黃酮類化合物與腸道菌群互作研究進(jìn)展

陳 斌，劉 潔，詹敏敏，呂慕雯，曹 庸，宋明月*

（1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院廣東省功能食品活性物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州 510642 2 北京工商大學(xué)中加食品營(yíng)養(yǎng)與健康聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 北京 100048）

隨著生活水平的提高，人們對(duì)膳食水果和蔬菜中具有健康功效，且無(wú)毒副作用的天然活性物質(zhì)日益關(guān)注，例如黃酮類化合物[1]。黃酮類化合物是一類普遍存在于綠茶、可可豆、葡萄籽、大豆和柑橘果皮等的多酚類物質(zhì)，是植物和真菌的次生代謝物[2-4]。黃酮在植物中主要起到改善色澤、提供風(fēng)味和抵抗氧化應(yīng)激的作用[5]。黃酮類化合物被證明具有多種促進(jìn)人體健康的生物學(xué)活性，包括抗炎、抗氧化、抗肥胖、抗菌、抗癌、抗糖尿病和保護(hù)肝臟等，被認(rèn)為是功能性食品、化妝品和藥品的重要原料[6-10]?；邳S酮類化合物的廣泛存在及其生物學(xué)作用，本文綜述黃酮類化合物和腸道菌群的相互作用及其對(duì)宿主健康效應(yīng)的最新研究進(jìn)展，旨在為黃酮類化合物在功能性食品中的應(yīng)用提供參考。

1 黃酮類化合物的結(jié)構(gòu)及分類

黃酮類化合物是指以2-苯基色原酮為母核的一類多酚類化合物，通常與羥基、糖基和甲氧基相連。如圖1，它是由兩個(gè)苯環(huán)（A 環(huán)和B 環(huán)）和一個(gè)吡喃環(huán)（C 環(huán)）組成，即具有C6-C3-C6 的骨架[11]。

圖1 黃酮類化合物的基本骨架Fig.1 The basic skeleton of flavonoids

黃酮類化合物可根據(jù)B 環(huán)和C 環(huán)的連接方式，C 環(huán)的氧化程度和3 個(gè)環(huán)的羥基化程度分為不同的亞類[12-13]。如表1所示，這些亞類包括：黃酮醇類、黃酮類、黃烷酮醇類、黃烷酮類、黃烷-3 醇類和異黃酮類[5，13-15]。黃酮類化合物在膳食中主要存在于水果、蔬菜、茶和巧克力等。黃酮類化合物在有些食物中會(huì)富集在某些特定部位，例如在柑橘類水果中，多甲氧基黃酮在果皮中的含量遠(yuǎn)高于果肉等其它部位[16]。

表1 黃酮類化合物的分類、結(jié)構(gòu)和食物來(lái)源[5，13-15]Table 1 Classification，structure and food sources of flavonoids[5，13-15]

2 腸道菌群與常見慢性疾病的關(guān)系

人體的胃腸道是一個(gè)復(fù)雜的微生物系統(tǒng)，因?yàn)槠渲泻猩先f(wàn)億個(gè)微生物，它們的基因組是人類基因組的100 倍。嬰兒在母體階段是沒(méi)有腸道菌群的，直到分泌過(guò)程經(jīng)過(guò)產(chǎn)道時(shí)，母體的微生物便可在嬰兒體內(nèi)定植。嬰兒在母乳喂養(yǎng)的過(guò)程中，消化道內(nèi)主要的腸道菌是雙歧桿菌，隨著食物的逐漸攝入，腸道菌群逐漸改變，成年時(shí)接近穩(wěn)定[17-18]。研究表明多種因素可顯著地影響腸道菌群。在時(shí)間上，腸道菌群會(huì)隨著飲食習(xí)慣、抗生素的使用和抽煙等因素而改變[19]。例如西方國(guó)家的高脂高糖飲食通常會(huì)降低菌群的多樣性[20]。非洲兒童飲食中含有較多的植物多糖，這使他們體內(nèi)厚壁菌門的豐度降低和擬桿菌門的豐度升高，而歐洲的高脂、高糖飲食會(huì)造成他們體內(nèi)腸桿菌科的豐度增加[21-22]。在空間上，從胃到結(jié)腸，菌群的量逐漸增加，尤其在結(jié)腸中，腸道菌群的數(shù)量和活性都是最高的[23]。腸道菌群按門類來(lái)劃分可分為5 個(gè)門類：厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門和疣微菌門，其中前兩個(gè)菌門占據(jù)了腸道菌群數(shù)量的90%以上[24-25]。

