植物多酚對腸道微生態影響的研究進展

李 浩 彭喜洋 吳湃萱 戴智勇 汪家琦 湛艷紅 何湘麗

(1. 澳優乳業〔中國〕有限公司，湖南 長沙 410200；2. 澳優食品與營養研究院，湖南 長沙 410200)

植物多酚是一類多羥基化合物，是廣泛存在于茶葉、葡萄、蘋果、酒類及多種水果和蔬菜中的具有多元酚結構的次生代謝物[1-4]。根據其化學結構，植物多酚可分為類黃酮和非類黃酮兩大類[5]。因其具有抗氧化、抗腫瘤、保護肝臟及抗肥胖等多種功能，植物多酚在食品領域具有廣泛的應用[6]。腸道微生物群在宿主的生理和代謝中起著重要的作用，對個人的健康至關重要[7]。隨著相關理論研究的發展和深入，研究者[5]發現植物多酚對維持腸道微環境的穩態有較大作用。迄今為止，許多試驗[8-10]結果證明多酚類物質可以抑制腸道內有害菌群的生長繁殖，促進有益菌如乳桿菌、雙歧桿菌等的生長，優化腸道內菌群的結構，因此研究者已將多酚類物質視為除益生元、益生菌之外的維護腸道健康的第三大調節因子。本文主要介紹了植物多酚與腸道菌群的關系，進一步闡述了植物多酚對腸道菌群生長繁殖的影響以及近期研究進展，以期為開發含植物多酚類的高質量食品和保健品提供依據。

1 植物多酚對腸道微生態的調節機制

人體是一個巨大的微生態系統，在成年人體內存在著100多種、10～100萬億個的細菌，約為人體細胞總數的10倍[11-12]。腸道不僅是人體消化吸收的重要場所，也是人類菌群的最大儲藏庫，約含有500種、1 011～1 012 U/g 的菌落，占腸道微生物總量的35%～50%，是一個多元化和充滿活力的復雜微生物生態系統[13]。Eckburg等[14]通過宏基因組研究發現，腸道微生物在系統發育地位上基本分屬厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、疣微菌門(Verrucomicrobia)、梭桿菌門(Fusobacteria)6大門，其中擬桿菌門和厚壁菌門為主要優勢菌群。而腸道微生物菌群的結構、功能及其產生的生物活性代謝產物對維持人體腸道健康具有重要意義[15]。在正常健康人體內，腸道微生態基本維持平衡狀態，腸道菌群與生物體互利共生，相互依存，共同維護著整個機體的各項平衡。生物體可為腸道菌群的正常繁殖生長提供其所需要的營養環境，而腸道菌群所具有的多種生理功能也能反過來保護人體健康。相反，如果腸道微環境的穩態變得紊亂失調，生物體原有的平衡被打破，外來病原體微生物的入侵、人體免疫防線的打破都將導致人體在營養、免疫上都遭到較大的影響，導致糖尿病、心腦血管疾病、高血壓以及自身免疫等疾病[16-19]，從而對人體健康造成極大危害[20-21]。

多酚類物質作為功能性物質，目前認為其調節腸道菌群的機制主要包括兩個方面，一方面多酚類物質可為腸道內微生物提供代謝底物，促進益生菌的生長繁殖；另一方面多酚類物質的抗菌活性能夠抑制腸道內有害菌群的生長，減少致病菌帶來的毒性[11]。這主要是因為多酚的羥基基團可以與有害菌細胞膜的脂質雙分子層結合從而破壞其正常功能，還可以通過產生的過氧化氫來破壞細胞膜的通透性，導致致病菌無法正常生長繁殖[8]；其次，多酚類物質可以通過與金屬離子的螯合作用形成復合物，使得微生物酶系無法正常催化反應，甚至還會抑制部分酶的酶活性，進而影響腸道內的一系列酶化反應[22]。

