菌落形成单位(CFU)/克,如食品法典标准第243/2003号所规定。所有其他提交的益生菌健康声明均被拒绝或撤回,主要原因是特征描述不充分。然而,EFSA 对健康声明的科学评估必须遵循最高标准。
在欧盟,含益生菌的产品通常无需上市前审批,除非属于新型食品或含有特定健康声明。在此情况下,EFSA 在评估益生菌及其在食品中的安全性方面起主导作用。需注意的是,若某菌株在1997年5月(QPS)前未在欧盟使用过,则被视为新型食品,需根据《新型食品条例》2015/2283获得上市前审批。
因此,监管框架严格界定了益生菌评估的深度和方法论。该框架与新型益生菌产品安全性和有效性评估之间的关系,取决于产品的预期用途及其安全使用历史。此类要求的最终目标是确保益生菌对人体的完全安全性。影响益生菌商业化的监管挑战包括监管要求缺乏统一性(例如与药品或膳食补充剂类似),导致地区间存在差异,从而引发对要求的解读混乱。功效和安全标准的差异也增加了成本并使全球监管合规复杂化,进而导致区域市场准入存在差异。
综合来看,现行益生菌法规体现了患者保护与创新之间的矛盾。虽然严格标准能保障公众健康,但僵化的分类体系和国际碎片化可能阻碍基于菌株生物学特性和预期用途的适应性风险评估方法。需要更深层次的国际协调与适度的基于基因组学的监管机制,可在维持安全监管的同时减少重复性研究并支持负责任的创新。实现这一平衡对于益生菌和活体生物治疗技术的可持续全球整合至关重要。
2.2.俄罗斯联邦的监管框架
在俄罗斯联邦,当益生菌作为膳食补充剂定位时,其监管框架由多项法律、法令和法规管辖,无论其在安全性方面的历史表现如何(表4)。以膳食补充剂形式流通的益生菌受以下法规监管:1999年3月30日颁布的第52-FZ号联邦法律,该法律涉及卫生与流行病学监测问题并确保食品产品安全;2000年1月2日颁布的第29-FZ号联邦法律,该法律制定了食品产品监管的一般原则;关税同盟技术法规TR TS 021/2011和TR TS 029/2012,其中包含对食品产品(包括膳食补充剂)安全性的要求;以及2009年12月1日颁布的第982号政府决议,该决议规范了膳食补充剂的国家注册程序。必须提供专家意见,基于专业鉴定和测试结果才能获得国家注册证书。俄罗斯联邦消费者权益保护和福祉监督局(Rospotrebnadzor)负责实施监管职能、开展注册登记,并将相关信息录入统一证书登记系统。
因此,作为膳食补充剂或食品补充剂、作为特殊食品产品的注册,仅旨在补充日常饮食,不具有药用特性。该方法与国际经验相似。
俄罗斯联邦卫生部作为联邦行政主管部门,依据第61-FZ号联邦法律(表4)对益生菌进行药品注册。该类药品还需符合卫生部2017年7月11日颁布的第403n号令要求,该法令《关于批准药品组织及持有药品活动许可证的个体经营者销售医用药品(含免疫生物制品)的规则》对此作出明确规定。
在注册成为药品时,益生菌必须符合药典中关于菌株生物量生产与制剂要求的定义及规定,同时满足特定剂型药品的质量标准。根据药典定义,益生菌是一种免疫生物制剂,含有具有抗病原菌和条件致病菌活性的活体或灭活无致病性微生物。药典还对不同类别的益生菌进行了定义。值得注意的是,益生菌被定位为用于治疗和预防胃肠道疾病、纠正各类病因引起的菌群失调的药品。
在注册过程中,益生菌必须被归类到特定的药物治疗学组,并根据解剖治疗化学分类法进行分类。在俄罗斯联邦,作为药品注册的益生菌具有以下ATC代码:布拉氏酵母菌(A07FA02)、止泻微生物(A07FA)、乳酸杆菌(G01AX14)、产乳酸微生物(A07FA01)以及产乳酸微生物联合其他药物(A07FA51)。
在俄罗斯联邦,益生菌被归类为食品补充剂或药品进行监管,两类产品分别适用不同的法律框架和监管机构(表4)。总体而言,尽管俄罗斯国内及国际监管环境存在差异,但学界普遍认同:无论属于哪一类,益生菌都必须符合科学严谨的安全性、质量及功效标准。