越來(lái)越多的研究已表明，腸道菌群對(duì)人體健康具有重要的調(diào)控作用。腸道菌群可以發(fā)酵人體膳食攝入各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，比如碳水化合物、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等以促進(jìn)其吸收；腸道菌群可以保持腸黏膜的完整性和抑制病原體的產(chǎn)生；腸道菌群還具有免疫調(diào)節(jié)的作用，可以通過(guò)促進(jìn)T 細(xì)胞的發(fā)育和發(fā)揮其功能[26]。此外，腸道菌群還能產(chǎn)生維生素和酶，刺激細(xì)胞再生和脂多糖生物合成，防止病原體定植，通過(guò)分泌黏液和調(diào)節(jié)連接復(fù)合體來(lái)維持腸道屏障功能[18]。近些年，研究者們發(fā)現(xiàn)腸道菌群可以顯著影響膳食攝入的活性物質(zhì)在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化及代謝過(guò)程，進(jìn)而共同調(diào)控人體健康。

2.1 腸道菌群與炎癥性腸病

炎癥性腸?。↖nflammatory Bowel Disease，IBD）是一種持續(xù)性和復(fù)發(fā)性的腸道炎癥，導(dǎo)致了胃腸道器官的損壞，進(jìn)而造成體重減輕、腹痛、持續(xù)性腹瀉、痙攣和直腸出血等。炎癥性腸病可能降低生活質(zhì)量和預(yù)期壽命，并會(huì)增加患結(jié)直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)[27]。炎癥性腸病的兩種主要類型是克羅恩?。–rohn's Disease，CD）和潰瘍性結(jié)腸炎（Ulcerative Colitis，UC）[28]?？肆_恩病的發(fā)病部位通常在整個(gè)消化道，而潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)病部位通常在結(jié)腸[29]。炎癥性腸病的病因通常包括遺傳因素和環(huán)境因素，環(huán)境因素包括飲食和抗生素濫用等[30]。

健康的宿主對(duì)微生物群有耐受性，并且能保持免疫穩(wěn)態(tài)。報(bào)道稱炎癥性腸病通常與菌群失調(diào)相關(guān)聯(lián)。菌群失調(diào)的定義是致病菌數(shù)量的增加與有益菌種類的減少，導(dǎo)致菌群多樣性的下降[29，31]。Walker 等[32]對(duì)CD 和UC 患者的炎癥和非炎癥腸組織進(jìn)行雙黏膜活檢，與健康對(duì)照組的進(jìn)行比較，對(duì)細(xì)菌的16S rRNA 基因進(jìn)行深度測(cè)序。該結(jié)果表明，患炎癥性腸病后，腸道細(xì)菌的總量都會(huì)下降，尤其以患克羅恩病的患者的炎癥區(qū)菌群下降最為顯著。身患炎癥性腸病后，腸道菌群的多樣性會(huì)下降，尤其以患克羅恩病較為明顯。患有炎癥性腸病后的患者的腸道菌群發(fā)生了改變，原因可能是通過(guò)改變腸道黏膜的抗原暴露，以及減少與有益微生物的接觸和它們的代謝產(chǎn)物，進(jìn)而促進(jìn)更多促炎物種的產(chǎn)生[33-34]?？傮w來(lái)說(shuō)，與健康個(gè)體相比，炎癥性腸病患者的腸道菌群多樣性較低，且體內(nèi)具有抗炎特性的菌群較少，而具有促炎特性的菌群較多[35]。

2.2 腸道菌群與肥胖

肥胖是一種慢性代謝紊亂的疾病，并迅速成為全球性的健康問(wèn)題。近年來(lái)，腸道菌群對(duì)肥胖的影響已成為研究熱點(diǎn)，是治療肥胖的潛在有效靶點(diǎn)[36]。某些特定的腸道菌群可能會(huì)導(dǎo)致肥胖的發(fā)生，被定義為致肥胖腸道菌群，如厚壁菌門、腸桿菌、卟啉單胞菌屬、根瘤菌和梭菌屬等。致肥胖腸道菌群主要是通過(guò)為宿主提供過(guò)剩的能量和產(chǎn)生能夠引起低度炎癥的代謝物的方式來(lái)誘發(fā)肥胖。不同于致肥胖腸道菌群，某些種類的腸道菌群被證明具有抗肥胖活性，主要有雙歧桿菌、某些亞種乳酸菌和擬桿菌。抗肥胖腸道細(xì)菌可以通過(guò)多種方式抑制肥胖：包括降低腸道黏膜通透性、增強(qiáng)腸道黏膜完整性、升高緊密連接蛋白水平、減少胰島素抵抗和促進(jìn)白色脂肪的褐變等[37]。因此，宿主的腸道菌群中促肥胖菌群增加和抑制肥胖菌群減少可能會(huì)引發(fā)和促進(jìn)肥胖的發(fā)生。

