果蔬功能成分與腸道菌群相互作用研究進(jìn)展

王鳳，趙成英，田桂芳，鄭金鎧

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193

果蔬功能成分與腸道菌群相互作用研究進(jìn)展

王鳳，趙成英，田桂芳，鄭金鎧

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193

鄭金鎧，研究員，博士生導(dǎo)師。2010～2013年美國麻省理工大學(xué)博士后、研究助理教授，2014年入選中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院“青年英才計(jì)劃”A類學(xué)者。美國營養(yǎng)學(xué)會(huì)、美國食品技術(shù)協(xié)會(huì)等高級會(huì)員，中國農(nóng)學(xué)會(huì)食物與營養(yǎng)專業(yè)委員會(huì)委員。長期從事果蔬精深加工、新型功能食品的開發(fā)創(chuàng)制及其營養(yǎng)健康分子機(jī)理研究，先后承擔(dān)美國國立衛(wèi)生研究院、美國癌癥研究院、美國農(nóng)業(yè)部、國家自然科學(xué)基金等國內(nèi)外重大課題17項(xiàng)；發(fā)表學(xué)術(shù)論文56篇，其中SCI收錄48篇，累計(jì)影響因子152；申請國家專利22項(xiàng)，其中已授權(quán)12項(xiàng)。E-mail：zhengjinkai@caas.cn

果蔬是日常膳食的重要組成部分，其富含多種具有顯著營養(yǎng)健康功效的功能成分，在促進(jìn)人體健康和預(yù)防疾病方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。不斷有研究證實(shí)，果蔬功能成分的多種營養(yǎng)健康功能是通過與腸道菌群的相互作用實(shí)現(xiàn)的。從果蔬功能成分對腸道菌群的結(jié)構(gòu)、數(shù)量和后續(xù)對人體生理功能的影響，以及腸道菌群對果蔬功能成分體內(nèi)代謝和營養(yǎng)健康作用的影響兩大方面，闡述果蔬功能成分與腸道菌群的相互作用研究進(jìn)展，初步探討果蔬功能成分-腸道菌群-人體健康的關(guān)系，為揭示果蔬營養(yǎng)健康機(jī)制，進(jìn)一步為合理膳食提供重要的參考。

果蔬；多酚；膳食纖維；腸道菌群；營養(yǎng)健康

果蔬是日常飲食的重要組成部分?！饵S帝內(nèi)經(jīng)》記載“五谷為養(yǎng)、五果為助、五畜為益、五菜為充”，其中的“五果”和“五菜”分別指水果和蔬菜，它們能為人體提供營養(yǎng)、充實(shí)臟氣，另外，果蔬也是“藥食同源”食療和藥膳的主要食物組成部分，其與人體營養(yǎng)健康關(guān)系的研究成為關(guān)注的焦點(diǎn)。大量研究表明，果蔬中不僅富含水、蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類、維生素、礦物質(zhì)等人體必需的營養(yǎng)元素，還含有多酚、黃酮、糖苷、萜類、有機(jī)硫、脂肪酸、生物堿等多種功能成分（圖1），具有顯著的抗癌、抗炎、抗氧化、降血糖、降血壓、降血脂等生理功能，在維持人體健康和疾病預(yù)防中發(fā)揮著舉足輕重的作用。經(jīng)過口腔、胃和小腸時(shí)，易被消化、吸收的功能成分被小腸上皮細(xì)胞吸收，通過肝門靜脈進(jìn)入肝臟，在I相和II相代謝酶的作用下發(fā)生代謝轉(zhuǎn)化，一部分代謝產(chǎn)物通過血液循環(huán)，到達(dá)靶器官，發(fā)揮其營養(yǎng)健康功能，另一部分隨著膽汁排泄，重新進(jìn)入腸道；而不易被消化、吸收的功能成分，則直接進(jìn)入大腸（圖2）。

人體內(nèi)存在數(shù)量巨大的共生微生物，其中90%以上存在于腸道內(nèi)，稱為腸道菌群，其中結(jié)腸中數(shù)量最多（1011～1012cfu/mL）。在分類上，腸道菌群基本可以歸為擬桿菌門（Bacteroidetes）、厚壁菌門（Firmicutes）、放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacteria）和疣微球菌門（Verrucomicrobia）5大門類。擬桿菌門主要包括擬桿菌屬（Bacteroides）和普雷沃菌屬（Prevotella）；厚壁菌門主要包括梭狀芽胞菌（Clostridium）、乳酸菌（Lactobacillus）、胃瘤球菌（Ruminococcus）、真桿菌（Eubacterium）、柔嫩菌（Faecalibacterium）及羅氏菌（Roseburia）等菌屬；放線菌門中的主要菌屬是雙歧桿菌（Bif dobacterium），其中多個(gè)菌種是益生菌；變形菌門的主要成員是埃希氏菌屬（Escherichia）和脫硫弧菌屬（Desulfovibrio）；而目前被發(fā)現(xiàn)的疣微球菌門只有阿克曼菌屬（Akkermansia）。腸道菌群所編碼的非冗余基因約是人類基因組的150倍，同時(shí)賦予腸道菌群強(qiáng)大的生理功能，成為人體不可或缺的微生態(tài)系統(tǒng)，在維持人體健康方面發(fā)揮著極其重要的作用，包括促進(jìn)宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育、成熟[1]；防止病原菌過度生長，維持腸道健康[2]；影響宿主細(xì)胞的增殖和血管生成[3-4]；調(diào)節(jié)腸道內(nèi)分泌功能、神經(jīng)信號傳導(dǎo)、骨密度[4-6]；為宿主提供能量來源（滿足宿主5%～10%的能源需求）[7]；合成人體自身無法合成的維生素[8]及神經(jīng)遞質(zhì)[5]；參與膽鹽代謝[9]及清除外源性毒素[10]等。然而，腸道微生態(tài)平衡極易受到多種因素的調(diào)控，一旦被破壞，便會(huì)引起多種疾病的發(fā)生，從腸道到遠(yuǎn)端大腦，越來越多的疾病被證實(shí)與腸道菌群失衡有著密切關(guān)系（圖3）。

