海洋源活性物質(zhì)對(duì)炎癥性腸病營(yíng)養(yǎng)干預(yù)作用研究進(jìn)展

李明爽 楊錫洪,2 車紅霞,2 解萬(wàn)翠,2,3,4

(1. 青島科技大學(xué)海洋科學(xué)與生物工程學(xué)院，山東 青島 266042；2. 山東省生物化學(xué)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266042；3. 青島智科檢驗(yàn)檢測(cè)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(jié)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(jié)腸炎(Ulcerative colitis, UC )兩種形式[1]。目前，全球約有6 800萬(wàn)IBD患者，且發(fā)病率與患病率逐年增加[2]。IBD病理特征復(fù)雜，現(xiàn)有的臨床藥物和手術(shù)無(wú)法完全治愈，復(fù)發(fā)率高，甚至?xí)殡S終生[3]。長(zhǎng)期服藥產(chǎn)生的機(jī)會(huì)性感染和惡性腫瘤也是IBD用藥的毒副作用之一[4]。

食物來(lái)源的活性物質(zhì)毒性較低，大量研究表明生物活性成分對(duì)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(diào)節(jié)、益生元等功能特點(diǎn)，對(duì)于胃腸疾病可以起到有效的藥劑輔助治療作用[7]。近年來(lái)，海洋源活性物質(zhì)以其多樣性和多功能性而廣受關(guān)注，并逐漸成為高附加值醫(yī)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(diǎn)使其成為IBD營(yíng)養(yǎng)干預(yù)治療的潛在手段[8]。

多種海洋活性物質(zhì)已在細(xì)胞和動(dòng)物模型中表現(xiàn)出對(duì)IBD的治療效果，但具體的分子功能中心和治療機(jī)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(chǎn)來(lái)源活性成分營(yíng)養(yǎng)干預(yù)IBD的初步成效和機(jī)制探究，以期為膳食補(bǔ)充治療法提供更多依據(jù)。

1 IBD致病機(jī)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(fā)生涉及到遺傳易感、環(huán)境因素和體內(nèi)系統(tǒng)之間的相互作用(見(jiàn)圖1)。抗原入侵觸發(fā)了腸道菌群的異常免疫應(yīng)答，引起黏膜屏障功能受損和腸道微生態(tài)失衡，從而導(dǎo)致慢性胃腸道炎癥與臨床相關(guān)癥狀[9]。當(dāng)有害抗原接觸到腸上皮細(xì)胞時(shí)，免疫細(xì)胞通過(guò)模式識(shí)別受體來(lái)感知損傷，刺激中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞等抗原呈遞細(xì)胞介導(dǎo)炎癥因子的分泌；腸道菌群產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，促進(jìn)通透性相關(guān)分子、血管生產(chǎn)相關(guān)因子的表達(dá)；同時(shí)影響細(xì)胞凋亡通路的表達(dá)，產(chǎn)生一系列腸道炎癥反應(yīng)[10]。

2 海洋來(lái)源活性物質(zhì)對(duì)IBD的作用機(jī)理

海洋生物品類繁多，生態(tài)環(huán)境復(fù)雜多變，從海洋生物中提取的物質(zhì)大多具有較強(qiáng)生物活性，在IBD應(yīng)用中其相關(guān)分子機(jī)制如圖2所示。

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

圖1 IBD致病機(jī)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(jī)制

2.1 多不飽和脂肪酸

海洋動(dòng)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(yú)、蝦、貝類等水產(chǎn)品中。在IBD臨床治療中，多項(xiàng)試驗(yàn)顯示EPA和DHA對(duì)機(jī)體有益[11]。

2.1.1 保持腸上皮細(xì)胞的完整性 腸上皮細(xì)胞作為腸道機(jī)械屏障的重要組成部分，在觸發(fā)局部免疫反應(yīng)、維持腸腔和免疫細(xì)胞的功能性方面有著重要作用，對(duì)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(jìn)膜磷脂的產(chǎn)生，進(jìn)而維護(hù)腸道細(xì)胞機(jī)械屏障，確保其在炎癥過(guò)程中可以充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和功能作用[12]。臨床試驗(yàn)[13]發(fā)現(xiàn)，脂肪酸可影響UC患者腸上皮細(xì)胞的緊密連接通透性，通過(guò)改變緊密連接膜微區(qū)的脂質(zhì)環(huán)境來(lái)提高屏障作用。長(zhǎng)鏈脂肪酸在腸道中的吸收和代謝反應(yīng)對(duì)腸上皮細(xì)胞的功能也有一定保護(hù)作用。UC患者回腸和結(jié)腸中的脂肪酸合酶表達(dá)降低，直腸黏液中磷脂酰膽堿明顯減少[14]，說(shuō)明UC患者的脂肪酸合酶表達(dá)受損，其直接結(jié)果導(dǎo)致了腸細(xì)胞敏感性增加。