2.3 腸道菌群與結(jié)直腸癌

結(jié)直腸癌是世界上第三大常見的癌癥[38]?；加醒装Y性腸病的患者比健康的人更容易患上結(jié)直腸癌。腸道微生物可以調(diào)節(jié)T 細(xì)胞的發(fā)育和Th17反應(yīng)，兩者都與結(jié)直腸癌和炎癥性腸病的發(fā)病有關(guān)[39]。腸道微生物群可以產(chǎn)生大量對(duì)局部和全身有影響的代謝產(chǎn)物，比如能促進(jìn)結(jié)腸癌的次級(jí)膽汁酸和有抗炎作用的短鏈脂肪酸，同時(shí)腸道菌群還能調(diào)節(jié)上皮黏膜細(xì)胞修復(fù)和增殖[40]。因此，腸道菌群的紊亂不僅會(huì)影響宿主的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞增殖反應(yīng)，還會(huì)增加患上結(jié)直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)[41]。越來(lái)越多報(bào)道稱腸道菌群會(huì)影響癌癥的產(chǎn)生、發(fā)展和治療效果。近年來(lái)，通過(guò)調(diào)控腸道菌群來(lái)預(yù)防和治療癌癥吸引了越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注[42]。

綜上，健康、穩(wěn)定的腸道菌群有助于維持人體的正常機(jī)能。腸道菌群的紊亂（總量和多樣性下降、有益菌的數(shù)量下降和有害菌的數(shù)量上升等因素）通常被認(rèn)為與宿主的某些慢性疾病有關(guān)，如肥胖、癌癥和炎癥性腸病等（如圖2）。因此，通過(guò)調(diào)控腸道菌群已被證明可以預(yù)防和輔助治療炎癥性腸炎、肥胖和結(jié)直腸癌等慢性疾病，而黃酮類化合物已被證明能與腸道菌群進(jìn)行相互作用，這為上述研究思路提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖2 腸道菌群的紊亂與疾病Fig.2 Diseases and dysbiosis of gut microbiota

3 黃酮類化合物對(duì)腸道菌群的調(diào)控作用

近年來(lái)，黃酮類化合物對(duì)于腸道菌群的調(diào)控，被認(rèn)為是其體內(nèi)生物學(xué)活性的重要作用機(jī)制之一。黃酮類化合物在被攝入后，能夠?qū)λ拗黧w內(nèi)腸道菌群的多樣性、結(jié)構(gòu)和短鏈脂肪酸的含量等方面進(jìn)行調(diào)控，表2總結(jié)了部分文獻(xiàn)報(bào)道的黃酮類化合物對(duì)腸道菌群及其代謝產(chǎn)物的調(diào)控作用。

表2 黃酮類化合物對(duì)腸道菌群的調(diào)控及其健康效應(yīng)Table 2 Regulation of gut microbiota by flavonoids and their healthy effects

3.1 黃酮類化合物對(duì)腸道菌群多樣性的影響

黃酮類化合物可以提高腸道菌群的多樣性來(lái)發(fā)揮其生物學(xué)功能。腸道菌群的多樣性通?？梢杂忙?多樣性和β-多樣性來(lái)分析。α-多樣性包括物種的豐富度和均勻度，通常用Shannon 指數(shù)和Simpson 指數(shù)來(lái)分析。β-多樣性是用來(lái)反映樣本間的顯著差異，通常用PCoA 的方法來(lái)分析[45，55]。Lopez 等[53]報(bào)道了經(jīng)過(guò)高脂飲食誘導(dǎo)后，小鼠的腸道菌群的α-多樣性會(huì)下降，而攝食染料木素提高了高脂飲食小鼠的腸道菌群的α-多樣性。Xuan等[48]也研究了高良姜素對(duì)患有結(jié)腸炎小鼠腸道菌群的影響。研究表明，患有結(jié)腸炎小鼠的腸道菌群的α-多樣性會(huì)下降，而β-多樣性和正常小鼠相比也具有顯著差異；攝食高良姜素后，患有結(jié)腸炎小鼠α-多樣性會(huì)顯著提高。Peng 等[45]發(fā)現(xiàn)了攝食12周的花青素后的小鼠與空白組相比，腸道菌群方面有顯著差異，花青素可以顯著增加小鼠腸道菌群的α-多樣性和β-多樣性，從而調(diào)節(jié)腸道菌群的多樣性。這些研究結(jié)果均表明，膳食黃酮類化合物對(duì)于腸道菌群的多樣性，特別是在患慢性疾病小鼠中具有顯著的提高作用。腸道菌群的多樣性越低，通常對(duì)健康也就越不利[56]。因此黃酮類化合物這種對(duì)腸道菌群多樣性的上調(diào)作用，可能是其多種促健康生物學(xué)活性的作用機(jī)制之一。黃酮類化合物在結(jié)腸停留時(shí)間較長(zhǎng)，可以與結(jié)腸中豐富的腸道菌群進(jìn)行反應(yīng)，起到一種益生元的作用，可以促進(jìn)有益菌的生長(zhǎng)以及抑制有害菌的繁殖，進(jìn)而來(lái)調(diào)控菌群[48]。因此，黃酮類化合物可以增加腸道菌群的多樣性指數(shù)，進(jìn)而來(lái)維持腸道菌群的穩(wěn)態(tài)。

