海洋源活性物質對炎癥性腸病營養干預作用研究進展

李明爽 楊錫洪,2 車紅霞,2 解萬翠,2,3,4

(1. 青島科技大學海洋科學與生物工程學院，山東 青島 266042；2. 山東省生物化學工程重點實驗室, 山東 青島 266042；3. 青島智科檢驗檢測有限公司，山東 青島 266002；4. 尚好科技有限公司，山東 青島 266002)

炎癥性腸病(Inflammatory bowel disease，IBD)是一種累及回腸、直腸、結腸的免疫性腸道疾病，按臨床癥狀可分為克羅恩病(Crohn's disease, CD)和潰瘍性結腸炎(Ulcerative colitis, UC )兩種形式[1]。目前，全球約有6 800萬IBD患者，且發病率與患病率逐年增加[2]。IBD病理特征復雜，現有的臨床藥物和手術無法完全治愈，復發率高，甚至會伴隨終生[3]。長期服藥產生的機會性感染和惡性腫瘤也是IBD用藥的毒副作用之一[4]。

食物來源的活性物質毒性較低，大量研究表明生物活性成分對IBD具有潛在的治愈作用[5-6]，由于其具有抗炎、抗氧化、免疫調節、益生元等功能特點，對于胃腸疾病可以起到有效的藥劑輔助治療作用[7]。近年來，海洋源活性物質以其多樣性和多功能性而廣受關注，并逐漸成為高附加值醫療輔助食品和新藥研制的重要研究原料，其抗炎效果和食源低毒性的特點使其成為IBD營養干預治療的潛在手段[8]。

多種海洋活性物質已在細胞和動物模型中表現出對IBD的治療效果，但具體的分子功能中心和治療機制尚未明確。文章擬闡述酯類、糖類、生物肽等幾種典型的水產來源活性成分營養干預IBD的初步成效和機制探究，以期為膳食補充治療法提供更多依據。

1 IBD致病機制

炎癥性腸病的具體病因目前仍是未知的，但可以確定的是IBD的發生涉及到遺傳易感、環境因素和體內系統之間的相互作用(見圖1)?？乖肭钟|發了腸道菌群的異常免疫應答，引起黏膜屏障功能受損和腸道微生態失衡，從而導致慢性胃腸道炎癥與臨床相關癥狀[9]。當有害抗原接觸到腸上皮細胞時，免疫細胞通過模式識別受體來感知損傷，刺激中性粒細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞等抗原呈遞細胞介導炎癥因子的分泌；腸道菌群產生應激反應，促進通透性相關分子、血管生產相關因子的表達；同時影響細胞凋亡通路的表達，產生一系列腸道炎癥反應[10]。

2 海洋來源活性物質對IBD的作用機理

海洋生物品類繁多，生態環境復雜多變，從海洋生物中提取的物質大多具有較強生物活性，在IBD應用中其相關分子機制如圖2所示。

TLR. toll樣受體 IL. 白介素 TNF. 腫瘤壞死因子 BclB. 細胞淋巴瘤 CCL. CC趨化因子配體 HSP. 熱休克蛋白 ANCA. 抗中性粒細胞細胞質抗體

圖1 IBD致病機理圖[10]

Figure 1 Themechanism of inflammatory bowel disease

圖2 海洋源活性成分影響IBD可能的分子機制

2.1 多不飽和脂肪酸

海洋動物食品大多富含二十二碳六烯酸(DHA)和二十碳五烯酸(EPA)，這兩種ω-3多不飽和脂肪酸(ω-3-PUFA)普遍存在于魚、蝦、貝類等水產品中。在IBD臨床治療中，多項試驗顯示EPA和DHA對機體有益[11]。