根据法律规定,益生菌作为医疗产品的注册必须基于采用现代科学方法进行的临床前和临床研究,以证实其对人类的有效性和安全性。从科学角度来看,要证明益生菌的安全性,还需进行鉴定程序,以确认菌株是否具备基因组安全性特征、抗菌药物耐药性,以及毒力、功效和存活能力相关基因。目前,监管体系对益生菌的理解更接近美国食品药品监督管理局(FDA)的立场。在这方面,俄罗斯联邦也不例外,因为在欧盟内部,益生菌的监管框架也并不统一。
3.益生菌的安全性、毒性及其他相关风险
尽管益生菌以其积极的健康效应而广为人知,且相关研究常聚焦于其有益影响,但其潜在风险不容忽视。多项科学文献强调了益生菌摄入可能带来的多种健康威胁,这促使我们有必要对其使用进行更深入的调查并开展进一步研究。
在现行监管框架下,益生菌安全性评估基于菌株特异性风险评估体系,该体系将生物危害识别与使用情境评估相结合。尽管益生菌对健康个体通常安全,但已有罕见但具有临床意义的感染事件报告,包括菌血症和心内膜炎,尤其见于植入装置患者、屏障功能受损者或严重合并症患者。菌株特异性代谢活动(如D-乳酸或生物胺的产生)会引发额外风险,这证明在研发阶段进行靶向生化筛查的必要性。此外,识别可移动抗菌素耐药基因及其对肠道耐药性的潜在影响,也需要全基因组测序和抗生素耐药基因的详细表征。因此,诸如EFSA 安全资格推定和FDA关于活体生物治疗的指导等监管框架采用了一种基于证据的方法,该方法结合了基因组分析、表型测试、生产控制和临床背景,以确保产品安全。
益生菌安全性评估应被视为一个分层的多层次框架,而非孤立观察的集合。基础要求包括菌株水平鉴定、表型抗菌药物敏感性测试和全基因组测序。功能性体外试验和临床前体内模型代表中间层级,而临床试验和荟萃分析提供了最高层级的人体安全性证据,尽管其设计常存在异质性。新兴计算工具仅作为辅助性证据,而非监管认可的证据。这一层级结构明确了安全性评估方法的相对权重和成熟度。
对每种益生菌菌株进行风险分析可能是一个资源密集型过程。尽管低风险水平可能是可接受的(如乳酸杆菌和双歧杆菌等菌种的情况),但建立风险与潜在效益之间的平衡至关重要。关于益生菌功效与安全性的可靠数据对此至关重要。此外,国外对益生菌的研究涵盖的疾病范围比俄罗斯联邦更广,这一情况是基于已开展临床观察结果对益生菌进行更全面安全性分析的另一个因素。
益生菌和活体生物产品(LBPs)通常能被健康成年人良好耐受。针对健康受试者开展的随机研究显示,即使摄入高达250亿菌落形成单位的剂量,也未观察到不良事件或实验室指标异常增加。然而,针对混合或高风险人群(包括接受肠外营养的患者、重症监护患者及癌症患者)的研究表明,虽然罕见但严重的不良反应确实存在。
并非所有安全性数据都具有同等的监管权重。随机对照试验和稳健的荟萃分析为活体生物制剂提供了最有力的临床证据,而观察性研究和病例报告主要具有假设生成性。监管机构对基因组筛查和表型易感性检测的要求日益增加,而先进的计算模型仍处于研究阶段。区分经过验证的监管工具与新兴方法对于避免对初步发现的过度解读至关重要。
对相关研究的分析显示,上述临床观察的初始参数存在异质性。研究设计和人群类型均存在差异。设计描述明确指出2项随机对照试验、7项系统评价(包括病例报告)以及1项单独的病例报告。研究人群类型也具有异质性:其中3项研究在健康或普通成人人群中开展,4项研究聚焦于高危患者、健康状况不佳者、癌症患者或重症监护病房患者,另有3项研究采用混合人群(健康、体弱、重症或广泛年龄/风险组)。目前尚未描述菌株特异性。研究对象包括多种乳酸杆菌、双歧杆菌、酵母菌、链球菌、肠球菌、芽孢杆菌及其混合物或酸奶/乳制品。
在健康成人中未发现风险因素,且在任何剂量下均未观察到不良事件。随机对照试验报告显示,普通人群或混合人群的风险未增加,但报告了罕见的严重不良事件。总体而言,健康成人中的不良事件和风险因素较为罕见或不存在,但在健康受损、危重疾病或免疫缺陷人群中有所增加。安全性问题和需谨慎使用最常出现在高风险群体中。年龄超过60岁、感染如艰难梭菌、抗生素暴露、免疫抑制以及使用酵母菌或乳酸菌(尤其是鼠李糖乳杆菌)均会增加风险。总体而言,基于乳酸菌和双歧杆菌的低剂量益生菌制剂对接受肠内或肠外营养的患者是安全的。