腸上皮細(xì)胞作為機(jī)體抵御腸道炎癥的第一道防線，其結(jié)構(gòu)和功能的完整性對(duì)治療IBD具有積極意義。多不飽和脂肪酸可以借助其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)參與到細(xì)胞膜構(gòu)建中，維持上皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)完整，為機(jī)械屏障的功能完整性提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[15]；同時(shí)，消化吸收代謝產(chǎn)生的中間產(chǎn)物也會(huì)對(duì)機(jī)體的免疫產(chǎn)生直接或間接的影響[16]，鑒于代謝過(guò)程和產(chǎn)物的復(fù)雜性仍需借助代謝組學(xué)等分析手段進(jìn)一步探究其具體作用靶點(diǎn)和機(jī)理。

2.1.2 平衡促炎—抑炎因子的表達(dá) 免疫細(xì)胞分泌的炎癥因子對(duì)IBD有直接作用[17]。在病變的腸黏膜中發(fā)現(xiàn)樹(shù)突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞負(fù)責(zé)呈遞抗原，產(chǎn)生大量促炎癥因子，IBD患者體內(nèi)常見(jiàn)促炎因子包括腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、干擾素-γ(INF-γ)、白細(xì)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(xì)胞因子共同作用，協(xié)調(diào)IBD的發(fā)生，因而改善促炎/抗炎細(xì)胞因子的失調(diào)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(dá)。Ibrahim等[19]發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)鏈ω-3 PUFAs可以抑制上皮和樹(shù)突狀細(xì)胞中的炎癥反應(yīng)，通過(guò)DHA干預(yù)IL-1β炎癥誘導(dǎo)的人腸道微血管內(nèi)皮細(xì)胞模型，發(fā)現(xiàn)DHA可以抑制IL-6和IL-8等促炎因子的表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)炎癥反應(yīng)的抑制作用。類似的，在脂多糖(LPS)刺激的單核THP-1細(xì)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(xì)胞和肝細(xì)胞的體外炎癥模型中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)EPA處理后，細(xì)胞內(nèi)TNF-α和IL-6的水平明顯下降，同時(shí)顯著增加了IL-10抑炎因子的表達(dá)[21]，說(shuō)明體外模型下ω-3 PUFAs不僅對(duì)細(xì)胞具有直接的消炎作用，還可以通過(guò)活化的巨噬細(xì)胞間接減輕細(xì)胞的炎癥。在動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)，飲食攝入橄欖油和魚(yú)油(富含EPA和DHA)的組合比單一橄欖油干預(yù)更有利于改善葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的IBD大鼠腸道炎癥癥狀，腸內(nèi)IL-1β、IL-6和TNF-α表達(dá)明顯降低[22]。綜上，多不飽和脂肪酸可以激發(fā)機(jī)體腸道免疫屏障，尤其是通過(guò)協(xié)調(diào)炎癥因子的表達(dá)，減緩炎癥反應(yīng)的發(fā)生。而炎癥因子作用于免疫反應(yīng)的下游環(huán)節(jié)，其通路表達(dá)過(guò)程十分復(fù)雜，且各個(gè)免疫通路間的競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)同作用也對(duì)其表達(dá)產(chǎn)生重要影響，因而信號(hào)通路的探究對(duì)于研究多不飽和脂肪酸對(duì)IBD分子作用原理尤為關(guān)鍵，需進(jìn)一步深入研究。

2.2 海藻多糖

海藻是一類海洋來(lái)源數(shù)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(gè)單糖分子通過(guò)不同糖苷鍵連接，分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其低毒性、抗炎作用和免疫調(diào)節(jié)功效備受關(guān)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(duì)IBD的作用機(jī)制較為復(fù)雜。