2.1.1 保持腸上皮細胞的完整性 腸上皮細胞作為腸道機械屏障的重要組成部分，在觸發局部免疫反應、維持腸腔和免疫細胞的功能性方面有著重要作用，對IBD的改善意義重大。脂肪酸是磷脂合成的分子原料，攝入后可促進膜磷脂的產生，進而維護腸道細胞機械屏障，確保其在炎癥過程中可以充分發揮結構優勢和功能作用[12]。臨床試驗[13]發現，脂肪酸可影響UC患者腸上皮細胞的緊密連接通透性，通過改變緊密連接膜微區的脂質環境來提高屏障作用。長鏈脂肪酸在腸道中的吸收和代謝反應對腸上皮細胞的功能也有一定保護作用。UC患者回腸和結腸中的脂肪酸合酶表達降低，直腸黏液中磷脂酰膽堿明顯減少[14]，說明UC患者的脂肪酸合酶表達受損，其直接結果導致了腸細胞敏感性增加。

腸上皮細胞作為機體抵御腸道炎癥的第一道防線，其結構和功能的完整性對治療IBD具有積極意義。多不飽和脂肪酸可以借助其結構優勢參與到細胞膜構建中，維持上皮細胞的結構完整，為機械屏障的功能完整性提供了結構基礎[15]；同時，消化吸收代謝產生的中間產物也會對機體的免疫產生直接或間接的影響[16]，鑒于代謝過程和產物的復雜性仍需借助代謝組學等分析手段進一步探究其具體作用靶點和機理。

2.1.2 平衡促炎—抑炎因子的表達 免疫細胞分泌的炎癥因子對IBD有直接作用[17]。在病變的腸黏膜中發現樹突狀細胞和巨噬細胞負責呈遞抗原，產生大量促炎癥因子，IBD患者體內常見促炎因子包括腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、干擾素-γ(INF-γ)、白細胞介素-6(IL-6)、IL-1β、IL-8等，抑炎因子主要包括IL-4、IL-10、IL-13等[18]。兩類細胞因子共同作用，協調IBD的發生，因而改善促炎/抗炎細胞因子的失調是IBD治療的潛在策略。

多不飽和脂肪酸可以影響炎癥因子的表達。Ibrahim等[19]發現長鏈ω-3 PUFAs可以抑制上皮和樹突狀細胞中的炎癥反應，通過DHA干預IL-1β炎癥誘導的人腸道微血管內皮細胞模型，發現DHA可以抑制IL-6和IL-8等促炎因子的表達，從而實現對炎癥反應的抑制作用。類似的，在脂多糖(LPS)刺激的單核THP-1細胞炎癥模型中，DHA同樣抑制了IL-1β、IL-6和TNF-α的釋放[20]；在LPS和前列腺素E2(PGE2)共同刺激人巨噬細胞和肝細胞的體外炎癥模型中發現，經EPA處理后，細胞內TNF-α和IL-6的水平明顯下降，同時顯著增加了IL-10抑炎因子的表達[21]，說明體外模型下ω-3 PUFAs不僅對細胞具有直接的消炎作用，還可以通過活化的巨噬細胞間接減輕細胞的炎癥。在動物模型中發現，飲食攝入橄欖油和魚油(富含EPA和DHA)的組合比單一橄欖油干預更有利于改善葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導的IBD大鼠腸道炎癥癥狀，腸內IL-1β、IL-6和TNF-α表達明顯降低[22]。綜上，多不飽和脂肪酸可以激發機體腸道免疫屏障，尤其是通過協調炎癥因子的表達，減緩炎癥反應的發生。而炎癥因子作用于免疫反應的下游環節，其通路表達過程十分復雜，且各個免疫通路間的競爭/協同作用也對其表達產生重要影響，因而信號通路的探究對于研究多不飽和脂肪酸對IBD分子作用原理尤為關鍵，需進一步深入研究。