尽管关于益生菌使用的临床观察数据众多,但其使用相关感染发生率的准确数据仍不明确。这主要是由于临床试验期间缺乏对不良反应的系统性报告,以及现有益生菌产品注册后危害检测机制的低效。与此同时,已发表的观察结果支持以下观点:益生菌具有临床意义的不良反应可分为几类,包括致病性、感染性以及毒力因子,例如毒性、代谢活性特征和微生物自身的特定属性。此外,益生菌微生物在代谢过程中不应产生有害物质。
益生菌试验设计的结构性局限性使得临床安全性数据的解读变得复杂。研究终点存在显著异质性--从基于症状的结局指标到微生物组或生物标志物测量指标不等,其中许多指标缺乏监管验证。个体间差异、菌株鉴定不一致、CFU 剂量变化及制剂差异进一步降低了可重复性和可比性。安全性常作为次要终点,限制了检测罕见不良事件的能力,并导致荟萃分析结果不一致。
根据临床观察结果,使用益生菌后最严重的感染表现发生于免疫功能受损的患者中。这一发现与共生肠道菌群与免疫系统之间平衡的破坏相关。在这些脆弱的患者群体中,肠道屏障功能障碍会增加益生菌不良反应的风险,并可能促进感染发展,进而导致脓毒症或炎症。尽管存在感染病例,但使用布氏梭菌和鼠李糖乳杆菌治疗此类患者并未被禁止,因为大量研究已证实其对人类的整体安全性和有效性。
除了增加感染风险外,益生菌还可能导致人类产生非特异性免疫反应。对该现象的一种解释可能是革兰氏阳性菌的细胞壁含有peptidoglycanpolysaccharide 复合物,这些复合物能够激活免疫细胞。近期研究发现,益生菌诱导的细胞因子产生(如白细胞介素IL-1β、IL-6、肿瘤坏死因子TNF - α 和干扰素)与过度免疫反应相关,这些反应可能导致自身免疫性疾病或炎症。目前正积极研究益生菌在治疗自身免疫性疾病中的潜在应用。然而,补充益生菌可以预防或治愈自身免疫性疾病,或降低细胞因子水平。
理论假设认为,益生菌对免疫系统的过度刺激可能导致自身免疫反应,从而引发炎症,但这一假设尚未得到证实。因此,在自身免疫性疾病患者中使用益生菌时需谨慎,尤其是高风险个体。
尽管人们对益生菌和益生元在预防和治疗过敏性疾病(包括特应性皮炎、哮喘、鼻炎和食物过敏)方面的兴趣日益增长,但研究结果仍不明确或相互矛盾。虽然体外和体内研究提示潜在益处,但由于生活方式、微生物组组成、健康状况、性别和年龄存在显著个体差异,临床疗效并不一致。因此,益生菌的疗效似乎具有菌株和人群特异性,某些菌株对特定患者群体有效而对其他群体无效,且有证据表明益生菌可能增加过敏性疾病易感个体的致敏风险。食物过敏研究主要集中在婴儿群体,其肠道微生物群在生命早期的发展(受母乳喂养强烈影响)对免疫成熟起着关键作用。儿童早期微生物定植紊乱与食物过敏风险增加相关,但由于宿主健康状况和遗传背景的异质性,关于益生菌在牛奶过敏中的应用研究仍无定论。
益生菌的另一类潜在副作用可能与菌株的代谢活性相关,有时还与其代谢产物的毒性有关。这类胃肠道反应包括使用益生菌时出现的呕吐、腹痛、腹胀、恶心、腹泻、口渴以及味觉异常等症状。研究者指出,长期使用益生菌通常能缓解这些症状的严重程度并提高耐受性,具体效果取决于微生物种类和宿主的健康状况。
例如,乳酸杆菌属是短肠综合征患者发生D-乳酸酸中毒的主要原因。然而在正常情况下,胃肠道产生的少量D-乳酸被宿主吸收,而肠道中的其他细菌会迅速消耗乳酸,将其转化为丁酸盐等物质。
某些益生菌含有胆盐水解酶基因。诸如双歧杆菌、类球菌和乳杆菌等菌种会分泌这种水解酶,它能解离初级胆汁酸并减少宿主体内胆固醇的重吸收。然而,通过7α -脱羟酶过度解离或脱羟作用会引发有毒或致突变的次级胆汁酸形成,进而抑制肠道正常功能。微生物群可导致肠黏膜炎症和腹泻。此外,胆汁酸过度积聚可诱发结肠癌发生。
许多益生菌微生物根据其物种和菌株的不同,可表现出蛋白水解、脂肪分解和/或糖分解特性。在发挥益生特性的同时,这些细菌不会对宿主生物体产生有害的生化活性,例如β -葡萄糖苷酶、α -胰凝乳蛋白酶、β -葡萄糖醛酸酶和N-乙酰- β 氨基葡萄糖苷酶活性--这些活性与肠道疾病相关,并可能促进致癌物和肿瘤促进剂的形成。