圖1 果蔬中的功能成分

圖2 功能成分體內(nèi)消化吸收示意圖

圖3 腸道菌群與人體疾病

飲食、抗生素、疾病狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)、作息等外界因素均會(huì)影響結(jié)腸微生態(tài)平衡，已有研究表明，飲食是影響腸道菌群結(jié)構(gòu)及其代謝的重要因素。乳糜瀉患者腸道中葡萄球菌（Staphylococcus）、梭狀芽胞桿菌和擬桿菌的數(shù)量顯著增多，且雙歧桿菌（Bif dobacteria）的數(shù)量也比健康的個(gè)體中少，而無麩質(zhì)飲食可以顯著降低該菌屬的豐度，改善腹瀉癥狀；母乳喂養(yǎng)可以顯著增加腸道內(nèi)益生菌雙歧桿菌和乳酸菌的豐度，而普通飲食喂養(yǎng)，會(huì)增加大腸桿菌（E. coli）、脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis）及艱難梭狀芽孢桿菌（Clostridium diff ile）等有害菌的豐度；高糖和高脂的“西方飲食”會(huì)引起腸道內(nèi)無害梭狀芽孢桿菌（Clostridium innocuum）、細(xì)長真桿菌（Eubacterium dolichum）及腸球菌（En-terococcus）等的數(shù)量增加，引起腸道微生態(tài)失衡，導(dǎo)致肥胖、高血壓等慢性疾病的高發(fā)；長期素食，可以降低大腸桿菌、細(xì)長真桿菌（Enterobacteriaceae）、擬桿菌等有害菌的含量[11]。另一方面，飲食成分作用于腸道菌群的同時(shí)，腸道菌群也會(huì)參與飲食成分的代謝，進(jìn)而影響其營養(yǎng)健康功能，如肉和蛋黃中的磷脂酰膽堿進(jìn)入腸道后，消化產(chǎn)生的膽堿在腸道菌普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）和雙歧桿菌產(chǎn)生的三甲胺酶的作用下生成三甲胺（TMA），進(jìn)入肝臟后被氧化生成有毒物質(zhì)氧化三甲胺（TMAO），增加心臟病發(fā)作和中風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)[12]；過量的未被人體消化的蛋白質(zhì)進(jìn)入大腸后在鏈球菌屬（Streptococcus）、丙酸桿菌屬（Propionibacterium）和葡萄球菌屬的作用下分解為氨基酸，氨基酸在桿菌類細(xì)菌作用下產(chǎn)生的多胺類化合物會(huì)損傷大鼠的腸道組織，此外，氨基酸也會(huì)在其他微生物酶的作用下，產(chǎn)生硫化物、吲哚類和苯類化合物等產(chǎn)物，對腸道產(chǎn)生不利影響，誘發(fā)腸炎等相關(guān)疾病[13-14]；厚壁菌門梭狀芽孢桿菌屬的真桿菌、羅氏菌、柔嫩菌及糞球菌（Coprococcus）等可以將食物中的碳水化合物發(fā)酵成短鏈脂肪酸（SCFAs），尤其是丁酸鹽，是腸道黏膜的優(yōu)選能量來源，在維持黏膜屏障，保護(hù)胃腸道中具有重要作用[15]；腸道菌群可產(chǎn)生膽固醇氧化酶，能夠促進(jìn)膽固醇的代謝，減少肥胖以及相關(guān)的心腦血管癥狀[16]。大量研究結(jié)果表明，腸道菌群和膳食成分間的相互作用極大地影響著人體生理狀態(tài)，闡明膳食成分-腸道菌群-人體生理間的關(guān)系及其相關(guān)機(jī)制具有重要意義，也是近年研究的熱點(diǎn)。

果蔬作為飲食的重要組成部分，富含多種功能成分。越來越多的研究表明，果蔬中的多種功能成分的營養(yǎng)健康功能是通過與腸道菌群間的相互作用實(shí)現(xiàn)的。下面對果蔬功能成分（膳食多酚、膳食纖維、多不飽和脂肪酸等）與腸道菌群的相互作用研究進(jìn)展進(jìn)行全面綜述，為揭示果蔬營養(yǎng)健康機(jī)制，進(jìn)一步合理膳食提供重要參考。

1 膳食多酚與腸道菌群的相互作用

酚類化合物是指分子結(jié)構(gòu)中有若干個(gè)酚羥基的植物成分的總稱，常與糖和有機(jī)酸等結(jié)合。按照結(jié)構(gòu)分為類黃酮和非類黃酮化合物兩大類，前者包括花色苷和黃酮醇、黃烷酮等，后者包括咖啡酸、阿魏酸、綠原酸等小分子酚酸和單寧[17]。來自于食物的酚類化合物稱為膳食多酚，廣泛存在于果蔬植物中，是植物性食物中重要的功能成分，尤其是存在于葡萄、茶、咖啡中的多酚具有強(qiáng)烈的抗炎、抗增生、抗腫瘤等活性[18]。隨著人們對腸道菌群研究的逐漸深入，不斷有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，果蔬中膳食多酚與腸道菌群間存在著密切的相互作用，受到廣泛的關(guān)注。

