生物、医药和医疗器械技术

1.1 技术水平嗜黏蛋白阿克曼氏菌（ Akkermansia muciniphila）简称 AKK 菌，是一种分布在人类的消化道中的革兰阴性厌氧菌，约占人体主要微生物群落总数的 3%~5% [1] 。有效性AKK 菌丰度的增加利于宿主代谢性疾病、肿瘤免疫治疗、神经系统疾病的治疗 [2] 。AKK菌成为潜在靶点以改善肥胖、抵抗糖尿病、抑制肝脏疾病、抗 衰老、 和心脑血管系统紊乱等引发的疾病。这使其成为当前肠道微生态研究领域中炙手可热的“明星菌”。安全性临床试验结果表明，口服 AKK 菌是安全的 [3, 4] 。国际乳品联盟关于微生态制剂最低销售标准活菌数 10 7 CFU/g。实验数据表明，人类志愿者口服 1×10 10 CFU 剂量的不论是活菌还是死菌的 AKK 菌都是非常安全，未出现不良反应 [5] 。技术瓶颈与乳酸杆菌等商业化的益生菌相比，AKK 菌体外工业化培养的技术尚不成熟。存在不易培养、生长缓慢、产量低等瓶颈问题，难以解决。潜在的技术突破口本项目要解决的技术问题是提供一种能够促进 AKK 菌生长的来源于药食同源的膳食补充剂。在体外，可用于适合人类使用的 AKK 菌的大规模的生产，方便且经济；在体内，可作为膳食补充剂，服用安全，通过提高 AKK 菌在肠道内的丰度，对某些疾病的预防和治疗起到一定的作用。应用前景和意义随着“健康中国”战略的提出，养生保健在中国成为新风尚。“药食同源”是现代人们对于药食关系及其应用的总结，与此同时，药食同源一词逐渐广为人知。因此，本项目采用药食两用的药物作为体内提高 AKK 菌丰度的益生元，能用于养生保健、疾病预防和辅助治疗。AKK 菌是一种厌氧菌，作为一种“明星好菌”近年来受到人们广泛关注。本项目用于 AKK菌工业化体外培养，能促进 AKK 菌增殖，提升工业化体外培养 AKK 菌产量。1.2 新颖性药食同源食品能作为辅料添加在培养基中提高 AKK 菌产量，用于工业化培养的大规模生产，方便且经济。且全部原料满足《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》(GB2760-2017)，故本方法适用于食品及药品级 AKK 菌的工业化生产。口服这些对人体安全的膳食补充剂，可以提高患者肠道 AKK 菌数量，对于存在 AKK 菌数量减少的疾病达到预防和治疗的目的，如糖尿病、高血压、高血脂、肝脏系统及心脑血管系统的疾病、肿瘤的辅助治疗等。1.3 先进性本项目是国内首次系统性确定药食同源中药体内外提高 AKK 菌的益生元作用。2022 年3 月，申请者以第一发明人已授权国家发明专利 “一种提高 AKK 菌数量的方法”（专利号CN202110426353.8）1 项。1.4 独特性本项目首次提供了一些药食同源中药的膳食补充剂，这些膳食补充剂在体内或体外均能提高 AKK 菌数量。申请人检索到专利“一种高密度培养艾克曼嗜黏蛋白菌的方法”（专利公开号CN110079474A），主要是利用特定氨基酸组合替代培养基中天然组成氮源(如蛋白胨、酵母抽提物等)提高体外 AKK 菌培养密度的方法。与此专利相比，本项目的专利是利用一种或几种药食同源类中药的低浓度水煎液提高体外 AKK 菌的数量，具有操作简单、成本低、安全性高的特点。本项目提供的体内提高 AKK 菌丰度的药食同源膳食补充剂，在国内外专利为首次公开。

2.1 市场规模及增长趋势目前市场研发产品多为酸奶、奶粉、发酵饮料、胶囊、滴剂等益生菌类保健食品，其中以发酵乳制品为主，深受广大人群喜爱。近年来我国益生菌市场规模不断上升，特别是新冠疫情爆发以来，大众对益生菌类产品的需求增大，益生菌年复合增长率连年上升，维持在 15~18%左右，预计 2022 年将达到 900 亿人民币的市场规模 ，发展前景广阔 [6-8] 。2 2.2 竞争对手及竞争优势从应用角度，益生菌市场分为益生菌食品和膳食补充剂两大类。益生菌食品为目前市场上所占份额最多的产品，而膳食补充剂多为益生元类产品 [9] 。目前市场上对益生菌食品的研究最多，但益生菌膳食补充剂类的产品并不丰富。因此，本项目的优势在于：第一，药食同源类的原料，通过引用特殊膳食提高肠道内 AKK 菌等益生菌的数量达到防病治病的作用。第二，在体内，膳食补充剂可以直接提高人体肠道内的 AKK 菌数量，且研究证实 AKK菌对自闭症 [10] 、肥胖 [4, 11, 12] 、糖尿病 [13] 、脂肪肝 [14] 等代谢、营养疾病有一定的改善作用，而常见的益生菌食品在加工、保存及食用方面常常由于环境的影响导致其失活而影响功效 [15, 16] ；在体外研究中，膳食补充剂可作为辅料来提高 AKK 菌的产量，在达到大规模生产的同时保证成本的最小化。第三，目前市场上的促进益生菌的益生元多为功能性低聚多糖和多糖类，其制作工艺既繁琐又耗费财力，而中药含有多糖等成分，其在疾病的预防和治疗中可以发挥益生元的作用[17]，提升人体内的 AKK 菌。3 2.3 销售预测由于消费者对健康营养的需求不断提升，益生菌的市场越来越广阔，目前市场上销售的AKK 菌类产品较少且价格高昂，本项目是药食同源中药与 AKK 菌的完美结合，不但适合于大规模的 AKK 菌工业生产，还能提高人体肠道 AKK 菌的数量，其简单、安全、方便且经济，克服了工业化生产的条件不成熟、不易培养、生长缓慢、产量低等问题，其市场前景非常乐观。相比之下价格又比较适中，因而预测其会有十分火爆的销售市场。参考文献[1]马文玉，冯世秀，陈乃宏，嗜黏蛋白艾克曼菌的药理作用研究进展. 中国中药杂志, 2021.46(11): 2760-2765.[2]陶晴，王嫘，彭宇明，高千, 嗜黏蛋白阿克曼氏菌在疾病中的保护性作用及机制. 微生物学通报, 2022: 1-17.[3]Ting Zhang, Qianqian Li, Lei Cheng , Heena Buch, Faming Zhang, Akkermansia muciniphila is apromising probiotic. Microb Biotechnol, 2019. 12(6): p. 1109-1125.[4]Clara Depommier, Amandine Everard , Céline Druart , Hubert Plovier , Matthias Van Hul , SaraVieira-Silva , Gwen Falony , Jeroen Raes, Dominique Maiter, Nathalie M Delzenne, Marie deBarsy , Audrey Loumaye , Michel P Hermans , Jean-Paul Thissen , Willem M de Vos , Patrice DCani， Supplementation with Akkermansia muciniphila in overweight and obese human volunteers:a proof-of-concept exploratory study. Nat Med, 2019. 