利用益生菌的生化特性治疗代谢紊乱相关疾病(如代谢综合征--通常伴随血脂异常、血糖稳态失调、高血压、肝肾功能障碍,以及体重超标、腹部肥胖和/或胰岛素抵抗),这些疾病常与心血管疾病和2型糖尿病风险增加以及多种原因导致的胰岛素抵抗相关,但无论是预防还是治疗都尚未取得明确成果。研究结论并非普遍积极,部分研究甚至报告了意外副作用。
然而,益生菌引发的不良反应(AEs)风险不容忽视。临床研究分析表明,益生菌的不良反应发生率较低--与对照组相当或更低--但易感人群仍可能面临严重风险。例如,一项针对622项随机临床研究的分析显示,短期使用益生菌与对照组相比,总体不良反应(包括胃肠道问题、感染等严重事件)的相对风险(RR)未见统计学显著升高。在纳入研究中,仅有387项报告了可能与益生菌相关的特定不良反应(如真菌血症、菌血症)。该研究指出,长期影响仍存在较大未知数。
另一项针对46个数据集的分析发现,与安慰剂相比,益生菌降低了复发率,但异质性和数据重叠限制了广泛结论。一项针对九项对照试验的荟萃分析显示,炎症性肠病患者使用益生菌/合生元时不良事件风险更高。然而,由于研究设计和方案的差异,作者未能对此给出明确解释。在10项关于含铋四联疗法治疗幽门螺杆菌的随机对照试验中,益生菌将不良事件发生率从对照组的27.98%降至16.85%。专家强调,为准确评估不良事件水平,需明确菌株特异性效应、剂量-反应关系及试验中的最佳方案,以提供循证指导。另有研究指出,不充分的伤害数据困扰着许多治疗方案,而不仅限于益生菌。
为总结益生菌使用的风险特征,可归纳以下要点。菌株特异性代谢参数(如D-乳酸、生物胺等)以及某些菌株携带毒力位点或可移动抗菌药物耐药基因的能力,使得代谢综合征及相关宿主代谢状态成为评估益生菌安全性的重要指标。临床结局差异显著,因宿主遗传、基线微生物群、饮食、用药及合并症会调节反应与易感性,这解释了研究间结果的异质性。易感人群(新生儿、免疫功能低下者及危重症患者)风险更高;因此,评估监管合规性需结合生化与代谢组学研究、毒力全基因组测序、抗生素耐药基因及运动性定位。有必要从益生菌对某些较大人群类别的影响(例如对绝经后妇女钙、磷和骨代谢、镁状态、血脂和血液指标的影响)的模糊性角度进行评估。
益生菌微生物中抗生素耐药基因向肠道菌群内共生病原体的潜在转移,是引发关注的另一关键问题。
细菌抗生素耐药性可能源于基因突变,或通过水平基因转移从其他菌株获得耐药性。可移动遗传元件(质粒、转座子和整合接合元件)在适宜条件下(高细胞密度、抗生素暴露和炎症),肠道中会发生中等水平的水平基因转移。体外和模型系统中的实验研究表明,肠杆菌与革兰氏阳性受体(包括乳酸菌)之间存在质粒接合现象。针对益生菌和生物制药中抗菌素耐药基因(AMR)的特征描述,EFSA 、FDA和FAO/WHO等监管机构的文件中已制定相关监管要求。这些文件的主要目标是确保有益微生物不会成为耐药基因的来源,从而避免这些基因被传播给人类病原体。
许多乳酸杆菌菌株对氨基糖苷类抗生素具有天然抗性,而双歧杆菌则对庆大霉素、链霉素和莫匹罗星耐药。此外,乳酸杆菌菌株被发现携带对红霉素、四环素、链霉素、氯霉素、林可酰胺、大环内酯类和链阳菌素等抗生素的耐药基因。这种确保抗生素耐药性的微生物特性引发了特殊的安全担忧。此类特性可能转移至其他菌株、物种甚至细菌属,包括那些对人类和动物潜在有害的菌种,从而限制抗生素治疗的有效性。这是与益生菌相关的最严重问题之一。科学文献中包含大量关于该主题的研究。
当抗菌药物耐药性仅存在于特定细菌菌种时,通常称为“固有耐药性”,这种耐药性存在于该菌种的所有菌株中。固有抗菌药物耐药性不被视为安全隐患。相反,当原本敏感的菌种对某种抗菌药物产生耐药性时,则称为“获得性耐药性”,这种情况需要进一步调查。获得性耐药性可能通过基因添加(例如通过获取外源DNA)或自身基因突变产生。