2.2.1 調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞因子 IBD患者體內(nèi)除了有高表達(dá)的促炎因子外，黏附分子表達(dá)的增加也是該病重要的生理標(biāo)志[24]，同時(shí)，促炎因子如TNF-α的高表達(dá)會(huì)影響血管細(xì)胞黏附分子1(VCAM-1)、細(xì)胞間黏附內(nèi)皮細(xì)胞中的分子1(ICAM-1)的表達(dá)[25]。海藻多糖可對(duì)TNF-α、IL-1β和IL-6等重要促炎因子的表達(dá)產(chǎn)生抑制作用，并進(jìn)一步影響通路其他信號(hào)分子的表達(dá)。Sanjeewa等[26]從角藻分離出硫酸化富巖藻糖，并應(yīng)用于LPS誘導(dǎo)的RAW 264.7細(xì)胞損傷模型中，發(fā)現(xiàn)TNF-α因子表達(dá)量減少，在體內(nèi)斑馬魚(yú)胚胎模型中發(fā)現(xiàn)多糖對(duì)促炎因子起抑制效果，下調(diào)核因子-κB(NF-κB)的表達(dá)，表現(xiàn)出炎癥改善效果。Levy等[27]發(fā)現(xiàn)從紅色微藻紫菜提取的多糖可以通過(guò)提高去磷酸化IκB的表達(dá)水平，抑制TNF-α的產(chǎn)生，同時(shí)下調(diào)ICAM-1和VCAM-1的表達(dá)，即多糖通過(guò)多途徑調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞因子顯示出抗炎特性。

2.2.2 改善腸道菌群和代謝產(chǎn)物 膳食纖維作為一種潛在的益生元，對(duì)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(qiáng)益生菌的活性，改變腸道菌群組成結(jié)構(gòu)，并刺激腸道菌群產(chǎn)生功能性代謝物，抑制腸道內(nèi)的免疫反應(yīng)；還可以通過(guò)對(duì)短鏈脂肪酸(SCFA)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的發(fā)酵而產(chǎn)生多種對(duì)宿主腸道有益的物質(zhì)[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(guān)，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(yán)重減少，同時(shí)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(jìng)爭(zhēng)力促進(jìn)有益微生物的生長(zhǎng)來(lái)影響腸道菌群的組成。Charoensiddhi等[31]發(fā)現(xiàn)膳食補(bǔ)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(shù)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(shù)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(shí)顯著抑制了變形菌、Alcaligenaceae的生長(zhǎng)。

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(guān)鍵因素，會(huì)導(dǎo)致乙酸、丙酸和丁酸等SCFA的減少，氧化應(yīng)激和毒素分泌增加等一系列反應(yīng)[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(nèi)SCFA升高，降低結(jié)腸內(nèi)的pH值，并抑制病原微生物黏附于腸細(xì)胞，改變結(jié)腸細(xì)胞的形態(tài)和功能，并通過(guò)刺激表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)來(lái)維持腸道的動(dòng)態(tài)平衡，抑制促炎細(xì)胞因子表達(dá)，最后抑制B細(xì)胞中NF-κB的活化[39]。綜上，海藻多糖對(duì)腸道微環(huán)境的影響不僅體現(xiàn)在對(duì)菌群組成的改變，還可通過(guò)發(fā)酵代謝產(chǎn)物對(duì)腸道穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生一定的作用。目前關(guān)于腸道菌群在IBD中的作用機(jī)理尚未完全清楚，但是海藻多糖作為腸道菌群穩(wěn)定劑在維持腸道穩(wěn)態(tài)方面具有一定的潛力。

2.3 生物肽

生物肽是蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物，具有良好的細(xì)胞擴(kuò)散效力和低毒性、低副作用等優(yōu)點(diǎn)[40]。研究表明，口服蛋白水解物可增強(qiáng)機(jī)體的免疫反應(yīng)，細(xì)胞層面也發(fā)現(xiàn)生物活性肽可以通過(guò)調(diào)節(jié)局部T細(xì)胞和B細(xì)胞免疫反應(yīng)對(duì)食物過(guò)敏產(chǎn)生抑制作用[41]，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)[42]，抑制凋亡通路蛋白的表達(dá)等機(jī)制來(lái)緩解炎性損傷[43]。魚(yú)蛋白是抗炎肽的重要來(lái)源，美國(guó)已批準(zhǔn)將太平洋鱈魚(yú)的蛋白水解酵母發(fā)酵產(chǎn)物作為針對(duì)腸道健康的“非處方”保健食品補(bǔ)充劑出售。