25(7): p. 1096-1103.[5]Hubert Plovier , Amandine Everard , Céline Druart , Clara Depommier, Matthias Van Hul, LucieGeurts, Julien Chilloux , Noora Ottman , Thibaut Duparc , Laeticia Lichtenstein , AntonisMyridakis , Nathalie M Delzenne , Judith Klievink , Arnab Bhattacharjee , Kees C H van derArk , Steven Aalvink , Laurent O Martinez , Marc-Emmanuel Dumas, Dominique Maiter , AudreyLoumaye , Michel P Hermans , Jean-Paul Thissen , Clara Belzer , Willem M de Vos,Patrice D CaniA purified membrane protein from Akkermansia muciniphila or thepasteurized bacterium improvesmetabolism in obese and diabetic mice. Nat Med, 2017. 23(1): 107-113.[6]钱瑜，白杨, 益生菌市场引各大乳企入局. 食品界, 2021(03): 64-66.[7]张语晨, 益生菌产品全球研发趋势概述. 食品安全导刊, 2019(25): 47-49.[8]于洁，张和平, 益生菌发酵乳的研究及产业化进展. 中国食品学报, 2020. 20(10): 1-7.[9] 毛开云，陈大明，范月蕾，江洪波，益生菌产业竞争态势分析研究. 竞争情报, 2018. 14(02):30-34.[10] Christopher Newell, Marc R Bomhof , Raylene A Reimer, Dustin S Hittel, Jong M Rho, JaneShearer, Ketogenic diet modifies the gut microbiota in a murine model of autism spectrum disorder.Mol Autism, 2016. 7(1): 37.[11]Amandine Everard , Clara Belzer, Lucie Geurts, Janneke P Ouwerkerk, Céline Druart, Laure BBindels, Yves Guiot, Muriel Derrien, Giulio G Muccioli, Nathalie M Delzenne, Willem M deVos, Patrice D Cani, Cross-talk between Akkermansia muciniphila and intestinal epitheliumcontrols diet-induced obesity. Proc Natl Acad Sci U S A, 2013. 110(22): 9066-71.[12]Jing Zhang , Yueqiong Ni , Lingling Qian , Qichen Fang , Tingting Zheng , MingliangZhang , Qiongmei Gao , Ying Zhang , Jiacheng Ni, Xuhong Hou, Yuqian Bao , Petia Kovatcheva-Datchary , Aimin Xu , Huating Li , Gianni Panagiotou , Weiping Jia, Decreased Abundance ofAkkermansia muciniphila Leads to the Impairment of Insulin Secretion and Glucose Homeostasisin Lean Type 2 Diabetes. Adv Sci(Weinh), 2021. 8(16): e2100536.[13]Ling Zhang , Qianqian Qin, Manni Liu , Xiangling Zhang , Fang He , Guoqing Wang,Akkermansia muciniphila can reduce the damage of gluco/lipotoxicity, oxidative stress andinflammation, and normalize intestine microbiota in streptozotocin-induced diabetic rats. PathogDis, 2018. 76(4).[14]Yong Rao, Zhiqi Kuang , Chan Li, Shiyao Guo , Yaohao Xu , Dandan Zhao , Yutao Hu , Bingbing二、项目团队Song , Zhi Jiang , Zhenhuang Ge , Xiyuan Liu , Chengdao Li, Shuobin Chen , Jiming Ye , ZhishuHuang , Yongjun Lu , Gut Akkermansia muciniphila ameliorates metabolic dysfunction-associated fatty liver disease by regulating the metabolism of L-aspartate via gut-liver axis. GutMicrobes, 2021. 13(1): 1-19.[15]中国食品科学技术学会益生菌分会, 2021 年我国益生菌产业发展十大焦点. 中国食品学报:1-6.[16]段昊, 吕燕妮, 闫文杰, 益生菌在我国保健食品中的应用进展. 食品工业科技, 2022. 43(03):384-394.[17] 张树辉，部繁，段正兰，丁洋， 陈拓， 周锦勇， 施国平， 陈玉根，中药促进 Akk 菌功能发挥的研究进展. 中医药信息, 2020. 37(06): 118-123.