黃酮類化合物對(duì)腸道微生物的影響及其機(jī)制研究進(jìn)展

趙佳偉，袁杰彬，安明哲，李 茂，張偉建，陸 培

（宜賓五糧液股份有限公司，四川宜賓 644007）

黃酮類化合物是指含有2-苯基色原酮(C6-C3-C6)結(jié)構(gòu)的一類化合物。黃酮類在自然界分布廣泛，大多數(shù)與糖結(jié)合成糖苷或者碳糖基的形式存在[1]。黃酮類化合物主要包括黃烷酮、黃酮醇、異黃酮、花色苷和黃酮(圖1)[2]。黃酮類化合物廣泛存在于我們的日常飲食中，如蔬菜、水果、茶葉和可可中，如今也被認(rèn)為是各種藥物、保健食品和化妝品中必不可少的成分[3]。黃酮類化合物具有廣譜的藥理活性和廣泛的生物學(xué)效應(yīng)，例如抗氧化作用，可預(yù)防心血管疾病、癌癥[4]，還能減少炎癥和調(diào)節(jié)腸道菌群[5]，被廣泛的應(yīng)用在發(fā)酵工業(yè)和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)中。

黃酮類化合物可以調(diào)節(jié)人體腸道菌群，對(duì)健康產(chǎn)生積極的影響。黃酮類物質(zhì)通過(guò)抑制有害菌(腸桿菌、鏈球菌等)的同時(shí)增加雙歧桿菌等益生菌的豐度，來(lái)改善炎癥性腸病[6]。有學(xué)者研究表明，補(bǔ)充黃酮類化合物可以增強(qiáng)腸道中乳桿菌和雙歧桿菌的相對(duì)豐度，同時(shí)降低盲腸中大腸桿菌的相對(duì)豐度[7]。還有研究指出，黃酮類化合物可以改善因暴露在油煙中而導(dǎo)致的小鼠腸道菌群紊亂[8]。黃酮類化合物對(duì)人體健康有著顯著的影響，但是具體的影響機(jī)制還不清楚。本文主要綜述了國(guó)內(nèi)外黃酮類化合物對(duì)腸道微生物的影響(如表1，圖2所示)。

圖1 黃酮類化合物結(jié)構(gòu)圖

圖2 黃酮類化合物對(duì)腸道菌群影響的示意圖

1 黃酮醇

黃酮醇類是指含有2-苯基-3-羥基類結(jié)構(gòu)的化合物[9]。黃酮醇主要分布在雙子葉植物中，尤其是木本植物的花朵和葉子。最常見(jiàn)的黃酮醇是山奈酚、槲皮素和楊梅素衍生物[10]。研究表明，補(bǔ)充槲皮素可以增加小鼠腸道菌群多樣性及改變菌群結(jié)構(gòu)，特別是使費(fèi)克藍(lán)姆氏菌屬(Facklamia)和氣球菌屬(Aerococus) 等菌屬的相對(duì)豐度提高。并且小鼠認(rèn)知功能的改善可能也與腸道菌群的變化有關(guān)。Firrman等[11]研究結(jié)果顯示，槲皮素可以通過(guò)抑制ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的合成和細(xì)胞壁的形成，來(lái)抑制Bifidobacterium catenulatum(B.catenulatum)和Enterococcus caccae(E.caccae) 的活性。研究指出，山奈酚、槲皮素等物質(zhì)通過(guò)提高腸黏膜中丁酸受體和調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達(dá)，來(lái)穩(wěn)定腸道菌群的結(jié)構(gòu)，從而減少酒精對(duì)腸道屏障的損傷[12]。陳小連等[13]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充紫云提取物(鼠李秦素為主)可以優(yōu)化母豬腸道菌群，可顯著增加腸道中乳桿菌屬和雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)細(xì)菌的數(shù)量，并且在添加100 g/L 時(shí)能降低大腸埃希氏菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌的數(shù)量。還有研究結(jié)果顯示，在長(zhǎng)期口服二氫楊梅素的情況下可顯著降低小鼠腸道厚壁菌門(Firmicutes)/擬桿菌門(Bacteroidetes)的比值（F/B）[14]。F/B 比值被認(rèn)為是腸道健康狀態(tài)的指標(biāo)，該指標(biāo)上升則表明患有肥胖和Ⅱ型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)增大[15]。該研究還表明，楊梅素可以影響Allobaculum和Parabacteroides菌種的含量，進(jìn)而導(dǎo)致F/B 比值的變化；還會(huì)降低芽孢梭菌(Clostridium)的相對(duì)含量，其他黃酮類化合物（如：黃酮、黃酮醇、異黃酮等）也有此現(xiàn)象[16]。綜上，黃酮醇主要通過(guò)降低F/B比值，維持腸道菌群結(jié)構(gòu)；通過(guò)抑制轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和細(xì)胞壁合成，來(lái)抑制病原菌的生長(zhǎng)。