3.2 黃酮類化合物對(duì)腸道菌群代謝產(chǎn)物的影響

短鏈脂肪酸是腸道菌群非常重要的代謝產(chǎn)物，它們通常是來(lái)自不能被人體自身消化的多糖比如膳食纖維等經(jīng)過(guò)腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)生的，主要包括乙酸、丙酸、丁酸和戊酸等[57-58]。這部分短鏈脂肪酸可以直接被人體利用，作為免疫調(diào)節(jié)劑和代謝調(diào)節(jié)劑，而且還能作為生理介質(zhì)來(lái)提供能量[57]。其中，丁酸是保持腸道免疫穩(wěn)態(tài)的一個(gè)關(guān)鍵物質(zhì)，它可以抑制炎癥因子的轉(zhuǎn)錄來(lái)提高免疫力[59-60]。Hu 等[43]報(bào)道了松屬素能夠增加DSS 誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠體內(nèi)短鏈脂肪酸含量。Wu 等[52]證明了黃芩苷可以通過(guò)增加產(chǎn)生短鏈脂肪酸的腸道菌群的豐度（例如，能產(chǎn)生丁酸的疣微菌科、能產(chǎn)生丙酸和丁酸的阿克曼菌和能產(chǎn)生乙酸和丁酸的雙歧桿菌）來(lái)增加短鏈脂肪酸的含量。同時(shí)短鏈脂肪酸的增加還能與黃芩苷協(xié)同緩解腸道的緊密連接蛋白的紊亂，減輕炎癥和腸道通透性。Liu 等[54]發(fā)現(xiàn)了羥基紅花黃色素A 會(huì)顯著增加高脂喂養(yǎng)小鼠的丁酸弧菌（Butyricimonas）和擬普雷沃氏菌屬（Alloprevotella）這兩種產(chǎn)短鏈脂肪酸的細(xì)菌的豐度，進(jìn)而增加了乙酸、丙酸和丁酸這3 種短鏈脂肪酸的含量。綜上，黃酮類化合物可以通過(guò)促進(jìn)產(chǎn)短鏈脂肪酸的菌群生長(zhǎng)，來(lái)促進(jìn)菌群對(duì)膳食纖維等多糖的發(fā)酵，進(jìn)而產(chǎn)生丙酸、乙酸和丁酸等短鏈脂肪酸。這些腸道菌群介導(dǎo)產(chǎn)生的短鏈脂肪酸可以通過(guò)發(fā)揮自身的生理活性，也能與黃酮類化合物產(chǎn)生協(xié)同作用，表現(xiàn)出抗炎、抗肥胖和保護(hù)腸道等生物學(xué)活性。

3.3 黃酮類化合物對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)的影響

黃酮類化合物對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)的影響主要分為以下2 種：一方面，黃酮類化合物影響腸道菌群的門水平；另一方面，黃酮類化合物影響腸道菌群的屬水平。

3.3.1 黃酮類化合物對(duì)腸道菌群門水平的影響 黃酮類化合物能通過(guò)降低腸道菌群的厚壁菌門/擬桿菌門的比值，進(jìn)而維持身體健康。厚壁菌門/擬桿菌門的比值通常與炎癥性腸病、肥胖和結(jié)直腸癌等慢性疾病相關(guān)聯(lián)。比如，擬桿菌門的豐度通常與能量攝入和肥胖呈負(fù)相關(guān)，厚壁菌門的豐度通常與肥胖呈正相關(guān)[37，61]。高比值的厚壁菌門/擬桿菌門通常可以作為肥胖發(fā)生的一個(gè)標(biāo)志物[62]。Etxeberria 等[49]發(fā)現(xiàn)了槲皮素在高脂大鼠模型表現(xiàn)出的抗肥胖功能，可能的作用機(jī)制之一是通過(guò)降低大鼠的厚壁菌門/擬桿菌門的比值。Wu 等[44]研究了在DSS 誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠中，厚壁菌門/擬桿菌門的比值比正常小鼠高。但是高劑量的根皮素可以改善這種趨勢(shì)，攝入根皮素后，患有結(jié)腸炎小鼠的厚壁菌門/擬桿菌門的比值降低。高豐度的擬桿菌通常具有抗炎效果[63]。所以根皮素可能是通過(guò)降低厚壁菌門的豐度和提高擬桿菌門的豐度來(lái)發(fā)揮抗炎效果的[44]。Wu 等[46]報(bào)道了患結(jié)直腸癌小鼠的厚壁菌門/擬桿菌門的比值會(huì)升高，而異甘草素會(huì)降低厚壁菌門/擬桿菌門的比值，進(jìn)而改善體重減輕等癥狀和降低炎癥因子的水平。因此，黃酮類化合物可以降低腸道菌群的厚壁菌門/擬桿菌門的比值，進(jìn)而來(lái)發(fā)揮抗炎、抗肥胖和緩解結(jié)直腸癌癥狀的生物學(xué)功能。