1.1 膳食多酚對腸道菌群的影響

果蔬中多酚類物質(zhì)能夠通過抑制或者促進(jìn)某些腸道微生物的生長來調(diào)整腸道菌群的數(shù)量和比例，優(yōu)化腸道菌群結(jié)構(gòu)，對人體健康產(chǎn)生積極作用?，F(xiàn)有體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，果蔬中的膳食多酚可選擇性地抑制腸道致病菌，促進(jìn)雙歧桿菌等有益菌的生長，減少類桿菌、腸球菌和葡萄球菌等有害微生物的比例，使人體腸道菌群結(jié)構(gòu)保持平衡[17]。例如，果蔬中橙皮素、柚皮苷、桔苷、香葉木素可對腸道細(xì)菌（大腸埃希氏菌和沙門氏菌）產(chǎn)生不同程度的抑制作用；單寧、紅酒多酚、葡萄籽（渣）提取物能夠刺激乳桿菌、雙歧桿菌的增長，抑制梭狀芽胞桿菌、腸桿菌、腸炎沙門氏菌、鼠傷寒沙門氏菌的生長[19-20]；咖啡酸、蘆丁、槲皮素可抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、鼠李糖乳桿菌等有害微生物的生長[21]；花青素及其代謝產(chǎn)物能顯著地促進(jìn)雙歧桿菌和乳酸鏈球菌的生長[22]。這些研究結(jié)果表明，不同果蔬以及果蔬中多酚結(jié)構(gòu)、含量和種類都會(huì)對腸道微生物產(chǎn)生影響。

腸道微生物具有與宿主能量代謝、物質(zhì)代謝及遺傳信息轉(zhuǎn)運(yùn)等系列生理過程密切相關(guān)而種類繁多的酶系統(tǒng)，主要包括水解酶、氧化還原酶、裂解酶和轉(zhuǎn)移酶。多酚則是位于小腸和結(jié)腸中一些消化酶（水解和結(jié)合酶）的基質(zhì)成分[23-25]，可影響腸道菌群某些酶的活性。研究發(fā)現(xiàn)，膳食多酚對腸道微生物酶系統(tǒng)的影響是通過改變腸道微生物的種類和數(shù)量，進(jìn)而使微生物代謝酶的種類和數(shù)量發(fā)生相應(yīng)改變；或通過與腸道中的金屬離子螯合生成不溶性復(fù)合物的方式，如多酚與鐵結(jié)合后可抑制某些需氧型微生物血紅素的生成，使該種微生物及其酶系統(tǒng)受到影響[26]；另外，由于多酚對金屬離子的螯合作用使多種以金屬離子作為輔酶的微生物酶系因缺乏輔基而無法合成[17]。由此說明，多酚不僅影響腸道微生物的數(shù)量，進(jìn)而影響腸道菌群對底物殘?jiān)l(fā)酵作用，而且影響腸道菌群產(chǎn)生的酶系，進(jìn)一步影響酶對代謝物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和小腸對營養(yǎng)物的吸收。

另外，在一些多酚對腸道微生物抑制機(jī)理研究中發(fā)現(xiàn)，果蔬中的多酚物質(zhì)可通過影響細(xì)菌對腸道細(xì)胞的附著力來調(diào)整腸道菌群，如原花青素B1和B2可顯著增加乳酸桿菌對HT-29細(xì)胞的附著力；兒茶素能夠增加干酪乳酸桿菌對結(jié)腸癌細(xì)胞的附著力[27]。同時(shí)也有研究表明，多酚物質(zhì)對腸道菌群細(xì)胞膜的影響也是其抑菌的機(jī)理之一，如茶黃素和兒茶素的羥基結(jié)構(gòu)可與細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)合，干擾細(xì)胞膜正常功能，從而達(dá)到抑制細(xì)菌的作用[17]；果蔬多酚能夠抑制某些革蘭陽性細(xì)菌，這很可能是由于多酚或其代謝物能夠與細(xì)菌細(xì)胞膜表面結(jié)合，觸發(fā)過氧化氫釋放，導(dǎo)致細(xì)胞壁破裂，達(dá)到溶菌作用[18]。在目前的機(jī)理研究中，仍有許多多酚物質(zhì)對腸道菌群的作用機(jī)理尚未清晰，所以需要通過分子和基因等多層面的手段來實(shí)現(xiàn)對多酚影響腸道菌群機(jī)理的探究。

1.2 腸道菌群對果蔬中多酚體內(nèi)代謝的影響

果蔬中多酚多與糖苷及有機(jī)酸等結(jié)合，以結(jié)合態(tài)形式存在。研究表明，口腔攝入的多酚僅有5%～10%可以被小腸吸收，而絕大部分則可抵抗胃和小腸的消化作用到達(dá)結(jié)腸進(jìn)入大腸，在腸道菌群的作用下發(fā)生代謝。結(jié)合態(tài)的多酚在腸道微生物分泌的酶（α-鼠李糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖醛酸酶）的作用下分解為游離多酚，進(jìn)一步被特定微生物分解代謝[12]。果蔬中多酚對人體的生物活性作用很大程度上依賴于腸道微生物通過酯酶催化、葡萄糖酸酶催化、脫甲基化、去羥基化和脫羧等得到的代謝產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)[28]。

