益生元、多酚、蛋白質(zhì)和多不飽和脂肪酸對腸道健康的影響

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(渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心,遼寧錦州 121013)

益生元、多酚、蛋白質(zhì)和多不飽和脂肪酸對腸道健康的影響

楊立娜,吳凱為,朱力杰,張德福,王勝男,王勃,劉賀,何余堂,馬濤*

(渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心,遼寧錦州 121013)

腸道微生態(tài)與人體健康息息相關(guān),腸道菌群失衡會導(dǎo)致人體出現(xiàn)多種疾病。食品功能因子通過調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡進(jìn)行機(jī)體防御、疾病防治、健康恢復(fù)等。本文在列舉腸道微生態(tài)失衡誘發(fā)的機(jī)體疾病基礎(chǔ)上,綜述了益生元、多酚、蛋白質(zhì)和多不飽和脂肪酸等部分食品功能因子對腸道微生態(tài)的影響,以期為疾病的預(yù)防和治療提供新的思路與方法。

腸道微生態(tài),食品功能因子,益生元,多酚,抗菌肽,多不飽和脂肪酸

腸道是人體最大的消化器官,也是人體最大的免疫系統(tǒng)。健康人群的腸道寄居著數(shù)以萬億的微生物,而且腸道微生物的物種豐度較高[1]。消化不完全的食物、藥物或膳食補(bǔ)充劑進(jìn)入腸道微生態(tài)系統(tǒng)都會影響微生物物種豐度,如果其物種豐度下降,將伴隨著人體多種疾病的發(fā)生,如肥胖、糖尿病、炎癥性腸病、大腸癌等[2-5]。飲食是控制腸道微生物結(jié)構(gòu)與組成的原因之一,但是我國居民的飲食結(jié)構(gòu)不平衡,對功能性食品功效的了解還不夠深入,因此本文就功能性食品因子調(diào)控腸道微生態(tài)系統(tǒng)對人體健康的影響進(jìn)行闡述,并探討其相關(guān)作用機(jī)理,以期為研究食品功能因子、腸道微生態(tài)和人體健康的關(guān)系提供參考。

1 腸道微生態(tài)與人類疾病

1.1腸道微生態(tài)系統(tǒng)

腸道菌群與宿主形成共生關(guān)系,通過促進(jìn)腸上皮生長發(fā)育和調(diào)控宿主免疫防御來維持宿主的生理健康[1]。宏基因組學(xué)研究表明,結(jié)腸內(nèi)有1000多種微生物,根據(jù)需氧程度分為三大類:厭氧菌、兼性厭氧菌和需氧菌。以雙歧桿菌等益生菌為代表的厭氧菌是腸道的優(yōu)勢菌,阻止致病菌的入侵和定植[6]。有研究指出,有益菌的比例在體格強(qiáng)健的人腸道內(nèi)達(dá)到70%,普通人則是25%,便秘人群減少到15%,而在癌癥病人腸道內(nèi)的比例低于10%[7]。因此,腸道菌群與宿主、外界環(huán)境間處于相對平衡狀態(tài),構(gòu)成宿主的生物屏障,若菌群平衡失調(diào),則對人體有害[8]。

表1 腸道微生物與人類疾病

1.2腸道微生態(tài)失衡與人類疾病

由于食性變化,健康人群的腸道微生態(tài)也會發(fā)生變化,如菌群多樣性、豐度以及代謝產(chǎn)物的改變等,都會造成人體不同部位病變[9]。如表1所示,最常見的疾病發(fā)生在腸道菌群的寄居地-腸道,包括腸易激綜合癥、炎癥性腸病和結(jié)直腸癌等;代謝綜合癥相關(guān)疾病、肝臟疾病、創(chuàng)傷感染性疾病、心血管疾病和過敏哮喘等也與腸道微生態(tài)失衡密不可分。常見的發(fā)病機(jī)制主要有三點:發(fā)酵產(chǎn)物短鏈脂肪酸含量下降,減少了腸粘膜細(xì)胞的能量供給,增加了腸道pH,誘導(dǎo)機(jī)體發(fā)病;革蘭氏陰性菌大量繁殖會增加細(xì)菌內(nèi)毒素的釋放,致使機(jī)體免疫能力降低,抗感染能力也隨之下降,增加了機(jī)體患病的風(fēng)險;腸道菌群的失衡會刺激機(jī)體產(chǎn)生炎癥因子,促進(jìn)疾病產(chǎn)生。