3.3.2 黃酮類化合物對(duì)腸道菌群屬水平的影響黃酮類化合物不僅對(duì)腸道菌群的門水平有影響，也對(duì)腸道菌群的屬水平有影響。Xuan 等[48]報(bào)道了用DSS 誘導(dǎo)的急性結(jié)腸炎小鼠的乳酸菌屬的水平下降，而埃希氏桿菌屬的水平上升，高良姜素可以增加乳酸菌屬的豐度，以及誘導(dǎo)丁酸弧菌和牧斯皮氏菌屬（Mucispirillum）等有益菌的生長(zhǎng)。Etxeberria 等發(fā)現(xiàn)了在補(bǔ)充槲皮素6 周后，高脂大鼠模型的芽孢桿菌屬會(huì)減少，服用反式白藜蘆醇的高脂大鼠的副桿菌屬（Parabacteroides）會(huì)減少。Wu等[44]報(bào)道了根皮素增加了患結(jié)腸炎小鼠的阿克曼菌、另支菌屬、柔膜細(xì)菌_RF9（Mollicutes_RF9）和乳酸菌屬的豐度，減少了顫桿菌克屬（Oscillibacter），瘤胃梭菌屬_6（Ruminiclostridium_6）和瘤胃梭菌屬_9（Ruminiclostridium_9）的豐度。因此，黃酮類化合物可以通過(guò)影響腸道菌群的門水平和屬水平，進(jìn)而影響腸道菌群的結(jié)構(gòu)。

4 腸道菌群對(duì)黃酮類化合物的代謝

如圖3所示，黃酮類化合物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及多個(gè)臟器及酶的作用[14，64-65]。大部分天然黃酮都是以糖苷形式存在，在被攝入后，只有水解為苷元才能被人體有效吸收利用[66]。但是，只有小部分黃酮糖苷在小腸中能夠被像乳糖酶連翹苷水解酶（lactase phloridzin hydrolase，LPH）等酶水解為苷元，或者被像鈉依賴葡萄糖共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（sodium dependent glucose cotransporter，SGLT1） 等轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白主動(dòng)轉(zhuǎn)至小腸上皮細(xì)胞內(nèi)，隨后被這些細(xì)胞胞漿中的β-葡萄糖苷酶（cytosolic β-glucosidases，CBG）等酶水解為苷元[67-68]。除此之外，超過(guò)70%的黃酮糖苷無(wú)法在小腸中被有效地水解和吸收，它們會(huì)以糖苷的形式進(jìn)入結(jié)腸，被其中的腸道菌群和機(jī)體自身水解成苷元，然后進(jìn)一步代謝成多種代謝產(chǎn)物及酚酸。這些在結(jié)腸中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，一部分通過(guò)肝腸循環(huán)進(jìn)入肝臟，而未被吸收的部分通過(guò)糞便排出體外[24]。那部分進(jìn)入肝臟的多種代謝產(chǎn)物將會(huì)通過(guò)血液循環(huán)進(jìn)入其它組織和器官，最后通過(guò)腎臟以尿液的形式排出體外[65，68]。

圖3 黃酮類化合物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程[17，64-65]Fig.3 In-vivo biotransformation of flavonoids[17，64-65]

研究表明，肝臟中的多種酶可以與黃酮類化合物發(fā)生Ⅰ相代謝（氧化、還原、羥基化和去甲基化等）而產(chǎn)生Ⅰ相代謝產(chǎn)物，然后Ⅱ相代謝酶像葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（UDP-glucuronosyltransferases，UGTs） 和硫酸轉(zhuǎn)移酶（Sulphotransferases，SULTs）將與Ⅰ相代謝產(chǎn)物進(jìn)一步發(fā)生Ⅱ相代謝（葡萄糖醛酸化和硫酸化等）[68]。研究表明，人體通過(guò)Ⅰ相代謝和Ⅱ相代謝過(guò)程，增大了黃酮類化合物的極性，促進(jìn)它們被排出機(jī)體。同時(shí)，與黃酮類化合物母體相比，這些Ⅱ相代謝產(chǎn)物的生物學(xué)活性極低，對(duì)于黃酮類化合物的生物利用度以及生物學(xué)活性的表達(dá)是非常不利的。但近些年研究發(fā)現(xiàn)，這些在肝臟中產(chǎn)生的Ⅱ相代謝產(chǎn)物會(huì)通過(guò)肝腸循環(huán)進(jìn)入結(jié)腸，結(jié)腸中的菌群可以將它們從無(wú)生物學(xué)活性的結(jié)合態(tài)形式（葡萄糖醛酸化和硫酸化形式）轉(zhuǎn)化為具有生物學(xué)活性的游離態(tài)形式，同時(shí)能夠更好地被吸收[64-65，69]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在小腸相關(guān)水解酶系分泌不足的個(gè)體，腸道菌群可以部分替代小腸酶的水解作用，產(chǎn)生與正常分泌水解酶系個(gè)體等量的代謝產(chǎn)物[68]。因此，腸道菌群介導(dǎo)的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程，對(duì)于提高黃酮類化合物的生物利用度以及生物學(xué)活性的表達(dá)，具有極其重要的作用。