2 多酚類物質對腸道微生物的影響

目前的多酚類物質主要有多酚類單體物質以及多酚類混合物，其中按結構將多酚分類，其單體物質主要可分為類黃酮和非黃酮類物質。

2.1 類黃酮

類黃酮又稱生物類黃酮，是食品中含量十分豐富的一類植物多酚化合物，主要以結合態或自由態的形式存在于日常生活中常見的蔬菜、水果、茶葉、豆類等食品中。可進一步將類黃酮分為黃酮類、異黃酮類、黃酮醇類、黃烷酮類、黃烷醇類、花色苷混合物等幾大亞類。作為一種多酚類化合物，類黃酮因其豐富的種類和獨特的化學結構，同樣也具備著多酚物質重要的生理、生化功能活性，如抗炎癥、抗氧化、抗病毒等。近年來，由于人們對腸道菌群的平衡態與健康關系的進一步研究深入，發現類黃酮化合物對優化腸道菌群結構，維持腸道菌群的穩定性體現出十分可觀的功能活性。呂小迅等[23]采用濾紙片擴散法研究了黃芩的水煎液抑菌作用，研究結果表明黃芩水煎液中的黃酮類成分具有較好的抑菌作用，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的生長繁殖均有較明顯的抑制作用。李辛慧等[24]研究了鷹嘴豆提取液中的異黃酮類化合物在模擬胃液、腸液以及腸道菌群中的代謝情況，研究結果表明只有在腸道菌群環境中異黃酮類化合物才發生代謝分解成了更利于人體腸道吸收的物質。劉敏等[25]探究了藤三七類黃酮組分對腸道菌群的調節作用，與對照組相比，類黃酮組的細胞水腫情況得到了明顯的改善，腸道菌群變得更加多樣豐富，嗜膽菌屬細菌有所增加，結果表明類黃酮組分可以促進益生菌的生長繁殖，改善小鼠肝細胞的水腫現象，維持腸道菌群的平衡態。張蔚[26]探究了二氫黃酮苷與異黃酮苷和人體腸道細菌的相互作用關系，結果表明黃酮苷類物質對于病原菌如腸球菌、腸桿菌等的生長有抑制作用，且濃度越高抑制作用越強；同時黃酮苷類物質對有益菌如乳酸桿菌、雙歧桿菌的生長有促進作用，但黃酮苷類物質的濃度越高，促進作用越弱，表明黃酮苷類物質不僅會影響腸道菌群的穩定性，且影響程度和腸道菌群的種類和黃酮苷的濃度有關。為了了解紫色玉米色素與腸道菌群之間的關系，周波等[27]考察了紫色玉米色素對小鼠腸道中的乳桿菌、腸桿菌以及雙歧桿菌的數量變化影響，結果表明灌服后的小鼠腸道中乳桿菌、雙歧桿菌的數量變化差異均不顯著，但低劑量組中腸桿菌的數量明顯低于灌服前的數量(P<0.05)，而其他組的腸桿菌數量變化差異不顯著，揭示了花色苷色素類物質也可以促進腸道菌群中有益菌的生長繁殖。這些體外及體內試驗表明，不同種類的類黃酮類植物多酚可以選擇性促進腸道有益菌生長，或選擇性抑制如腸桿菌等微生物的繁殖，從而豐富腸道菌群的多樣性，維持腸道菌群的穩定。