圖4 膳食多酚基于腸道菌群的代謝途徑

在微生物分解多酚過程中，黃酮類多酚首先發(fā)生C環(huán)裂變，然后是還原氫化、去羥基化、脫甲基化、脫羧化及異構(gòu)化等反應(yīng)，如黃酮醇糖甙和蘆丁苷相應(yīng)的糖苷配基需要腸道微生物先釋放特定的酶裂解C環(huán)、脫甲基作用和脫羥基反應(yīng)轉(zhuǎn)換這些化合物（圖4）[29]。有研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)花青素因未能被小腸上皮細(xì)胞吸收而到達(dá)結(jié)腸，在腸道菌群及其酶的作用下分解為原兒茶素、p-香豆素和香草酸等，通過代謝產(chǎn)物原兒茶素發(fā)揮抗炎、抗高血糖、抗腫瘤轉(zhuǎn)移、保護(hù)神經(jīng)等作用[17]。另外，擬桿菌、梭狀芽胞桿菌可將多酚類分解產(chǎn)生腸內(nèi)酯、腸二醇和尿膽素A等雌激素配體，可減輕更年期癥狀；同時(shí)，從人體分離的大腸桿菌、乳雙歧桿菌（Bif dobacterium lacti）和加氏乳桿菌（Lactobacillus gasseri）能夠分解綠原酸釋放咖啡酸，從而產(chǎn)生抗金黃色葡萄球菌的功能[30-31]。以上研究結(jié)果表明，腸道微生物在果蔬中多酚物質(zhì)的分解代謝和吸收方面發(fā)揮了很大的作用，尤其是其代謝物質(zhì)的功能性質(zhì)對人體腸道炎癥及相關(guān)疾病的防治作用意義重大。

由于不同個(gè)體中腸道菌群的多樣性，多酚在人體的代謝物和對人體的最終影響均會(huì)存在個(gè)體差異，在很多情況下，僅在特定菌群作用下產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物能夠被人體所吸收，進(jìn)而發(fā)揮營養(yǎng)健康功能，若缺乏該菌群，即使補(bǔ)充該多酚物質(zhì)，也無法發(fā)揮其功效[29]。因此，腸道菌群的多樣性也是保證功能成分營養(yǎng)健康功能發(fā)揮的關(guān)鍵，同時(shí)也表明，揭示功能成分與腸道菌群間的相互作用，對果蔬營養(yǎng)、人體健康，乃至精準(zhǔn)營養(yǎng)學(xué)的重要意義。

2 膳食纖維與腸道菌群的相互作用

膳食纖維是聚合度不小于3的非淀粉多糖的聚合物，主要來自于動(dòng)植物的細(xì)胞壁，包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、殼聚糖、甲殼質(zhì)、果膠、β-葡聚糖、菊糖和低聚糖等，通常分為非水溶性膳食纖維和水溶性膳食纖維兩大類[32]。纖維素、半纖維素和木質(zhì)素是常見的存在于植物細(xì)胞壁中非水溶性纖維；而果膠、樹膠、β-葡聚糖和低聚糖等則是存在于動(dòng)植物細(xì)胞或分泌物中的水溶性纖維。研究表明，由于人體自身缺乏相關(guān)酶，無法實(shí)現(xiàn)對膳食纖維的消化、吸收和利用，而腸道菌群則可產(chǎn)生相關(guān)酶，利用該物質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵，將其分解，產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物反過來則可調(diào)整菌群結(jié)構(gòu)，維持腸道菌群微生態(tài)平衡，同時(shí)也為腸道黏膜提供能量來源。

2.1 膳食纖維對腸道菌群的影響

果蔬中大量的水溶性膳食纖維對于人體腸道菌群中益生菌的生長繁殖具有積極作用，對于調(diào)節(jié)菌群結(jié)構(gòu)，保持菌群生態(tài)平衡，促進(jìn)人體健康意義巨大。水溶性膳食纖維在柑橘、胡蘿卜、芹菜、豆類、亞麻和燕麥糠等食物中含量豐富。其中菊粉，又稱菊糖，是以塊莖類植物菊苣為原料加工而成的功能性多聚果糖，也是最易溶解的水溶性膳食纖維。它存在于小麥、洋蔥、香蕉中，可選擇性地增加腸道中雙歧桿菌和相關(guān)微生物的豐度；類似地，有研究表明健康成人志愿者連續(xù)口服菊粉約2周后，檢測其腸道菌群發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌數(shù)目顯著增加[33]。也有研究表明，存在于洋蔥、大蒜、蘆筍、香蕉等果蔬中的低聚果糖、低聚木糖和低聚半乳糖等低聚糖，可以促進(jìn)腸道內(nèi)雙歧桿菌和乳酸桿菌增殖及SCFAs含量的增加，抑制腸桿菌、沙門氏菌（Salmonella）等腸道有害菌的生長；作為嬰幼兒奶粉中的益生元，可增加青春雙歧桿菌、鏈狀雙歧桿菌（B. catenulatum）和普拉氏梭桿菌（Feacalibacterium prausnitzii）的數(shù)量[34-35]，減少擬桿菌和腸桿菌的豐度[18]。在實(shí)際應(yīng)用中，雙歧桿菌低聚果糖合生元可以改善便秘人群腸道菌群失調(diào)狀況，對便秘以及便秘可能誘發(fā)的心肌梗死、腦溢血等疾病具有一定防治作用[36]。

一些非水溶性纖維來自食物中的小麥糠、玉米糠、芹菜、果皮和根莖蔬菜，與可溶性膳食纖維一樣，它可作為腸道菌群生長的能源物質(zhì)，對于菌群的繁殖和組成影響重大，同時(shí)，有助于腸內(nèi)大腸桿菌合成多種維生素，進(jìn)而可影響人體的某些腸道及相關(guān)疾病，尤其可以降低患腸癌的風(fēng)險(xiǎn)。