尽管在胃肠道等开放生态系统中,活体微生物之间的基因交换预期会发生,但内在抗菌药物耐药性通常被认为具有较低的水平传播潜力,而由额外基因编码的获得性耐药性则被认为具有显著更高的水平转移风险。然而,由染色体基因突变导致的耐药性被认为具有较低的水平传播风险。
通过移动遗传元件进行的水平基因转移可能通过抗菌药物耐药性(AMR)的发展对人类健康构成重大威胁。AMR已成为一个严重且紧迫的全球健康威胁,导致全球范围内死亡率上升。为排除此类风险,监管机构(EFSA 、FDA)和专家明确要求进行菌株特征分析、最低抑菌浓度(MIC)的表型测定,以及全基因组测序(WGS),并将其注释至经过严格筛选的抗生素耐药性/毒力基因数据库(如CARD、ARG-annot、ResFinder),以确定耐药性是先天的还是潜在可传播的。
WGS 鉴定出的ARG缺失并不意味着益生乳酸菌中不存在耐药机制,因为由于数据库和方法学的局限性,内在或非经典耐药决定因子可能未被检测到,这凸显了基于基因组数据的安全性评估需要谨慎解读。
尽管全基因组测序是安全性评估的核心技术,但其可靠性取决于耐药基因数据库的完整性与质量。内在或未表征的耐药机制可能未被检出。因此,基因组学发现应与表型最低抑菌浓度试验相结合以确认相关性。预测耐药性与实际表达耐药性之间的相关性。整合基因组-表型方法仍是评估抗菌药物耐药性风险最稳健的策略。
鉴于上述微生物特性,拟用作起始培养物或益生菌的菌株必须进行抗生素耐药性检测,特别是其携带抗生素耐药基因的能力。
然而,要评估益生菌对抗生素耐药性的潜在风险,这一特征并非益生菌菌株所独有。例如,野生的乳杆菌和双歧杆菌菌株也含有与益生菌分离株相似的抗生素耐药基因。此外,尽管具有抗生素耐药特性,但长期安全用于食品的屎肠球菌也提供了另一个例证。因此,益生菌菌株在这方面并不比自然存在于人体微生物组中的乳杆菌和双歧杆菌构成更大风险。然而,必须对益生菌的抗生素耐药遗传学进行批判性研究。
综合现有益生菌疗效与安全性研究数据可见,相关结论存在明显矛盾且结论不一。部分研究仅基于单例临床病例,例如已置入静脉导管的患者出现脓毒症的情况。另有研究将临床益生菌应用的不良后果归因于研究设计缺陷及结果评估中的系统性误差。
基于临床试验结果的荟萃分析,结果存在矛盾可能源于所用益生菌的菌种、组成及剂量差异。例如,研究显示剂量范围广泛,从10^8到10^11个细胞或CFU 不等,不同给药形式(奶酪、酸奶、牛奶或益生菌胶囊)也可能造成进一步差异。部分研究仅纳入女性,而其他研究则以不同比例考察益生菌对男性和女性的影响。该问题的临床意义尚不明确。在某些研究中,暴露持续时间(3-6周)可能不足以检测变化。
除了前文提到的安全因素外,CFU 剂量、菌株存活率、剂型和生产质量等要素也必须严格把控,以确保益生菌的安全性。虽然高剂量CFU 可能提升疗效,但对易感人群而言,反而会增加胃肠道不适或感染的风险。菌株存活率同样关键,因为非活性菌株不仅无法带来健康益处,若储存或管理不当还可能造成危害。剂型设计也会影响益生菌存活率:某些配方能有效抵御胃酸侵蚀,确保菌株在作用部位保持高存活率。此外,严格遵循生产质量标准对保障益生菌产品的效力、稳定性和纯度至关重要,这能有效降低污染或剂量错误的风险。
关键在于,科学文献中描述的益生菌使用结果并不一致,且因研究中益生菌类型、剂量及治疗方案的差异而存在显著差异。个体微生物组的差异进一步加剧了这一问题。因此,医疗专业人员不建议在体弱患者(尤其是危重患者)中使用益生菌。
另一类益生菌--非典型益生菌(NGPs,例如特定的肠道共生菌如拟杆菌属、梭菌属和阿克曼菌属)--由于缺乏“安全使用史”且引发传染病的潜在风险更为“模糊”,因此需要比传统益生菌更严格的安全考量。NGPs与更专业的功能相关,包括丁酸盐生成、黏蛋白降解、增强肠道屏障完整性以及调节宿主代谢和炎症。因此,必须对菌株进行全面表征,涵盖全基因组测序以及毒力因子、抗生素耐药基因和可转移遗传物质的分析。此外,应通过相关疾病的动物模型和人体临床试验评估安全性。