4.1 腸道菌群對(duì)黃烷酮類的代謝

柑橘黃酮中的川陳皮素和橘皮素缺少糖基所以比較容易被人體吸收，但是像柚皮糖苷和橙皮糖苷通常與糖基相連，所以須水解糖基，轉(zhuǎn)化為柚皮苷元和橙皮苷元才能被人體吸收[70]。橙皮苷和柚皮苷是橙子的果肉和果汁中含量非常豐富的黃烷酮。橙皮苷具有抗炎、抗癌、抗氧化、降血糖和降膽固醇等生物學(xué)活性[71]。Van 等[72]利用人體腸道微生物模擬器來(lái)模擬橙皮糖苷的代謝過(guò)程。結(jié)果表明橙皮糖苷在胃和小腸可以抵御相關(guān)酶系的降解，但當(dāng)它到達(dá)結(jié)腸近端時(shí)會(huì)迅速被腸道菌群降解，在結(jié)腸近端可以檢測(cè)到二氫異阿魏酸和二氫咖啡酸，在結(jié)腸末端可以檢測(cè)到氫化阿魏酸。柚皮素是柑橘類水果中一種重要的黃酮類化合物，它具有多種重要的藥理學(xué)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，特別是其表現(xiàn)出的極強(qiáng)的抗氧化作用，作為重要的自由基清除劑和抗氧化酶激活劑被廣泛關(guān)注[73]。Zou 等[74]利用人體的糞便懸濁液進(jìn)行了柚皮糖苷的體外培養(yǎng)試驗(yàn)。結(jié)果表明柚皮糖苷可以被糞便懸濁液中的腸道菌群代謝成柚皮素，接著再被代謝成3-（4-羥苯基）丙酸（3-（4-hydroxyphenyl）propionic acid，4-HPPA）。4-HPPA 是由柚皮素的C 環(huán)開環(huán)斷裂而形成的。Pereira-Caro 等[75]報(bào)道了用雙歧桿菌和鼠李糖乳酸菌去孵化柚皮糖苷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種細(xì)菌和柚皮糖苷共培養(yǎng)也能產(chǎn)生4-HPPA。該研究證明了雙歧桿菌和鼠李糖乳酸菌的酶可以對(duì)柚皮糖苷分解代謝，而且它們產(chǎn)生的苯丙酸類代謝產(chǎn)物的生物利用度和生物學(xué)活性都比母體高。這些研究表明，腸道菌群可以通過(guò)代謝黃酮類化合物，產(chǎn)生比母體活性更強(qiáng)的代謝產(chǎn)物，進(jìn)而增強(qiáng)其在體內(nèi)的生物學(xué)活性。