2 黃烷酮

具有二氫色原酮結(jié)構(gòu)的黃酮類化合物被稱作黃烷酮，在柑橘類水果中最為常見(jiàn)[17]。黃烷酮主要包括：橙皮素、柚皮素、圣草素等?，F(xiàn)代研究表明，黃烷酮類化合物對(duì)炎癥、癌癥有顯著的治療效果。通過(guò)研究荔枝皮多酚（主要成分為黃烷酮、黃酮醇和花青素）對(duì)腸道微生物的影響后發(fā)現(xiàn)，梭狀桿菌屬(Fusobacterium)和脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)的含量顯著增加，并且腸球菌屬(Enterococcus)和考拉桿菌屬(Phascolarctobacterium)是協(xié)同生長(zhǎng)[18]。Lima等[19]研究發(fā)現(xiàn)，每日補(bǔ)充橙皮素和橘皮素可以增加人體腸道中雙歧桿菌和乳酸桿菌的豐度，進(jìn)而增加了短鏈脂肪酸(SCFAs)的含量發(fā)揮益生作用。其他研究也有相似的結(jié)論，即在補(bǔ)充橙皮苷和柚皮苷后，對(duì)人體腸道內(nèi)的腸球菌和腸桿菌(Enterobacter)具有抑制作用，抑制效果與濃度成正比；對(duì)乳酸桿菌和雙歧桿菌起促進(jìn)作用，促進(jìn)效果與濃度成反比[20]。而補(bǔ)血草黃酮類提取物（主要成分為楊梅素、圣草素、槲皮素）在濃度為2.0 g/L 時(shí)，可以抑制金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、枯草桿菌和大腸桿菌的生長(zhǎng)[21]。同時(shí)也有研究指出，黃烷酮類化合物對(duì)大腸桿菌等革蘭氏陰性菌抑制效果較差，可能是由于細(xì)胞壁的不同導(dǎo)致的[22]。上述研究說(shuō)明，黃烷酮可以增加SCFAs 的含量，發(fā)揮益生作用，來(lái)提高腸道益生菌的數(shù)量；并且還能抑制有害微生物的生理活性，保護(hù)腸道健康。

3 異黃酮

異黃酮是以5 位氫原子或羥基化學(xué)結(jié)構(gòu)為主的一類化合物，作為黃酮類物質(zhì)重要的一個(gè)分支主要存在于豆科植物中[23]。大豆異黃酮苷元包括染料木素、大豆異黃酮、黃豆黃素等[9]。異黃酮進(jìn)入人體被腸道微生物分解成O-Dma(可以抑制癌癥，減少骨質(zhì)流失，預(yù)防肥胖和減緩炎癥)，從而對(duì)人體健康產(chǎn)生影響[24]。據(jù)研究表明，染料木素可以降低乳球菌屬和脆弱擬桿菌(Bacteroides fragilis)的生長(zhǎng)速率，并且32 μg/mL 的染料木素和雌馬酚能促進(jìn)鼠李糖乳桿菌(Lactobacillus rhamnosus)和普拉梭菌(Faecalibacterium prausnitzii)的生長(zhǎng)[25]。說(shuō)明異黃酮苷元及其代謝物可以調(diào)整腸道中的一些關(guān)鍵微生物種類，來(lái)發(fā)揮益生作用。另一項(xiàng)研究也表明，大豆異黃酮和抗性淀粉，可以通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群中雙歧桿菌的豐度，來(lái)促進(jìn)雌馬酚的合成，進(jìn)而可以抑制骨髓炎癥相關(guān)基因的表達(dá)[26]。除了已經(jīng)被廣泛報(bào)道的腸球菌屬、乳酸球菌屬和擬桿菌外，還有研究認(rèn)為，大豆異黃酮還會(huì)對(duì)腸道微生物中紅蝽菌科的克阿德勒克羅伊茨菌(Adlercreutzia equolifaciens)、黏膜乳桿菌(Lactobacillus mucosae)、大芬戈?duì)柕戮?Finegoldia magna)產(chǎn)生促進(jìn)作用[27-28]。除此之外，許多研究還顯示，異黃酮類物質(zhì)可以抑制有害細(xì)菌的生長(zhǎng)，如：100 μg/mL 濃度下的異黃酮會(huì)對(duì)李斯特菌(Listeria monocytogenes)、大腸桿菌(Escherichia coli)、哈維氏弧菌(V.harveyi)和枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)產(chǎn)生抑制[29]。異黃酮類化合物抑菌機(jī)制，可能是通過(guò)影響DNA、RNA 和蛋白質(zhì)合成來(lái)調(diào)控細(xì)胞的程序性死亡；破壞細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的完整，抑制細(xì)菌的呼吸作用；還可以通過(guò)抑制細(xì)菌外毒素的分泌，從而影響細(xì)菌的發(fā)病機(jī)理[30-31]。