研究發(fā)現(xiàn)，定植人源菌群的小鼠如果飲食中缺乏膳食纖維，其腸道菌群中微生物的多樣性會(huì)顯著下降，極易引發(fā)相關(guān)疾病，如果連續(xù)四代都是如此，即使恢復(fù)富含膳食纖維飲食也無法恢復(fù)菌群的原本狀態(tài)[37]。所以，腸道菌群的正常結(jié)構(gòu)需要隨時(shí)維護(hù)，膳食纖維的缺乏可引起某個(gè)菌種的消失，而且這種消失是不可逆的，將極大危害人體健康，需要引起人們的注意。

2.2 腸道菌群對膳食纖維體內(nèi)代謝的影響

由于人體自身缺乏相關(guān)酶，因此膳食纖維不能被人體消化和吸收，但是當(dāng)膳食纖維進(jìn)入結(jié)腸后，在腸道菌群分泌的水解酶、結(jié)合酶和氧化還原酶的作用下，被降解為多種SCFAs，被腸道菌群自身繁殖利用或被腸道細(xì)胞吸收利用。腸道厭氧菌（主要包括雙歧桿菌、乳桿菌、擬桿菌）通過不同的代謝途徑發(fā)酵這些膳食纖維產(chǎn)生的主要產(chǎn)物是SCFAs，包括乙酸、丙酸、異丁酸、丁酸、異戊酸、戊酸、異己酸和己酸，其中主要的是乙酸（60%）、丙酸（16%）和丁酸（17%）（圖5）。乙酸可作為膽固醇合成的最主要底物，經(jīng)肝臟代謝可作為結(jié)腸上皮細(xì)胞的的能源物質(zhì)，并促進(jìn)細(xì)胞生長和分化；丙酸不僅可以作為能源物質(zhì)，在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)它還可以抑制膽固醇的合成，調(diào)節(jié)碳水化合物和脂肪在肝中的代謝；丁酸是人類結(jié)腸、盲腸上皮細(xì)胞最重要的能源物質(zhì)，同時(shí)還能調(diào)節(jié)宿主的免疫應(yīng)答和氧化應(yīng)激反應(yīng)，增強(qiáng)結(jié)腸黏膜的防御屏障，改善細(xì)胞膜通透性，進(jìn)而可預(yù)防潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)生[38-39]。例如，在體內(nèi)和體外試驗(yàn)中都證實(shí)，菊粉來源的果聚糖能夠促進(jìn)腸道菌群增加丁酸鹽的產(chǎn)生[40-41]，進(jìn)而可預(yù)防潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)生[42]。由此可見，腸道菌群對膳食纖維代謝的重要影響，是實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)對人體健康作用的重要途徑。此外，腸道菌群影響膳食纖維代謝過程中，存在良性循環(huán)，腸道菌群-膳食纖維-腸道菌群模式，腸道微生物分解代謝膳食纖維，細(xì)菌大量繁殖，SCFAs的含量顯著增加，腸腔內(nèi)pH值下降，抑制致病腸桿菌生長[43]，如此循環(huán)可以維持腸道的健康。

隨著膳食纖維的重要性逐漸為人們所重視，各國對于膳食纖維均設(shè)定了推薦攝入量，英國建議攝入量約人均30g/d、美國FDA推薦攝入量約人均（成人）35g/d、澳大利亞推薦攝入約人均25g/d，我國建議攝入量約人均30 g/d（成長）。充足攝入膳食纖維可明顯減少冠心病、癌癥及炎癥的發(fā)病率和死亡率。果蔬中膳食纖維占膳食纖維總量的很大一部分，隨著營養(yǎng)保健醫(yī)學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)大部分膳食纖維通過影響腸道菌群對人體起到多種健康保護(hù)作用，因此充分了解膳食纖維與腸道菌群的關(guān)系對人體的健康具有重大意義。

3 其他功能成分與腸道菌群的相互作用

圖5 膳食纖維基于腸道菌群的代謝途徑

除膳食多酚和膳食纖維外，果蔬中的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)等均會(huì)與腸道菌群發(fā)生相互作用。動(dòng)物蛋白在腸道微生物的作用下分解為氨基酸，氨基酸再經(jīng)腸道厭氧菌的作用可合成吲哚和多胺化合物，可引起炎癥性腸道疾病，此類情況多發(fā)生在動(dòng)物蛋白中[44-45]；相反地，一些植物蛋白則可以增加乳酸桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量，同時(shí)腸道菌群也可分解蛋白，將約三分之一蛋白分解物轉(zhuǎn)化為SCFAs，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的消化代謝[45]。

脂類，包括ω-3、ω-6多不飽和脂肪酸，卵磷脂等，主要存在于獼猴桃、香菇、花生和核桃等，這些植物油脂不僅可以為人類提供熱量和脂肪酸，而且具有特殊的生理作用，體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多不飽和脂肪酸能夠抑制益生菌鼠李糖乳桿菌的生長[46]，而在另外的試驗(yàn)中，多不飽和脂肪酸加入到含有雙歧桿菌的培養(yǎng)基中可以產(chǎn)生共軛亞油酸和共軛亞麻酸等營養(yǎng)元素[47]，目前這類營養(yǎng)元素在歐美的健康食品界幾乎已經(jīng)成了預(yù)防現(xiàn)代文明病的“萬靈丹”，從抗癌到預(yù)防心血管疾病、糖尿病，到體重控制上，是現(xiàn)代人不可或缺的健康食品[48]。