2.2 非類黃酮

除了類黃酮類物質，植物多酚還包括一系列酚酸類、芪類等化合物，而這些非類黃酮類的多酚，在保護腸黏膜、優化腸道菌群結構進而維持腸道健康等方面也有一定作用。研究[28]表明，咖啡酸等酚酸類物質對腸道中的產氣莢膜梭菌(Clostridiumperfrigens)、大腸桿菌(Escherichiacoli)、假單胞菌(Pseudomonas)、沙門氏菌(Salmonellaenterica)等病原菌產生抑制作用，而對乳酸桿菌(Lactobacillus)和雙歧桿菌(Bifidobacterium)等益生菌的生長繁殖產生促進作用，從而起到優化腸道菌群結構，維護腸道健康的作用。除此以外，多酚中的芪類物質如白藜蘆醇等同樣也表現出了相似的生理活性。Mar等[29]探究了白藜蘆醇能否在可達到的膳食劑量下在體內發揮抗炎活性，將大鼠灌服白藜蘆醇[1 mg/(d·kg)]連續25 d，最后5 d給予5%右旋糖酐硫酸鈉(DSS)誘導結腸炎，并討論了微陣列對結腸組織損傷、腸道微生物群、活性氧種類、炎癥標志物、一氧化氮生成以及基因表達譜的影響。結果表明白藜蘆醇可增加DSS處理后的乳酸菌和雙歧桿菌的數量，降低腸桿菌的數量，能明顯保護結腸黏膜結構，減輕體重，降低全身炎癥標志物、結腸黏膜前列腺素E2、環氧化酶-2、前列腺素E合酶、一氧化氮水平。此外，與重要通路相關的2 655個基因在遠端結腸黏膜中的表達也存在差異。這些結果強化了白藜蘆醇作為腸道炎癥的一種飲食有益化合物的概念。Qiao等[30]研究了白藜蘆醇對高脂飲食小鼠體內腸道微生物、葡萄糖和脂質代謝的影響。通過采用熒光原位雜交和流式細胞術對腸道菌群變化進行監測和定量。結果表明，白藜蘆醇[200 mg/(d·kg)]可以改善高脂飲食引起的腸道菌群失調，增加擬桿菌門與厚壁菌門的比例，顯著抑制糞腸球菌的生長，增加乳酸菌和雙歧桿菌的生長，調節腸道微生物的組成結構，從而起到維護腸道菌群環境平衡態的作用。

3 混合多酚提取物對腸道微生態的影響

茶葉、葡萄、紅酒等多種食物中均含有豐富的多酚類物質，隨著近年來研究的深入，發現多酚類化合物對于維護生物體腸道菌群的健康十分重要，其中以茶多酚、葡萄多酚、紅酒多酚、可可多酚等為主。

3.1 茶多酚

在體外抗氧化試驗中，茶多酚均表現出了潛在的類似益生元的生理生化活性[31]，茶多酚對人體健康的益處可能與茶多酚的生物活性代謝物和人體腸道菌群的調節作用有關。Sun等[10]利用Caco-2 transwell系統對綠茶、烏龍茶和紅茶中的茶多酚和茶多酚在腸道中的吸收分別進行了探究，并對綠茶、烏龍茶和紅茶對人體腸道菌群的影響進行了評價，結果表明各樣品均誘導了某些有益菌的增殖，抑制了普氏擬桿菌和溶組織性梭菌的增殖。此外，茶多酚培養基中產生的短鏈脂肪酸(SCFA)也相對較高。這些結果揭示了綠茶、烏龍茶和紅茶中的茶多酚可以調節腸道菌群，產生短鏈脂肪酸，有助于改善人體健康。因此，飲用富含多酚類物質的茶，有利于腸道微生態，有利于宿主健康。為了研究烏龍茶多酚對腸道13個微生物群的調節作用，Cheng等[32]采用柱層析法制備了茶多酚，并采用高通量測序法分析了其對腸道14個菌群結構的影響。結果表明16種細菌的生物多樣性和17種產丁酸鹽和醋酸鹽的細菌屬的豐富度有了強勁的增長。茶多酚給藥4周后，擬桿菌門菌群大量增加，厚壁菌門菌群減少，相應的厚壁菌門菌門/擬桿菌門菌門比值減少，反映了茶多酚對腸道菌群有積極的正向調節作用。Wang等[33]采用了人植物區系相關小鼠模型，研究了高脂飲食和茶多酚對腸道微生物群和脂質代謝的協同作用。結果表明高脂飲食組結腸微生物群的豐富度和多樣性顯著增加(P<0.05)，擬桿菌門與厚壁菌門比值顯著升高(P<0.001)，進一步說明了茶多酚對高脂飲食小鼠的結腸微生物群組成和多樣性產生了相應影響，有利于增加腸道菌群的穩定性。