NGPs(新型益生菌产品)凸显了区分具有长期安全使用历史的产品与缺乏长期人体数据产品的重要性。与传统益生菌不同,NGPs通常需要进行药物特性鉴定、广泛的毒理学研究以及精心设计的早期临床试验。其开发过程体现了从经验性益生菌使用向精准微生物组治疗范式的转变,这一转变要求实施与菌株特性相匹配的监管措施。
随着益生菌功效与安全性研究结果的积累,该问题将得到解决,且益生菌的研发正日益密集。尽管如前所述,监管机构未对益生菌作为低生物利用度药物(LBPs)的临床前及临床研究程序施加具体要求,但益生菌研究的具体细节仍在科学出版物中被积极讨论。
所有新型益生菌的安全性考量均需通过基因组学方法对菌株进行研究,以识别潜在毒力因子、抗生素耐药基因及其他致病因子、代谢活性、免疫反应(包括刺激或抑制作用),尤其针对儿童或自身免疫性疾病患者等易感人群,以及与宿主微生物组的相互作用。体外试验应有助于鉴定抗生素耐药性、溶血活性及其他重要菌株参数,而体内研究则需采用免疫系统受损的动物模型,以更准确地模拟易感人群的潜在风险。研究应遵循经济合作与发展组织(OECD)的通用指南。
标准的体外功能与安全性检测方法被广泛用作筛选和表征益生菌候选菌株的初步标准,包括模拟胃肠道和胆道环境下的存活能力、对肠上皮细胞的黏附性、对病原体的拮抗活性以及无溶血活性。虽然这些检测无法证明体内功效,但它们提供了关于功能和安全性的关键基础数据,有助于确定需要进行更深入研究的优先菌株。因此,全面的综述应明确涵盖这些基础评估指标。
在规划益生菌的安全性和有效性研究时,必须认识到其特性取决于特定菌株。在此背景下,对每种益生菌菌株在人体使用前进行临床前安全性评估至关重要。另一种揭示菌株特性的方法是建立数学模型,以预测益生菌在肠道中的行为和安全性。
在潜在益生菌菌株的临床前安全性评估中,新方法采用了一种超越传统方法的多方面策略,包括使用现代计算机技术。此类研究对于确保新益生菌菌株在用于人体(尤其是易感人群)前的安全性和有效性至关重要。
在规划和开展新型益生菌株的临床试验时,还需遵守监管机构的要求,并与他们保持密切合作。此外,必须考虑益生菌株的特定特性和属性,同时确保益生菌配方中所有成分的安全性。
新型益生菌的关键安全性指标。毒性--评估包括检测毒力因子、毒素产生、溶血活性及代谢有害效应(如D-乳酸生成);微生物毒力与致病性--评估微生物是否携带侵袭、定植或毒素产生的基因,即使其为常见肠道细菌;传染性--罕见感染病例(菌血症、真菌血症)已发生,主要见于危重症或免疫功能低下患者;遗传稳定性--微生物必须长期保持遗传稳定性,以确保在生产或摄入过程中不会进化出有害特性;抗生素耐药性--检测抗生素耐药基因及其向有害肠道细菌转移的风险。理想情况下,益生菌应对临床相关抗生素敏感;
监管与质量标准--符合美国“普遍认为安全”(GRAS)或欧盟“合格安全推定”(QPS)的要求,且安全性还与生产标准(c- GMP)相关;人群与风险因素--该组因素可能包含多个要点。免疫功能低下患者:免疫系统受损者(如化疗或HIV感染者)可能无法清除“活体”益生菌,从而导致感染。危重症患者:益生菌常禁用于重症监护患者、重症急性胰腺炎患者或使用中心静脉导管者。婴儿:早产儿或免疫功能未发育者需极度谨慎,因其存在微生物侵袭风险及肠道通透性增加;计算技术--现代计算机技术(人工智能、大数据等)的潜在应用领域。
综上所述,益生菌安全性是一个复杂问题,取决于多种因素,如菌株特异性特性、剂量、存活率和给药方式。虽然益生菌对健康人群通常安全,但可能引发易感人群感染,包括免疫系统受损或屏障功能受损者。菌株特异性代谢活性及抗菌素耐药基因的存在也可能带来风险。全面的安全性评估至关重要,包括全基因组测序、表型检测和临床前研究,特别是对于缺乏长期安全记录的新型益生菌(NGPs)。采用综合方法并严格遵守监管要求,是确保益生菌安全性的关键。益生菌安全性评估需要整合基因组学、表型、功能和临床评估的多层次综合方法。安全性应理解为菌株特异性和宿主依赖性,而非在属或种水平上进行泛化。进展不仅取决于测序和生物信息学的进步,还依赖于标准化方法、统一报告以及验证微生物机制与临床结局相关联的生物标志物。这种整合对于在基于微生物组的治疗中平衡创新与患者保护至关重要。