維生素廣泛存在于十字花科蔬菜如大白菜、卷心菜，或草莓和柑橘類等水果中。維持健康人體所需的維生素大多由食物供給，只有極少部分可由體內(nèi)腸道菌群合成，如維生素B1、維生素B2、維生素K、生物素和葉酸等，其中維生素K主要由大腸桿菌屬的擬桿菌屬、真細(xì)菌屬和丙酸菌屬（Propionibacterium）合成；雙歧桿菌屬和乳酸桿菌屬可合成葉酸合成酶[49]；枯草芽孢桿菌、大腸桿菌和沙門氏菌則可合成維生素B2[50]；其他B族維生素，如維生素B1、B6和B12等也可在某種或多種菌株內(nèi)合成[51]。

果蔬中礦物元素可以與腸道菌群相互影響。有研究發(fā)現(xiàn)，鐵元素可通過鐵調(diào)節(jié)蛋白2影響腸桿菌屬、乳桿菌屬，同時(shí)腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸則可促進(jìn)鐵元素的吸收[52]；果蔬中含有大量礦物元素，礦物元素對于腸道菌群的黏附作用有影響，如嗜酸乳桿菌黏附于腸道黏膜需要二價(jià)鈣離子參與，而鈣離子和鎂離子的吸收則需要腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸的幫助[53]。

其他活性成分也可以與腸道菌群發(fā)生相互作用。萜類化合物是精油的主要成分，有研究發(fā)現(xiàn)肉桂精油使小鼠結(jié)腸中的擬桿菌數(shù)量增加，但其多樣性未發(fā)生顯著變化，而Ⅳ簇梭菌的數(shù)量和多樣性減少，改變了梭菌的組成[54]；草本植物中的精油提取物有益于豬腸道微生物的生長[55]。

4 展 望

果蔬中的功能成分與腸道菌群的生態(tài)平衡密切相關(guān)，尤其是膳食多酚、膳食纖維、蛋白質(zhì)、脂類以及其他功能物質(zhì)對于腸道菌群的健康生長具有重要意義；同時(shí)，腸道菌群對這些成分的消化、吸收、代謝以及營養(yǎng)健康功能發(fā)揮了同樣巨大作用。針對果蔬功能物質(zhì)與腸道菌群的相互關(guān)系的研究已經(jīng)取得了諸多成果，但仍存在諸多問題。如大多數(shù)研究仍然停留在體外試驗(yàn)或者動(dòng)物腸道菌群，基于人體腸道菌群研究相對較少，缺乏臨床數(shù)據(jù)；目前人們對于腸道菌群結(jié)構(gòu)與組成仍然不清晰，且對于腸道菌群好壞的評價(jià)不明確；膳食成分對腸道菌群影響的量效關(guān)系缺乏系統(tǒng)研究，尤其是與日常攝入量的關(guān)系。此外對于膳食成分、腸道菌群以及人體健康功能間的相互作用研究，雖然已經(jīng)構(gòu)建了簡單的關(guān)聯(lián)，但其因果關(guān)系及相關(guān)的作用機(jī)制仍然不明，這將是該研究領(lǐng)域在將來的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。隨著基因測序技術(shù)的發(fā)展，這些不明確的問題將逐漸為人們所知。

［1］ HAKANSSON A，MOLIN G. Gut microbiota and inflammation[J]. Nutrients，2011，3（6）：637-682.

［2］ KHANNA S，TOSH P K. A clinician's primer on the role of the microbiome in human health and disease[J]. Mayo Clinic Proceedings，2014，89（1）：107-114.

［3］ STEPHEN A M，CUMMINGS J H. The microbial contribution to human faecal mass[J]. Journal of Medical Microbiology，1980，13（1）：45-56.

［4］ SOMMER F，BACKHED F. The gut microbiota-masters of host development and physiology[J]. Nature Reviews Microbiology，2013，11（4）：227-238.

［5］ HAYASHI H，TAKAHASHI R，NISHI T，et al. Molecular analysis of jejunal, ileal, caecal and recto-sigmoidal human colonic microbiota using 16S rRNA gene libraries and terminal restriction fragment length polymorphism[J]. Journal of Medical Microbiology，2005，54（11）：1093-1101.

［6］ WANG M，AHME S，JEPPSSON B，et al. Comparison of bacterial diversity along the human intestinal tract by direct cloning and sequencing of 16S rRNA genes[J]. FEMS Microbiology Ecology，2005，54（2）：219-231.

［7］ SAARELA M，LAHTEENMAKI L，CRITTENDEN R，et al. Gut bacteria and health foods-the European perspective[J]. International Journal of Food Microbiology，2002，78（1）：99-117.

［8］ DEL RIO D，RODRIGUEZ-MATEOS A，SPENCER J P E，et al. Dietary（poly）phenolics in human health：structures, bioavailability，and evidence of protective effects against chronic diseases[J]. Antioxidants & Redox Signaling，2013，18（14）：1818-1892.

［9］ SHEN S，WONG C H. Bugging inflammation：role of the gut microbiota[J]. Clinical & Translational Immunology，2016，5（4）：e72.

［10］ MARTINEZ I，KIM J，DUFFY P R，et al. Resistant starches types 2 and 4 have differential effects on the composition of the fecal microbiota in human subjects[J]. PloS One，2010，5：e15046.

［11］ DUDA-CHODAK A，TAKO T，SATORA P，et al. Interaction of dietary compounds，especially polyphenols，with the intestinal microbiota：a review[J]. European Journal of Nutrition，2015，54（3）：325-341.

［12］ CRACIUN S，BALSKUS E P. Microbial conversion of choline totrimethylamine requires a glycyl radical enzyme[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences the United States of America，2012，109（52）：21307-21312.