4.2 腸道菌群對(duì)黃酮類的代謝

黃芩苷存在于黃芩中，是我國(guó)傳統(tǒng)中藥中一種有效的成分。黃芩在歐美等國(guó)家也經(jīng)常作為膳食補(bǔ)充劑去攝入。黃芩具有抗炎、抗氧化、抗HIV和抗糖尿病等多種生物學(xué)活性[76]。Xing 等[77]通過(guò)給大鼠服用抗生素來(lái)滅活其腸道菌群，進(jìn)而來(lái)分析黃芩苷的代謝產(chǎn)物，結(jié)果表明正常大鼠糞便中的β-葡萄糖苷酶和α-鼠李糖苷酶的活性比服用抗生素的大鼠高。而且在服用抗生素大鼠的盲腸和尿液中檢測(cè)不到黃芩苷的水解產(chǎn)物和葡萄糖醛酸產(chǎn)物，表明腸道菌群對(duì)于黃芩苷的代謝具有重要影響。Lin 等[78]利用體外的發(fā)酵模型和抗生素誘導(dǎo)的小鼠體內(nèi)模型來(lái)探討木犀草素的代謝，研究表明木犀草素的糞便懸濁液的體外發(fā)酵產(chǎn)物是p-對(duì)羥基苯甲酸、p-對(duì)羥基苯乙酸、原兒茶酸和3-（4-羥苯基）丙酸。在體內(nèi)模型中，無(wú)菌小鼠尿液中的原兒茶酸和p-對(duì)羥基苯乙酸的量會(huì)比正常小鼠的低。而且無(wú)菌小鼠糞便中的木犀草素的量比正常小鼠的高，表明腸道菌群加快了木犀草素的代謝效率，提高了木犀草素的生物利用度。芹黃素在一些蔬菜和草藥里的含量很豐富，比如芹菜、洋薊和荷蘭芹等。芹黃素糖苷（Apigenin-7-glucoside，A7G） 是芹黃素的母體化合物，具有抗過(guò)敏、抗突變和抗惡性細(xì)胞增生等生物學(xué)活性[79]。Hanske 等[80]通過(guò)用無(wú)菌大鼠模型和人類腸菌移植（human microbiota-associated，HMA） 的大鼠模型做對(duì)比，來(lái)分析腸道菌群對(duì)芹黃素糖苷的代謝。在攝入芹黃素糖苷48 h 后，無(wú)菌大鼠尿液和糞便中的代謝物主要是芹黃素和木犀草素以及它們各自的結(jié)合態(tài)形式。HMA 大鼠的尿液和糞便中的代謝物主要是柚皮素、根皮素、圣草酚、4-HPPA、3-（3，4-二羥苯基）丙酸、3-（3-羥苯基）丙酸和4-羥基肉桂酸的自由態(tài)以及各自的結(jié)合態(tài)形式。4-HPPA在結(jié)腸癌細(xì)胞中可以抑制環(huán)氧合酶的表達(dá)[81]。同時(shí)，HMA 大鼠的代謝物在攝入A7G 的24 h 之后就可檢測(cè)到，但是無(wú)菌大鼠的代謝物需要在攝入A7G 的48 h 之后才能檢測(cè)到。這表明腸道菌群會(huì)縮短胃腸道內(nèi)A7G 的轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間[80]。這些結(jié)果表明腸道菌群通過(guò)轉(zhuǎn)化芹黃素糖苷以及它的代謝物來(lái)影響其母體的生物利用度。所以腸道菌群可以提高黃酮類化合物的生物利用度。

4.3 腸道菌群對(duì)黃烷-3 醇類的代謝

兒茶素是黃烷-3 醇類中的一種，主要來(lái)源于茶葉、梅子和可可豆等。兒茶素的代謝產(chǎn)物具有抗氧化、降血糖和保護(hù)神經(jīng)中樞等作用[82-83]。Kutschera 等[84]從人類糞便懸濁液中分離出遲緩埃格特菌（Eggerthella lenta）和普氏梭桿菌（Flavonifractor plautii）兩株菌，進(jìn)而探討它們對(duì)兒茶素的轉(zhuǎn)化作用。研究表明遲緩埃格特菌可以將兒茶素的C 環(huán)開環(huán)，變成1（3，4-二羥苯基）-3-（2，4，6-三羥苯基）異丙醇。接著普氏梭桿菌將其繼續(xù)分解成5-（3，4-二羥苯基）γ-戊內(nèi)酯和4-羥基-5（3，4-二羥苯基）戊酸?；ㄇ嗨赝ǔ１徽J(rèn)為相對(duì)于其它黃酮類化合物，生物利用度是較低的。但是，在最近的報(bào)道中，卻發(fā)現(xiàn)花青素的生物利用度被低估了[85]。研究發(fā)現(xiàn)，花青素的生物活性不僅來(lái)自其本身，還來(lái)自腸道菌群代謝母體化合物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物[86]。Cheng 等[87]研究了腸道益生菌對(duì)桑葚花青素的轉(zhuǎn)化，用5 種腸道益生菌和花青素在體外厭氧孵化。研究表明，5 種腸道益生菌降解了31.24%～46.17%的花青素，生成原兒茶酸、綠原酸和阿魏酸等生物可利用性代謝產(chǎn)物。Gonzalez-Barrio 等[88]研究了花青素在體內(nèi)外的代謝過(guò)程，通過(guò)應(yīng)用體外厭氧發(fā)酵模型和人體飲食攝入覆盆子的模型來(lái)進(jìn)行。體外厭氧發(fā)酵模型研究發(fā)現(xiàn)在高溫下酶失活的腸道菌群不能將花青素分解，表明菌群酶系的失活是花青素能否代謝的關(guān)鍵。人體攝入覆盆子后，尿液中的4'-羥基苯乙酸、3'，4'-二羥基苯乙酸、3-（4'-羥苯基）乳酸、4'-羥基馬尿酸和馬尿酸的量顯著增加。而且這些酚酸的量增加大多來(lái)自覆盆子中的花青素。這些酚酸的產(chǎn)生是因?yàn)槟c道菌群分解花青素糖苷，產(chǎn)生游離花青素，A 環(huán)和B 環(huán)中間的花青素骨架進(jìn)而開環(huán)形成酚酸。同時(shí)不同個(gè)體的菌群差異也會(huì)導(dǎo)致花青素的酚酸代謝物有所不同[88]。而且大量的酚酸代謝物已經(jīng)報(bào)道具有降血糖、抗炎和神經(jīng)保護(hù)作用[89-90]。這些結(jié)果表明腸道菌群可以代謝黃酮類化合物來(lái)發(fā)揮其生物學(xué)活性。