4.计算技术在新型益生菌开发中的应用
益生菌研究正日益采用计算技术,包括全基因组测序、计算机功能注释、比较基因组分析、通路重建以及基于人工智能的预测模型,以支持特定菌株的分析与筛选。这些方法主要用于发现与安全性筛选的早期阶段,以识别潜在的抗生素耐药基因、毒力相关性状及可移动遗传元件,从而实现风险评估与监管评价,并支持表型分析与临床验证。
例如,利用专业数据库进行基因组筛查能够识别抗生素耐药基因和毒力因子,既节省时间又能覆盖传统临床试验方法难以实现的安全性评估。基因组筛查已被提议作为标准安全性方案的有效且省时的替代或补充手段,但尚未提供具体时间对比数据。不过有研究仅基于传统文献综述方法,对622项益生菌安全性研究结果进行了分析,这表明截至相关研究阶段,计算方法在益生菌安全性评估中的应用尚处于整合的早期阶段。
计算技术已被整合到益生菌研发过程的所有阶段,涵盖基因组筛选、预测性安全性评估、功能建模和监管评估。基于全基因组测序的基因组筛选能够通过计算机模拟检测抗生素耐药基因、毒力相关因子和可移动遗传元件,从而为现代益生菌安全性评估提供基础。毒理学预测(包括基于基因组的危害预测和开发机器学习模型)正在研究中,以预测不良特性并减少对大量体内试验的依赖,尽管其在益生菌中的应用仍处于初步阶段。利用系统生物学、代谢网络重构和计算机模拟的宿主-微生物相互作用建模,为潜在功能影响和菌株特异性机制提供了见解,支持临床验证前的假设生成。与此同时,整合生物信息学与多组学及数字健康数据的实时监测技术,正开始实现对益生菌菌株及宿主反应的长期追踪,特别是在转化医学和上市后环境中。
计算工具可通过实现全基因组测序分析、早期检测抗生素耐药基因、毒力相关性状、水平基因转移潜力及其他潜在负面代谢特征,从而降低与非传统益生菌(NGPs)相关的风险,加快菌株筛选与监管评估。特别是对于源自肠道共生菌且缺乏长期安全使用历史的非传统益生菌候选菌株——如阿克曼菌、粪杆菌、拟杆菌和梭菌属——这些方法至关重要,其中计算机模拟分析可补充表型测试以加速安全开发。
这些计算工具正在不断发展,并逐渐融入监管流程中。基因组学与生物信息学分析通过补充表型检测,既有助于安全评估与文件记录,也凸显了建立标准化、透明化且经过验证的计算流程的必要性。
近年来,一系列现代技术通过突破性进展正在革新安全防护标准。例如:借助人工智能算法(特别是DeepMicro算法——该技术能以远超传统培养法的速度和精度分析测序数据,快速识别细菌种类及潜在病原体)可加速基因组风险筛查;通过整合AI的大数据平台(如抗生素耐药性综合数据库CARD或ResFinder),实现抗生素耐药基因(ARG)和毒力因子的基因组级检测;基于机器学习模型预测特定tRNA序列,从而区分安全益生菌与危险肠道病原体,助力早期筛查。
益生菌研究利用计算工具,包括基于机器学习的预测器如DeepMicro以及基于同源性的基因组筛选平台如CARD和ResFinder,这些工具在机制和可解释性方面存在显著差异。DeepMicro利用深度学习从基因组或微生物组数据中推断结果,但高度依赖高质量训练数据和外部验证。相比之下,CARD和ResFinder使用精心整理的数据库来识别已知的抗生素耐药基因,提供明确结果,但可能无法检测到新型、异常或调节的耐药机制。这些方法可能因注释阈值、数据库偏倚、碎片化组装等因素导致假阳性和假阴性结果,模型过拟合问题也需重视,强调在评估益生菌的安全性和有效性时,需要对照表型数据进行仔细验证并谨慎解读。
人工智能在预测毒理学的发展中发挥着重要作用,通过机器学习(ML)模型可预测微生物代谢物及其生理功能,并在体内测试前识别潜在毒性活性。利用人工智能评估弱势群体的安全性程度,需通过分析海量数据并识别特定副作用“风险因素”(如肠道屏障功能受损或免疫抑制状态),从而实现益生菌更安全的应用。采用人工智能分析大数据进行实时监测,可通过提供不良事件监测和更精准的菌株实时追踪,简化临床试验流程,从而更全面地评估益生菌的安全性特征。