［13］ KADOTA H，ISHIDA Y. Production of volatile sulfur compounds by microorganisms[J]. Annual Reviews in Microbiology，1972，26（1）：127-138.

［14］ IGARASHI K，KASHIWAGI K. Modulation of cellular function by polyamines[J]. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology，2010，42（1）：39-51.

［15］ DEN BESTEN G，VAN EUNEN K，GROEN A K，et al. The role of short-chain fatty acids in the interplay between diet，gut microbiota，and host energy metabolism[J]. Journal of Lipid Research，2013，54（9）：2325-2340.

［16］ WANG Z，KLIPFELL E，BENNETT B J，et al. Gut f ora metabolism of phosphatidylcholine promotes cardiovascular disease[J]. Nature，2011，472（7341）：57-63.

［17］ 楊華，葉發(fā)銀，趙國華. 膳食多酚與腸道微生物相互作用研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué)，2015，36（3）：223-226.

［18］ O’KEEFE S J D. Diet，microorganisms and their metabolites，and colon cancer[J]. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology，2016，13（12）：691-706.

［19］ SMITH A H，ZOETENDAL E，MACKIE R I. Bacterial mechanisms to overcome inhibitory effects of dietary tannins[J]. Microbial Ecology，2005，50（2）：197-205.

［20］ DOLARA P，LUCERI C，CRESCI A，et al. Red wine polyphenols inf uence carcinogenesis，intestinal microf ora，oxidative damage and gene expression prof les of colonic mucosa in F344 rats[J]. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis，2005，591（1）：237-246.

［21］ LEE H C，JENNER A M，Low C S，et al. Effect of tea phenolics and their aromatic fecal bacterial metabolites on intestinal microbiota[J]. Research in Microbiology，2006，157（9）：876-884.

［22］ HIDALGO M，ORUNA-CONCHA M J，KOLIDA S，et al. Metabolism of anthocyanins by human gut microflora and their influence on gut bacterial growth[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2012，60（15）：3882-3890.

［23］ YEH C T，YEN G C. Effects of phenolic acids on human phenolsulfotransferase in relation to their antioxidant activity[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2003，51（15）：1474-1479.

［24］ RECHNER A R，KUHNLE G，BREMNER P，et al. The metabolic fate of dietary polyphenols in humans[J]. Free Radical Biology and Medicine，2002，33（2）：220-235.

［25］ RECHNER A R，SPENCER J P E，KUHNLE G，et al. Novel biomarkers of the metabolism of caffeic acid derivatives in vivo[J]. Free Radical Biology and Medicine，2001，30（11）：1213-1222.

［26］ RASMUSSEN S E，F(xiàn)REDERIKSEN H，STRUNTZE K K，et al. Dietary proanthocyanidins：occurrence，dietary intake，bioavailability，and protection against cardiovascular disease[J]. Molecular Nutrition & Food Research，2005，49（2）：159-174.

［27］ BUSTOS I，GARCIA-CAYUELA T，HERNANDEZ-LEDESMA B，et al. Effect of f avan-3-ols on the adhesion of potential probiotic Lactobacilli to intestinal cells[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2012，60（36）：9082-9088.

［28］ POSSEMIERS S，BOLCA S，VERSTRAETE W，et al. The intestinal microbiome：a separate organ inside the body with the metabolic potential to inf uence the bioactivity of botanicals[J]. Fitoterapia，2011，82（1）：53-66.

［29］ DUDA-CHODAK，TARKO T，SATORA P，et al. Interaction of dietary compounds，especially polyphenols，with the intestinal microbiota：a review[J]. European Journal of Nutrition，2015，54（3）：325-341.

［30］ CLAVEL T，HENDERSON G，BLAUT M，et al. Intestinal bacterial communities that produce active estrogen-like compounds enterodiol and enterolactone in humans[J]. Applied and Environmental Microbiology，2005，71（10）：6077-6085.

［31］ LANDETE J M. Plant and mammalian lignans：a review of source，intake，metabolism，intestinal bacteria and health[J]. Food Research International，2012，46（1）：410-424.

［32］ 李建文，楊月欣. 膳食纖維定義及分析方法研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué)，2007，28（2）：350-355.

［33］ KOLEVA P T，VALCHEVA R S，SUN X，et al. Inulin and fructooligo-saccharides have divergent effects on colitis and commensal microbiota in HLA-B27 transgenic rats[J]. British Journal of Nutrition，2012，108（9）：1633-1643.

［34］ DAVIS L M G，MARTINEZ I，WALTER J，et al. A dose dependent impact of prebiotic galactooligosaccharides on the intestinal microbiota of healthy adults[J]. International Journal of Food Microbiology，2010，144（2）：285-292.

［35］ DAVIS L M G，MARTINE I，WALTER J，et al. Barcoded pyrosequencing reveals that consumption of galactooliosccharides results in a highly specif c bif dogenic response in humans[J]. PloS One，2011，6（9）：e25200.

［36］ CHEN Y L，LIAO F H，LIN S H，et al. A prebiotic formula improves the gastrointestinal bacterial f ora in toddlers[J]. Gastroenterololgy Research and Practice，2016，2016（1）：1-6.

［37］ RAMIREZ-FARIAS C，SLEZAK K，F(xiàn)ULLER Z，et al. Effect of inulin on the human gut microbiota：stimulation of Bif dobacterium adolescentis and Faecalibacterium prausnitzii[J]. British Journal of Nutrition，2009，101（4）：541-550.

［38］ FLINT H J. The impact of nutrition on the human microbiome[J]. Nutrition Reviews，2012，70（1）：10-13.