3.2 葡萄多酚

除茶多酚外，葡萄中也含有大量的植物多酚類物質，主要以花青素、黃酮醇類、酚酸類為主。大量動物體內試驗表明，葡萄多酚可以調節腸道活動，改變胃腸道的結構和功能。Viveros等[34]采用體內試驗研究了在葡萄果渣濃縮液和葡萄籽提取物喂養仔雞21 d后其腸道菌群和腸道形態的變化。飲食治療包括無抗生素飲食(CON)、陽性對照(AVP，50 mg/kg的阿佛帕星)以及不含抗生素的含葡萄糖精的飲食(GPC)或葡萄籽提取物(GSE，7.2 g/kg)。在回腸含量方面，以CON和GSE飼料喂養的禽鳥回腸中乳酸菌的數量最多。與CON日糧相比，AVP日糧、GPC日糧和GSE日糧增加了腸球菌的數量，降低了回腸梭菌的數量。在盲腸消化中，喂食GPC和GSE飼料的鳥類比任何其他處理組的鳥類具有更豐富的大腸桿菌、乳酸菌、腸球菌和梭菌種群。飼喂GPC和GSE飼料的動物的生物多樣性程度高于飼喂對照飼料的動物。結論表明了富含多酚的葡萄制品飼糧可以改變肉雞腸道形態和腸道菌群，提高腸道細菌的生物多樣性程度。Abu Hafsa等[35]研究了飼糧中添加葡萄籽對肉雞性能、胴體性狀、抗氧化狀態和回腸微生物群的影響。結果表明飼糧中添加葡萄籽的肉雞回腸鏈球菌和大腸桿菌的數量較低，而乳酸菌的數量較高(P<0.05)。葡萄籽中的多酚類物質具有降低血脂，增強抗氧化能力，減少回腸有害細菌等作用，有益于生物體健康。Williams等[36]研究了富含多酚的葡萄渣膳食補充劑與豬腸道蛔蟲感染之間的相互作用。結果表明補充葡萄渣的膳食組導致了結腸原核菌群組成發生顯著變化，在豬飼料中添加越來越受歡迎的飼料添加劑多酚葡萄渣膳食補充劑可在感染豬蛔蟲期間增加黏膜嗜酸性粒細胞和肥大細胞數量，并通過調節原核菌群組成和/或改變結腸中短鏈脂肪酸濃度來調節腸道功能，進一步證明了葡萄多酚對于改善腸道菌群的作用。此外，葡萄籽提取物中的多酚物質也能促進雙歧桿菌與乳酸桿菌的生長，而其中含有的一些單體物質如兒茶素和表兒茶素則對一些有害菌如銅綠假單胞菌、肺炎桿菌、大腸桿菌、糞腸球菌、釀膿鏈球菌和流感嗜血桿菌等具有良好的抑制作用。基于此，其作為動物飼料添加劑已經具有一定的應用。

3.3 紅酒多酚

適量飲用紅酒的好處主要歸功于其酚類化合物，包括黃酮類化合物的復雜混合物，如黃烷-3-醇和花青素，也包括非黃酮類化合物，如白藜蘆醇、肉桂酸和沒食子酸。與從其他食品中提取的多酚類似，紅酒多酚也被認為對腸道微生物群具有選擇性調節作用[37]。Dolara等[38]發現紅酒多酚(50 mg/kg)可抑制偶氮甲烷(AOM，7.4 mg/kg，總劑量74 mg/kg)或二甲肼(DMH，30 mg/kg，總劑量300 mg/kg)誘導的結腸癌發生。與對照組相比，接受多酚治療的動物的腫瘤發生率始終較低。經過多酚處理的大鼠糞便中的主要菌株為擬桿菌、乳酸菌和雙歧桿菌，而在對照組大鼠糞便中主要鑒定的微生物為擬桿菌、梭菌和丙酸桿菌，結果表明紅酒多酚對于腸道菌群的結構起到了調節和優化作用。在一項干預研究中，Queipo-Ortuno等[39]研究了10名健康志愿者連續攝入紅酒、脫醇紅酒和杜松子酒后其糞便微生物群的變化。在腸道菌群方面，所觀察到的差異取決于飲料的種類。在攝入紅酒后，4種主菌門(Proteobacteria、Fusobacteria、Firmicutes、Bacteroidetes)顯著增加，雙歧桿菌和Prevotella的種類也相應增加。而放線菌門未見明顯改變，紅酒組梭狀芽胞桿菌屬和溶組織梭狀芽胞桿菌屬明顯減少。這一結果表明在攝入含多酚的紅酒后，其腸道菌群的結構得到了一定程度的優化。