2 食品功能因子與腸道微生態(tài)

功能性食品是指與機(jī)體防御、機(jī)體節(jié)律調(diào)節(jié)、疾病防治、健康恢復(fù)等有關(guān)的功能因子,經(jīng)設(shè)計加工對機(jī)體有明顯調(diào)節(jié)功能的食品[33]。如表2所示,功能食品根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)主要分為活性菌、活性多糖、肽與蛋白質(zhì)、黃酮類化合物、功能性甜味劑、功能性油脂、維生素和微量元素八大類。本文主要就益生元、多酚、蛋白質(zhì)和多不飽和脂肪酸與腸道微生態(tài)的關(guān)系進(jìn)行描述。

表2 食品功能因子分類[34]

2.1益生元、益生菌與腸道微生態(tài)

腸道菌群的研究和功能性食品的出現(xiàn)密切相關(guān),而益生元作為一種功能食品對于促進(jìn)腸道微生態(tài)健康發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。1995年,Gibson和Roberfroid定義益生元是一種不被消化或難以消化的食物成分,這些成分選擇性的刺激結(jié)腸內(nèi)細(xì)菌的增殖與代謝,從而有益于宿主健康。2008年,聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)的益生元專門會議上對益生元的定義又進(jìn)行了補(bǔ)充:益生元是一種無生命的食物成分,可以促進(jìn)腸道有益菌生長,同時抑制有害菌[35]。目前益生元主要包括一些低聚糖類(菊粉、低聚果糖、低聚半乳糖和膳食纖維等)、微藻類(螺旋藻、節(jié)旋藻等),還有一些天然植物(蔬菜、中草藥和野生植物等)。含有益生元的食品主要有酸奶、乳飲料、焙烤食品、谷物早餐和嬰幼兒食品等。

腸道內(nèi)雙歧桿菌、乳酸菌等有益菌可以對益生元進(jìn)行發(fā)酵。首先,雙歧桿菌大量增加與腐敗菌競爭腸上皮結(jié)合位點和營養(yǎng)物質(zhì),抑制腐敗菌的繁殖。大量繁殖的有益菌可以穿過腸道屏障參與免疫細(xì)胞激活,但是有不同報道稱是細(xì)菌的胞壁成分和胞質(zhì)抗原穿過了腸道屏障[36]。其次,益生元糖通過有益菌發(fā)酵可以產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid,SCFA),而SCFA對于人體的健康水平至關(guān)重要,一是維持腸黏膜細(xì)胞60%～70%的能量供給,促其生長[37];二是結(jié)腸環(huán)境的酸化有利于粘液素的產(chǎn)生,改善腸粘膜的生態(tài)環(huán)境,降低擬桿菌屬、梭菌屬和大腸桿菌等腐敗菌的移位[37];三是降低炎癥細(xì)胞釋放細(xì)胞因子TNF-α等,發(fā)揮抗炎作用[38];四是SCFA類藥物可以抑制結(jié)腸癌SW1116細(xì)胞的周期運轉(zhuǎn),誘導(dǎo)凋亡,降低原癌基因的表達(dá)與細(xì)胞增殖,其中丁酸是主要的作用成分[39]。

2.2多酚與腸道微生態(tài)