人工智能可用于分析来自各种组学技术的大数据,基于代谢组学等数据创建益生菌的安全性档案,其中人工智能评估代谢物的产生,以确保菌株不会产生与各种健康风险相关的有害物质。人工智能能力的增长正在推动新领域的发展,例如益生元组学,其中计算模型被用于预测益生菌基因组将如何与宿主免疫系统或现有微生物群相互作用,确保稳定定植且无副作用。
诸如全基因组测序和生物信息学分析等计算工具,正越来越多地被纳入益生菌监管档案中,作为菌株特征和安全性的支持证据,前提是这些方法必须透明、可重复且能与表型数据共同解读。相比之下,基于人工智能的预测目前仍被视为实验性结果,必须经过严格的外部验证和生物学确认才能被监管机构采纳,这凸显了计算方法对现有基于标准化表型测试和菌株级文件的安全评估的补充作用。尽管人工智能和深度学习模型在益生菌研究中具有潜力,但其被监管机构接受的障碍在于性能缺乏明确性,因为不可解释的预测无法提供与生物过程及菌株特定安全特性之间的明确关联。
为解决这一问题,欧盟通过了《人工智能法案》,该法案在该领域制定了统一规则,并要求在存在高安全风险的应用中披露信息,以防止使用不公开决策过程信息的“黑箱”模型。
尽管人工智能无疑加速了筛查进程,但监管标准仍要求传统人工审核。因此,人工智能的应用可能引发若干潜在挑战。例如,不同平台在序列测定中生物数据集的高度变异性导致源数据可靠性问题,这无疑低估了人工智能模型的准确性。尽管具有潜力,基于人工智能的预测仍需通过严谨的实验与临床验证来确保人类安全,因为目前缺乏统一的方法验证体系。与数据隐私、算法透明度及基于人工智能的人类安全研究缺乏协调指导相关的伦理与监管问题,是技术发展面临的主要障碍。
基于数字技术的最新进展,可以推测在不久的将来,将有可能观察到全基因组筛查与传统临床验证结合成为一种新兴方法,而非既定标准。计算方法最适用于早期菌株筛选和机制风险识别,以避免昂贵的临床试验。
综上所述,益生菌研究正日益采用全基因组测序、生物信息学和先进人工智能技术等计算方法,通过识别抗生素耐药基因、毒力因子及其他潜在风险,加速早期菌株鉴定、安全性评估和风险研判进程。在监管评估中,表型检测常与基因组学及生物信息学方法相辅相成;然而基于人工智能的预测仍处于实验阶段,主要受数据质量、标准化、可解释性及验证等难题制约。预计计算方法将作为传统临床与安全性评估的补充手段,其主要影响将在体内试验和临床试验前显现。
5.结论
许多医师提倡使用益生菌,因其能够治疗、预防或缓解多种疾病的病程。然而,尽管益生菌具有诸多积极的健康效应,其使用相关的潜在风险亦需予以考量。目前已知的大多数不良反应均见于个别临床病例,仅有少数随机对照试验报告了不良反应。
虽然健康人群摄入益生菌通常安全,但对免疫功能低下者使用时需谨慎。不同菌株对健康的影响存在差异,其对疾病的影响也不应视为完全相同。临床数据显示,尽管益生菌对健康人群普遍安全,但可能对易感群体构成风险,这凸显了需要进行细致的风险-获益评估。微生物组科学与组学技术的进步不仅深化了对其作用机制的理解,同时也揭示了高度依赖菌株、剂量、宿主及使用情境的安全风险。
针对新型益生菌产品的注册法规与指导原则正在持续完善。这些要求的最终目标不仅是验证其功效,更要确保商业益生菌的安全性——随着益生菌产品市场的蓬勃发展,相关产品种类已显著增加。因此,监管框架明确区分了食品级益生菌与医药产品或活体生物制剂,后者需提供包括基因组特征分析在内的严格安全性、有效性及质量证据。
总体而言,未来益生菌的研发进展将取决于协调统一的监管体系、扎实的临床证据,以及将现代基因组学与计算工具整合到安全性评估中的实践。唯有通过全球监管的协同、基于菌株特异性的精准研究,以及计算技术与传统临床验证的深度融合,才能在推动益生菌创新应用的同时,最大程度保障公众健康,实现益生菌从健康维护到疾病治疗的负责任扩展。