2.3.1 激活抗氧化防御 IBD患者的腸壁會(huì)出現(xiàn)白細(xì)胞浸潤(rùn)的情況，導(dǎo)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(huán)氧合酶(COXs)、髓過(guò)氧化物酶(MPO)、丙二醛(MDA)等與活性氧相關(guān)的酶的變化也會(huì)導(dǎo)致活性氧過(guò)多而進(jìn)一步加劇IBD的情況[45-46]。海洋來(lái)源蛋白水解后釋放的肽具有減弱NO和PGE2的產(chǎn)生、抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)和COX-2的蛋白質(zhì)表達(dá)以及增加腸道緊密連接蛋白表達(dá)的效力。研究[47]發(fā)現(xiàn)，鮭魚(yú)蛋白經(jīng)胃蛋白酶水解得到的活性肽PAY干預(yù)LPS誘導(dǎo)的RAW 264.7細(xì)胞炎癥模型，抑制了NO和PGE2的產(chǎn)生，從而抑制活性氧iNOS和COX-2的蛋白質(zhì)表達(dá)，減緩炎癥的進(jìn)程。海洋來(lái)源的生物肽是否在IBD中有效激活腸道內(nèi)的抗氧化防御還需進(jìn)一步研究。

2.3.2 抑制細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡在維持組織穩(wěn)態(tài)和預(yù)防癌癥發(fā)展中具有關(guān)鍵作用，在IBD患者中caspase-3的高表達(dá)會(huì)造成嚴(yán)重的細(xì)胞凋亡，進(jìn)一步破壞腸組織。在吲哚美辛誘導(dǎo)的HT29細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)太平洋鱈魚(yú)水解肽可通過(guò)抑制caspase-3活性來(lái)抑制細(xì)胞增殖并減少凋亡，在小鼠結(jié)腸損傷模型組中發(fā)現(xiàn)其可以減少絨毛損傷，抑制腸內(nèi)caspase-3的表達(dá)[48]。Machado等[49]在藥物消炎痛誘導(dǎo)的HT29細(xì)胞模型中，蛋白肽可增加細(xì)胞增殖，同時(shí)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(dǎo)的鮭魚(yú)肝細(xì)胞和頭腎細(xì)胞模型，在魚(yú)蛋白酶解水解物干預(yù)下過(guò)氧化氫酶表達(dá)增加，IL-1β轉(zhuǎn)錄增加，抑制了caspase-3轉(zhuǎn)錄。綜上，海洋生物肽主要通過(guò)抑制caspase-3轉(zhuǎn)錄、表達(dá)以及抑制相關(guān)通路的表達(dá)來(lái)控制IBD的發(fā)展。然而，腸道屏障細(xì)胞凋亡是復(fù)雜生化反應(yīng)，為研究其內(nèi)在機(jī)制，除了對(duì)特殊靶點(diǎn)進(jìn)行研究外，還需對(duì)其通路進(jìn)行詳細(xì)探究，為揭示細(xì)胞凋亡原理、找尋有效作用位點(diǎn)、提高海洋活性肽生物利用度提供更多依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

炎癥性腸病正逐漸發(fā)展為全球性流行性疾病，帶來(lái)的社會(huì)和個(gè)人的損失也越來(lái)越大。海洋作為豐富的生物資源庫(kù)提供了活性豐富的天然成分。脂肪酸、多糖、生物肽等物質(zhì)可通過(guò)營(yíng)養(yǎng)干預(yù)的方式在一定程度上達(dá)到對(duì)IBD的治療效果，其作用機(jī)理復(fù)雜且存在相互作用。此外，水產(chǎn)來(lái)源的活性物質(zhì)含量低、提取成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面尚需進(jìn)一步探索。目前海洋源活性成分對(duì)IBD治療作用研究大多停留在細(xì)胞和小鼠試驗(yàn)水平，臨床數(shù)據(jù)相對(duì)匱乏，需要大量的研究和臨床試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。隨著人們對(duì)IBD病理和藥物機(jī)理的深入研究，海洋來(lái)源的天然活性物質(zhì)成為IBD的藥物補(bǔ)充劑也將成為可能。