3.4 其他多酚類

除了常見的茶多酚、葡萄多酚、紅酒多酚等，石榴多酚、可可多酚及檳榔多酚等其他多酚類物質近期也被研究者[40-43]發現具有優化腸道菌群的作用。可可是產自可可科可可樹的一種產品，富含黃烷-3-醇，以單體(-)-表兒茶素和(+)-兒茶素以及B型原花青素的形式存在。可可多酚類物質的攝入可能對如高血壓、氧化應激、癌癥、動脈粥樣硬化、糖尿病和多種中樞神經系統疾病造成影響，這些疾病又與腸道微生物群密切相關，因此Massot-Cladera等[44]調查了可可和巧克力攝入量對腸道微生物群的影響，通過對雌性Wistar大鼠連續高劑量(質量分數10%)攝入可可后的糞便微生物群組成進行分析。結果表明在干預結束時，擬桿菌、葡萄球菌和梭狀芽胞桿菌屬的水平顯著降低。同時科學研究[45]也證明石榴制品具有較高的抗氧化能力，主要是由于石榴皮、石榴膜和石榴皮中富含抗氧化劑和抗炎活性化合物(以鞣花色素和花青素為主)。Bialonska等[43]采用分批培養發酵系統進行的試驗旨在檢測石榴皮提取物(PPE)在腸道菌群生長中的潛力，研究結果表明石榴皮提取物(0.01%)抑制了產氣莢膜C、拉莫斯C、金黃色葡萄球菌和梭狀芽孢桿菌的生長，但顯著提高了雙歧桿菌(275%)的生長。Mar等[46]用右旋糖酐硫酸鈉誘導大鼠結腸炎模型報道了石榴皮提取物的益生菌作用，結果表明攝入250 mg PPE/(kg·d)，3周后雙歧桿菌、乳酸菌和梭狀芽孢桿菌數量增加。除了石榴多酚以外，蘋果中也富含酚類化合物，相關研究[47]證實用蘋果汁(總多酚，829 mg/L)喂養4周的大鼠的新鮮糞便中發現了更多的乳酸菌和雙歧桿菌。成煥等[42]通過間歇式靜態厭氧體外發酵結合Ion S5 XL平臺擴增子測序的方法，研究了檳榔籽多酚對男性腸道微生物的影響，結果顯示腸道微生態的物種多樣性水平明顯提高，柔嫩梭菌屬(Faecalibacterium)相對豐度明顯提高，而擬桿菌屬(Bacteroides)和雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)的相對豐度也有小幅增加。

4 結論和展望

綜上所述，無論是植物多酚單體還是混合多酚提取物，均對腸道微生態具有較大的影響。其既能選擇性地抑制大腸桿菌、糞腸球菌等特定致病菌，也可以促進乳酸菌和雙歧桿菌等特定有益菌株的生長，有利于維持腸道微生態平衡、促進腸道健康。在當前的保健食品及營養補充劑等食品加工領域，植物多酚類產品如葡萄籽、紅石榴口服液及綠茶多酚等往往是以其抗氧化功能作為其主要功能宣稱。相信隨著人體健康與腸道微生態關系研究的不斷深入，植物多酚作為一種有助于調節腸道菌群的調節因子，在腸道保健領域將會具有更大的應用前景。

當前，關于植物多酚與腸道微生態的研究已取得一定的成果，但總體而言，相關臨床研究較少，對其作用機理的研究還不夠深入，今后針對植物多酚對腸道微生態影響的研究應集中在以下幾個方面：① 通過體內及臨床試驗研究進一步明確植物多酚對人體腸道健康的作用，并結合代謝組學來進一步分析植物多酚在人體內的代謝途徑及作用機理；② 對于混合多酚提取物開展進一步的分離研究，采用質譜技術[48]等分析其結構，明確其有益物質及組成；③ 在進行多酚類腸道保健食品或營養品的研發時，需綜合考慮產品的用品及劑型，以確保產品能在腸道中發揮作用。