4 花色苷

花色苷廣泛存在于自然界中，是由高等植物次生代謝產(chǎn)生的水溶性色素[32]，是黃酮類化合物重要的組成部分，具有抗炎、抗氧化、抑制糖尿病和肥胖等功效，其主要包括花青素[9]。研究證實(shí)，紫薯花色苷對(duì)傷寒沙門氏菌(Salmonella)和志賀氏菌(Shigella Castellani)具有良好的抑制效果[33]，這與王艷麗等[34]的研究結(jié)果相似，即紫甘薯花色苷可以抑制大腸桿菌。藍(lán)靛果花色苷對(duì)大腸桿菌(Escherichia coli)和金黃色葡萄球菌有一定的抑制作用[35]。這主要是花色苷可以抑制細(xì)菌的酶活，作用于細(xì)菌的代謝。此外，Peng 等[36]的研究發(fā)現(xiàn)，枸杞花色苷會(huì)影響腸道菌群的豐富度(包括：Barnesiella，Alistipes，Eisenbergiella，Coprobacter和Odoribacter均有增殖)，菌群越少，健康狀況就越差[37]，同時(shí)糞便和盲腸中SCFAs 含量顯著增加。其中Barnesiella和Eisenbergiella可以利用葡萄糖產(chǎn)生SCFAs；Odoribacter是一種產(chǎn)丁酸的細(xì)菌，其高豐度與肥胖和心腦血管疾病呈負(fù)相關(guān)[38]。有學(xué)者研究花青素對(duì)腸道微生物的影響后發(fā)現(xiàn)，花青素能顯著降低厚壁菌門的組成和豐度，提高擬桿菌門的豐度和含量[39]。從而降低了F/B 比值，提高人體健康水平。廣泛的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，花青素可以增加雙歧桿菌、乳桿菌、紅蝽?xiàng)U菌(Coriobacteriaceae)、Akkermansia和脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)在腸道內(nèi)的豐度[40-42]。從上述研究可以看出，花青素可以代謝形成SCFAs，發(fā)揮益生功能，來(lái)促進(jìn)乳桿菌、雙歧桿菌、紅蝽?xiàng)U菌和擬桿菌門的豐度。并且花青素通過(guò)氫鍵與膜蛋白連接，這樣花青素可以在細(xì)胞膜上自由的接受或者貢獻(xiàn)電子，破壞病原菌結(jié)構(gòu)抑制其生長(zhǎng)[43]。同時(shí)花青素因?yàn)榫哂酗@著的抗氧化性，可以保護(hù)腸道的健康。