體內(nèi)外研究表明,多酚可以促進(jìn)雙歧桿菌和乳酸菌等有益生菌生長,選擇性的抑制致病菌生長,優(yōu)化腸道菌群結(jié)構(gòu),調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡[40],作用機(jī)制主要是:多酚的羥基與被抑制的致病菌細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層結(jié)合破壞細(xì)胞膜的正常功能;多酚可以產(chǎn)生H2O2破壞微生物細(xì)胞膜的通透性[41];通過改變腸道微生物的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致微生物代謝酶種類發(fā)生改變,進(jìn)而影響腸道內(nèi)發(fā)生的酶化反應(yīng)(水解酶、氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶等)[42];多酚還可以與多種金屬離子螯合成不溶性復(fù)合物,使微生物酶系缺乏輔基無法反應(yīng)[43];多酚還可以直接抑制葡聚糖酶、旋轉(zhuǎn)酶B、硝基還原酶等酶活性[44]。

2.3蛋白質(zhì)、多肽與腸道微生態(tài)

每天到達(dá)人體腸道的蛋白質(zhì)包括膳食蛋白質(zhì)的殘渣和小腸分泌的酶類。腸道內(nèi)降解蛋白質(zhì)的細(xì)菌主要有擬桿菌、梭桿菌、芽孢桿菌和葡萄球菌等,蛋白質(zhì)降解后可以為細(xì)菌提供C、N、S等營養(yǎng)元素[45]。腸道內(nèi)硫酸鹽還原菌等會將含硫氨基酸(蛋氨酸、胱氨酸)還原成H2S,造成腸道疾病[46]。近期研究表明,糖化豌豆蛋白質(zhì)可以促進(jìn)乳酸菌和雙歧桿菌等腸道共生菌的生長,并且提高了短鏈脂肪酸的水平[47];動物性蛋白(糖化牛血清白蛋白和酪蛋白)卻顯著降低腸道內(nèi)直腸真桿菌、雙歧桿菌和硫酸酯合成菌等有益菌的數(shù)量,促進(jìn)擬桿菌和硫酸鹽還原菌等有害菌的數(shù)量,同時短鏈脂肪酸的濃度也顯著降低[48]。

肽是氨基酸通過肽鍵彼此連結(jié)而成的小分子化合物(也稱多肽),是生物體內(nèi)一類重要的活性物質(zhì),其中抗菌肽具有廣譜抗菌、抗病毒、抗腫瘤等活性[49]。有研究表明腸道菌群的代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸可以抑制胰島β細(xì)胞產(chǎn)生Cathelicidins類抗菌肽[50],多形擬桿菌卻可以刺激RegIII抗菌肽產(chǎn)生,殺死體內(nèi)真菌[51],而且在抗菌肽基因缺失(CRAMP或MMP7)的小鼠體內(nèi)菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化,清除體內(nèi)致病菌的能力明顯下降,而且易患炎癥性腸炎等疾病[52]。到目前為止,抗菌肽與腸道菌群相互調(diào)控的機(jī)制和生理功能仍不完全清楚,比較明確的是在不同氧濃度、還原劑和pH下抗菌肽的殺菌能力不同[53]。

2.4多不飽和脂肪酸與腸道微生態(tài)

多不飽和脂肪酸(Polyunsaturated Fatty Acid,PUFA)是指含有兩個和兩個以上雙鍵的不飽和脂肪酸,參與構(gòu)成體內(nèi)脂肪,包括ω-3系列(亞麻酸、二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸等)和ω-6系列(亞油酸、共軛亞油酸、花生四烯酸等)。由于人體不能合成PUFA,從膳食中獲取PUFA就變得十分重要。但是豐富的PUFAs飲食又會影響機(jī)體的免疫功能、血壓、膽固醇和甘油三酯水平以及心腦血管功能[54]。