2.2 海藻多糖

海藻是一類海洋來源數量豐富的水生植物。通常，海藻的多糖含量比陸生植物的高，海藻多糖由多個單糖分子通過不同糖苷鍵連接，分子結構復雜，其低毒性、抗炎作用和免疫調節功效備受關注[23]。其中，海藻多糖的抗炎活性受其分子量、單糖組成、糖苷鍵類型和硫酸鹽含量的影響，對IBD的作用機制較為復雜。

2.2.1 調節炎性細胞因子 IBD患者體內除了有高表達的促炎因子外，黏附分子表達的增加也是該病重要的生理標志[24]，同時，促炎因子如TNF-α的高表達會影響血管細胞黏附分子1(VCAM-1)、細胞間黏附內皮細胞中的分子1(ICAM-1)的表達[25]。海藻多糖可對TNF-α、IL-1β和IL-6等重要促炎因子的表達產生抑制作用，并進一步影響通路其他信號分子的表達。Sanjeewa等[26]從角藻分離出硫酸化富巖藻糖，并應用于LPS誘導的RAW 264.7細胞損傷模型中，發現TNF-α因子表達量減少，在體內斑馬魚胚胎模型中發現多糖對促炎因子起抑制效果，下調核因子-κB(NF-κB)的表達，表現出炎癥改善效果。Levy等[27]發現從紅色微藻紫菜提取的多糖可以通過提高去磷酸化IκB的表達水平，抑制TNF-α的產生，同時下調ICAM-1和VCAM-1的表達，即多糖通過多途徑調節炎性細胞因子顯示出抗炎特性。

2.2.2 改善腸道菌群和代謝產物 膳食纖維作為一種潛在的益生元，對人體健康大有益處。海藻含有豐富的膳食纖維，約占濕重的25%～70%[28]。海藻多糖可以選擇性增強益生菌的活性，改變腸道菌群組成結構，并刺激腸道菌群產生功能性代謝物，抑制腸道內的免疫反應；還可以通過對短鏈脂肪酸(SCFA)等營養物質的發酵而產生多種對宿主腸道有益的物質[29]。IBD病理研究[30]表明，腸道菌種豐度下降與特殊菌種的改變有關，健康腸道中有大量益生菌如擬桿菌、乳桿菌、雙歧桿菌等，患IBD后嚴重減少，同時放線菌和變形桿菌等致病菌隨之增加。

海藻多糖利用腸道微生物不同的底物偏好性和競爭力促進有益微生物的生長來影響腸道菌群的組成。Charoensiddhi等[31]發現膳食補充褐藻Ecklonia提取的低分子多糖可以顯著增加益生菌尤其是擬桿菌的數量。滸苔中提取的巖藻多糖在體外胃腸模擬模型孵育48 h后，可有效地增加乳酸桿菌和雙歧桿菌的數量[32]。Wang等[33]研究表明，水溶性多糖顯著增加了厚壁菌、Ruminococcaceae、桿菌的豐度，同時顯著抑制了變形菌、Alcaligenaceae的生長。

此外，菌群改變引起的代謝物的變化也是影響腸道功能的關鍵因素，會導致乙酸、丙酸和丁酸等SCFA的減少，氧化應激和毒素分泌增加等一系列反應[34]。紅藻(龍須菜、紫菜等)[35-36]、綠藻(扁滸苔、Acrosiphonia等)[37-38]、褐藻(海帶、羊棲菜等)[32, 37]多糖的代謝可以使腸內SCFA升高，降低結腸內的pH值，并抑制病原微生物黏附于腸細胞，改變結腸細胞的形態和功能，并通過刺激表皮生長因子受體(EGFR)來維持腸道的動態平衡，抑制促炎細胞因子表達，最后抑制B細胞中NF-κB的活化[39]。綜上，海藻多糖對腸道微環境的影響不僅體現在對菌群組成的改變，還可通過發酵代謝產物對腸道穩態產生一定的作用。目前關于腸道菌群在IBD中的作用機理尚未完全清楚，但是海藻多糖作為腸道菌群穩定劑在維持腸道穩態方面具有一定的潛力。