5 黃酮

黃酮是指以苯基色烯-4-酮為母核的一類化合物，多存在于中草藥和谷物之中，包括芹菜素、黃芩素、白楊素、木犀草素等[9]，具有抗氧化、抗炎癥、提高免疫系統(tǒng)等功效。研究顯示，藜麥黃酮對(duì)細(xì)菌具有抑制作用，其中對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和芽孢桿菌具有顯著的抑制效果[44]。通過(guò)研究苜蓿黃酮對(duì)腸道菌群的影響發(fā)現(xiàn)，苜蓿黃酮可以影響結(jié)腸中細(xì)菌的菌群結(jié)構(gòu)，增加梭菌屬、胃球菌屬和糞球菌屬的豐度，降低了Blautia和普氏菌屬(Prevotella copri)的豐度[45]。在研究大蔥提取物(主要成分：生物堿、黃酮、糖苷)對(duì)微生物的影響發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濃度在8 g/L 時(shí)，對(duì)大腸埃希氏桿菌(Escherichia coli)、白色念珠菌(Candida Albicans)、金黃色葡萄球菌和芽孢桿菌具有顯著的抑制作用[46]。其他研究也有相似的結(jié)果，即木犀草素和芹菜素在濃度達(dá)到2 g/L時(shí)，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌(如：金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、糞腸球菌)有顯著的抑制作用[47]。這可能是由于黃酮化合物可以破壞病原菌生物膜結(jié)構(gòu)，從而抑制菌體的生長(zhǎng)繁殖。同時(shí)有研究表明，白柑橘果皮提取物(陳皮素、諾皮素、黃芩素、五甲氧基黃酮)可以影響細(xì)胞膜的通透性和改變細(xì)胞壁脆性[48]。這可能也解釋了黃酮化合物抑制病原微生物活性的機(jī)制。除了抑制有害微生物的生長(zhǎng)外，還會(huì)促進(jìn)腸道中益生菌的生長(zhǎng)。中草藥中富含黃酮(如：銀杏黃酮苷、黃芩素、木犀草素、葛根素和二氫黃酮等)，大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其會(huì)影響腸道微生物的組成結(jié)構(gòu)。補(bǔ)充中草藥提取物可以提高小鼠腸道中乳桿菌屬、雙歧桿菌屬等益生菌的豐度，來(lái)改善糖尿病、肥胖、高血脂等疾病[49]。除此之外，黃酮化合物還可以修補(bǔ)損傷的腸黏膜，提高蛋白質(zhì)分泌，進(jìn)而影響腸道菌群[50]。

6 總結(jié)與展望

黃酮類化合物對(duì)腸道微生物有著顯著的影響，并且通過(guò)調(diào)控腸道菌群的結(jié)構(gòu)，對(duì)人體健康起到積極的作用。黃酮類化合物主要通過(guò)促進(jìn)腸道益生菌的生長(zhǎng)提高其豐度，抑制病原菌來(lái)保證腸道菌群的完整，從而影響健康狀況(如表1 所示)。黃酮醇通過(guò)提高腸黏膜受體和連接蛋白的合成，來(lái)提高乳桿菌、雙歧桿菌、氣球菌屬和擬桿菌屬的豐度；通過(guò)抑制轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABC 和細(xì)胞壁的合成，來(lái)抑制病原微生物的生長(zhǎng)，保證菌群結(jié)構(gòu)的健康。黃烷酮通過(guò)產(chǎn)生SCFAs 來(lái)發(fā)揮益生功能，促進(jìn)乳桿菌、雙歧桿菌和脫硫弧菌屬的生長(zhǎng)；影響細(xì)菌細(xì)胞壁的合成，來(lái)抑制腸球菌屬、腸桿菌屬、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的繁殖。異黃酮是被降解成小分子物質(zhì)，發(fā)揮益生功能，來(lái)增加乳球菌屬、擬桿菌屬、普氏糞桿菌、A.equolifaciens、雙歧桿菌和乳酸桿菌的數(shù)量；抑制DNA、RNA 的合成和外毒素的分泌，來(lái)抑制李斯特菌、大腸桿菌、哈維氏弧菌的生長(zhǎng)?；ㄉ談t是可以提高雙歧桿菌、乳桿菌屬、Akkermansia、擬桿菌的豐度；通過(guò)與膜表面蛋白相結(jié)合，自由接受和貢獻(xiàn)電子破壞菌體結(jié)構(gòu)，來(lái)抑制沙門桿菌、志賀氏菌和厚壁菌的數(shù)量。最后黃酮是通過(guò)修補(bǔ)腸黏膜和提高蛋白質(zhì)分泌，來(lái)增加胃球菌、糞球菌、乳桿菌、雙歧桿菌等活性；影響細(xì)胞膜通透性和細(xì)胞壁脆性來(lái)抑制金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌的數(shù)量。

表1 黃酮類化合物對(duì)腸道微生物的影響及其機(jī)制

目前對(duì)黃酮類化合物研究的重點(diǎn)還是在其提取方法和其化學(xué)結(jié)構(gòu)等方面。而對(duì)黃酮類化合物對(duì)健康的影響，尤其是通過(guò)作用于腸道菌群，進(jìn)而影響人體健康等方面研究較少。本文綜述了黃酮類化合物對(duì)腸道微生物的影響，希望為后續(xù)研究黃酮類化合物影響腸道微生物，尤其是作用機(jī)制等方面，提供一定的參考。