成人腸道菌群沒有豐富的脂肪酸代謝基因,所以腸道內(nèi)微生物與多不飽和脂肪酸之間可能存在相互作用[55]。有研究表明ω-3 PUFA可以改善腸道有益菌群(如疣微菌門Akkermansiamuciniphila),增加粘膜厚度,提高腸黏膜屏障功能,而且還可以借助腸道有益菌的大量繁殖來抑制脂肪酸合成酶的基因表達(dá),進(jìn)而控制脂肪酸的合成達(dá)到減肥目的[56]。高濃度的PUFA(10～40 μg/mL)抑制乳酸菌、干酪乳桿菌和保加利亞乳桿菌的生長和粘附功能,但是低濃度的γ-亞麻酸和花生四烯酸(5 μg/mL)促進(jìn)干酪乳桿菌的生長和粘附功能[57];乳酸菌還可以利用PUFA產(chǎn)生不同的代謝產(chǎn)物[58];這就表明乳酸菌是PUFA的吸收調(diào)節(jié)劑,與此同時PUFA也不同程度的影響著細(xì)菌。因此,益生菌的生理作用與益生菌和膳食PUFA之間的相互調(diào)節(jié)有關(guān)。

3 展望

腸道微生物通過免疫和代謝功能影響宿主的營養(yǎng)和健康狀態(tài),而食品功能因子可以被腸道菌群利用并產(chǎn)生代謝產(chǎn)物,有利于優(yōu)化腸道菌群結(jié)構(gòu)、促進(jìn)腸道益生菌的生長繁殖、保護(hù)腸道免疫屏障、促進(jìn)腸道蠕動從而減少致病菌的入侵、有害物質(zhì)在機(jī)體的停留和炎癥發(fā)應(yīng)。因此,食品功能因子調(diào)節(jié)腸道微生物來預(yù)防和治療機(jī)體慢性疾病將是今后的研究熱點。目前,食品功能因子在加工與貯藏過程中結(jié)構(gòu)與生理特性變化規(guī)律及其與食品營養(yǎng)功效的關(guān)系、互作機(jī)理還有待于深入研究,以集成基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、營養(yǎng)代謝組學(xué)等食品組學(xué)技術(shù)研究食品功能因子對腸道微生態(tài)改善與人體健康的關(guān)系亟待加強(qiáng)。總之,我國的功能性食品的研究和開發(fā)落后于發(fā)達(dá)國家,產(chǎn)品形態(tài)以片劑和膠囊為主區(qū)別于傳統(tǒng)食品,產(chǎn)品價格整體偏高,導(dǎo)致功能性食品的應(yīng)用成為一個難題,嚴(yán)重阻礙了腸道等慢性疾病飲食療法的發(fā)展。應(yīng)該著眼于我國居民的飲食習(xí)慣,充分利用我國的現(xiàn)有資源,開發(fā)出功效明確、食用方便、經(jīng)濟(jì)實惠的功能性食品。

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Effectofprebiotics,phytochemicals,proteinandpolyunsaturatedfattyacidsonintestinalhealth

YANGLi-na,WUKai-wei,ZHULi-jie,ZHANGDe-fu,WANGSheng-nan,WANGBo,LIUHe,HEYu-tang,MATao*

(National & Local Joint Engineering Research Center of Storage,Processing and Safety Control Technology for FreshAgricultural and Aquatic Products,College of Food Science and Technology,Bohai University,Jinzhou 121013,China)

Intestinal microecology is closely related to human health. Gut microbiota dysbiosis will lead to a variety of diseases. Intestinal microecology balance were regulated by food functional components for body defense,disease prevention,health recovery,etc. In order to provide new ideas and methods for the prevention and treatment of disease,the effects of prebiotics,polyphenol,protein and polyunsaturated fatty acids on intestinal microecology were reviewed on the basis of intestinal microecology dysbiosis induced body disease.

intestinal microecology;food functional components;prebiotics;polyphenol;antibacterial peptide;polyunsaturated fatty acids

2017-04-01

楊立娜(1987-)，女，博士，講師，主要從事食品營養(yǎng)與疾病防治方面的研究，E-mail：398510872@qq.com。

*

馬濤(1962-)，男，博士，教授，主要從事糧油與植物蛋白工程方面的研究，E-mail：matao-09@163.com。

國家自然科學(xué)基金青年基金項目(31601510)；遼寧省自然科學(xué)基金項目(20170540022)。

TS201

A

1002-0306(2017)22-0336-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.22.065