［39］ FLINT H J，SCOTT K P，DUNCAN S H，et al. Microbial degradation of complex carbohydrates in the gut[J]. Gut Microbes，2012，3（4）：289-306.

［40］ DUNCAN S H，LOUIS P，F(xiàn)LINT H J. Lactate-utilizing bacteria，isolated from human feces，that produce butyrate as a majorfermentation product[J]. Applied and Environmental Microbiology，2004，70（10）：5810-5817.

［41］ BELENGUER A，DUNCAN S H，CALDER A G，et al. Two routes of metabolic cross-feeding between Bif dobacterium adolescentis and butyrate-producing anaerobes from the human gut[J]. Applied and Environmental Microbiology，2006，72（5）：3593-3599.

［42］ 鐘海平，鄭紅斌. 丁酸在潰瘍性結(jié)腸炎中的作用概述[J]. 中醫(yī)臨床研究，2011，3（9）：113-115.

［43］ GREEN C J. Fibre in enteral nutrition[J]. Clinical Nutrition，2001，20（1）：23-39.

［44］ TIIHONEN K，OUWEHAND A C，RAUTONEN N. Effect of overweight on gastrointestinal microbiology and immunology：correlation with blood biomarkers[J]. British Journal of Nutrition，2010，103（7）：1070-1078.

［45］ 石塔拉，高蔚娜，郭長江. 膳食成分與腸道菌群相互作用[J]. 營養(yǎng)學(xué)報(bào)，2016，38（6）：530-536.

［46］ KANKAANPAA P，YANG B，KALLIO H，et al. Effects of polyunsaturated fatty acids in growth medium on lipid composition and on physicochemical surface properties of Lactobacilli[J]. Applied and Environmental Microbiology，2004，70（1）：129-136.

［47］ GORISSEN L，DE VUYST L，RAES K，et al. Conjugated linoleic and linolenic acid production kinetics by Bif dobacteria differ among strains[J]. International Journal of Food Microbiology，2012，155（3）：234-240.

［48］ 王璇琳，檀英霞，郁成雨，等. 自制酸奶乳脂中c9，t11-共軛亞油酸對小鼠免疫調(diào)節(jié)作用的影響[J]. 食品科學(xué)，2010，31（5）：288-292.

［49］ LAINO J E，LEBLANC J G，SAVOY DE GIORI G. Production of natural folates by lactic acid bacteria starter cultures isolated from artisanal Agrentinean yogurts[J]. Canadian Journal of Microbiology，2012，58（5）：581-588.

［50］ MAGNUSDOTTIR S，RAVCHEEV D，DE CRECY-LAGARD V，et al. Systematic genome assessment of B-vitamin biosynthesis suggests cooperation among gut microbes[J]. Frontiers in Genetics，2015，6（148）：148.

［51］ PLOUX O，SOULARUE P，MARQUET A，et al. Investigation of the f rst step of biotin biosynthesis in Bacillus sphaericus：purif cation and characterization of the pimeloyl-CoA synthase，and uptake of pimelat[J]. Biochemical Journal，1992，287（3）：685-690.

［52］ BUHNIK-ROSENBLAU K，MOSHE-BELIZOWSKI S，DANINPOLEG Y，et al. Genetic modification of iron metabolism in mice affects the gut microbiota[J]. Biometals，2012，25（5）：883-892.

［53］ 張董燕，季海峰，徐煒玲. 益生菌對動(dòng)物腸道微生物生態(tài)學(xué)影響的研究進(jìn)展[J]. 中國畜牧獸醫(yī)，2007，34（3）：15-18.

［54］ 彭喜春，張志超，劉柳，等. 肉桂精油對大鼠腸道梭菌屬Ⅳ簇菌群和擬桿菌群的影響[J]. 中草藥，2013，44（4）：437-442.

［55］ COSTA L B，LUCIANO F B，MIYADA V S，et al. Herbal extracts and organic acids as natural feed additives in pig diets[J]. South African Journal of Animal Science，2013，43（2）：181-193.

Research progress of interactions between functional components of fruits/vegetables and gut microbiota

WANG Feng，ZHAO Chengying，TIAN Guifang，ZHENG Jinkai
Institute of Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Key Laboratory of Agro-products Processing, Ministry of Agriculture, Beijing 100193, China

Fruits and vegetables, rich in various components with potent nutritional and healthy functions, are important in daily diet. They play a crucial role in health maintaining and disease prevention. Increasing researches demonstrate that many of the human body benef t functions of functional components in fruits and vegetables are associated with interactions with gut microbiota. Herein, the research progress of interactions between functional components of fruits and vegetables and gut microbiota is comprehensively discussed from two aspects. One is the effects of the components on composition and amount of gut microbiota, and the consequent effects on human body. The other is the inf uence of gut microbiota on the in vivo metabolism and human body benef t functions of the components in fruits and vegetables. The relationship between functional components of fruits and vegetables, gut microbiota and human healthy functions is also discussed. These would provide important references for revealing the mechanism of nutrition and health of fruits and vegetables, as well as for human reasonable diet.

fruits and vegetables; polyphenols; dietary f ber; gut microbiota; nutrition and health

10.3969/j.issn.1674-0319.2017.04.008

王鳳，博士研究生。研究方向：果蔬黃酮的營養(yǎng)健康機(jī)制。

E-mail：411517552@qq.com

趙成英，博士后。主要研究方向：果蔬功能成分與腸道菌群的相互作用機(jī)制。E-mail：zcyzhaocy@sina.com

田桂芳，助理研究員。研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工利用。E-mail：tiangui fang @caas.cn

國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（31401581）