2.3 生物肽

生物肽是蛋白質分解產物，具有良好的細胞擴散效力和低毒性、低副作用等優點[40]。研究表明，口服蛋白水解物可增強機體的免疫反應，細胞層面也發現生物活性肽可以通過調節局部T細胞和B細胞免疫反應對食物過敏產生抑制作用[41]，誘導氧化應激反應[42]，抑制凋亡通路蛋白的表達等機制來緩解炎性損傷[43]。魚蛋白是抗炎肽的重要來源，美國已批準將太平洋鱈魚的蛋白水解酵母發酵產物作為針對腸道健康的“非處方”保健食品補充劑出售。

2.3.1 激活抗氧化防御 IBD患者的腸壁會出現白細胞浸潤的情況，導致活性氧增加從而加重腸道組織損傷[44]。硝酸氧化合酶(NOS)、環氧合酶(COXs)、髓過氧化物酶(MPO)、丙二醛(MDA)等與活性氧相關的酶的變化也會導致活性氧過多而進一步加劇IBD的情況[45-46]。海洋來源蛋白水解后釋放的肽具有減弱NO和PGE2的產生、抑制誘導型一氧化氮合酶(iNOS)和COX-2的蛋白質表達以及增加腸道緊密連接蛋白表達的效力。研究[47]發現，鮭魚蛋白經胃蛋白酶水解得到的活性肽PAY干預LPS誘導的RAW 264.7細胞炎癥模型，抑制了NO和PGE2的產生，從而抑制活性氧iNOS和COX-2的蛋白質表達，減緩炎癥的進程。海洋來源的生物肽是否在IBD中有效激活腸道內的抗氧化防御還需進一步研究。

2.3.2 抑制細胞凋亡 細胞凋亡在維持組織穩態和預防癌癥發展中具有關鍵作用，在IBD患者中caspase-3的高表達會造成嚴重的細胞凋亡，進一步破壞腸組織。在吲哚美辛誘導的HT29細胞中發現太平洋鱈魚水解肽可通過抑制caspase-3活性來抑制細胞增殖并減少凋亡，在小鼠結腸損傷模型組中發現其可以減少絨毛損傷，抑制腸內caspase-3的表達[48]。Machado等[49]在藥物消炎痛誘導的HT29細胞模型中，蛋白肽可增加細胞增殖，同時抑制IL-8分泌和ROS生成，抑制腸caspase-3活性的增加。Holen等[50]利用LPS誘導的鮭魚肝細胞和頭腎細胞模型，在魚蛋白酶解水解物干預下過氧化氫酶表達增加，IL-1β轉錄增加，抑制了caspase-3轉錄。綜上，海洋生物肽主要通過抑制caspase-3轉錄、表達以及抑制相關通路的表達來控制IBD的發展。然而，腸道屏障細胞凋亡是復雜生化反應，為研究其內在機制，除了對特殊靶點進行研究外，還需對其通路進行詳細探究，為揭示細胞凋亡原理、找尋有效作用位點、提高海洋活性肽生物利用度提供更多依據。

3 結語

炎癥性腸病正逐漸發展為全球性流行性疾病，帶來的社會和個人的損失也越來越大。海洋作為豐富的生物資源庫提供了活性豐富的天然成分。脂肪酸、多糖、生物肽等物質可通過營養干預的方式在一定程度上達到對IBD的治療效果，其作用機理復雜且存在相互作用。此外，水產來源的活性物質含量低、提取成本高、結構復雜，在開發應用方面尚需進一步探索。目前海洋源活性成分對IBD治療作用研究大多停留在細胞和小鼠試驗水平，臨床數據相對匱乏，需要大量的研究和臨床試驗進行驗證。隨著人們對IBD病理和藥物機理的深入研究，海洋來源的天然活性物質成為IBD的藥物補充劑也將成為可能。