4.4 腸道菌群對(duì)其它黃酮類化合物的代謝

腸道菌群不僅能代謝黃烷酮類、黃酮類和黃烷-3 醇類，還能代謝異黃酮類、黃酮醇類和黃烷酮醇類等其它黃酮類化合物。大豆異黃酮是豆科植物里面含量較為豐富的異黃酮。Rafii 等[91]報(bào)道了在攝食大豆異黃酮后，腸道菌群可以將其代謝成雌馬酚，這是一種雌激素的類似物，可以減輕婦女絕經(jīng)期的相關(guān)癥狀。山奈酚，3，4′，5，7-四羥基黃酮，是一種具有緩解氣管炎癥狀的黃酮醇[92]。Vollmer 等[93]研究了人體的糞便對(duì)山奈酚的體外發(fā)酵，研究發(fā)現(xiàn)人體的腸道菌群可以將山奈酚先開環(huán)成4-HPPA，接著脫羥基變成3-苯基丙酸，最后再代謝成苯乙酸。花旗松素是一種廣泛存在于花旗松、洋蔥和水飛薊的黃烷酮醇[94]。Braune 等[95]利用細(xì)支真桿菌分泌的還原酶去體外催化花旗松素，結(jié)果表明花旗松素在細(xì)支真桿菌的還原酶催化下，開環(huán)形成高朦朧木素（alphitonin）。因此，腸道菌群以及自身產(chǎn)生的酶能將黃酮類化合物代謝成各種酚酸類的小分子物質(zhì)，更加有利于它們?cè)隗w內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化。

5 結(jié)論

腸道菌群對(duì)人體健康有非常重要的調(diào)控作用。當(dāng)腸道菌群處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，可以幫助人體維持身體健康。但當(dāng)腸道菌群長(zhǎng)期處于紊亂狀態(tài)，就可能會(huì)增加人體患上炎癥性腸炎、肥胖和結(jié)直腸癌等慢性疾病的風(fēng)險(xiǎn)。黃酮類化合物可以通過(guò)調(diào)控腸道菌群來(lái)預(yù)防和輔助治療某些慢性疾病。其作用機(jī)制可能是（且不限于）通過(guò)促進(jìn)益生菌的生長(zhǎng)和抑制病原菌的繁殖，增加菌群的多樣性，促進(jìn)一些像短鏈脂肪酸等有益代謝物的產(chǎn)生來(lái)維持機(jī)體健康。與此同時(shí)，人體在攝入黃酮類物質(zhì)之后，也依賴腸道菌群將其代謝成各種小分子活性物質(zhì)。腸道菌群通過(guò)其自身介導(dǎo)的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程，也會(huì)提高黃酮類化合物的生物利用度，促進(jìn)其發(fā)揮更強(qiáng)的生物學(xué)活性。因此，腸道菌群和黃酮類化合物這種相輔相成的關(guān)系（圖4）將是相關(guān)領(lǐng)域未來(lái)研究的重點(diǎn)和方向。

圖4 黃酮類化合物和腸道菌群的相互作用Fig.4 Interactions between flavonoids and gut microbiota

6 展望

黃酮類化合物具有多種有益健康的生物學(xué)活性，是營(yíng)養(yǎng)膳食不可或缺的部分，同時(shí)也是開發(fā)功能性食品的重要原料。但是，其生物學(xué)活性的作用機(jī)制仍不完善，因此對(duì)于黃酮類化合物與腸道菌群的相互作用的機(jī)制還需要進(jìn)一步深入研究，進(jìn)而為促進(jìn)黃酮類化合物的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。一方面，由于不同個(gè)體的腸道菌群是有所差異的，同一種黃酮類化合物與不同個(gè)體會(huì)產(chǎn)生的生理作用也具有極大差異。因此在未來(lái)的研究中，探究不同的腸道菌對(duì)黃酮類化合物的具體轉(zhuǎn)化作用及量效關(guān)系，對(duì)于明確黃酮類化合物的個(gè)體效應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)個(gè)性化飲食及個(gè)性化治療的發(fā)展，具有極其重要的作用。另一方面，由于黃酮類化合物會(huì)與膳食中的其它組分進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)而影響菌群與黃酮類化合物的相互作用。因此，在明晰了黃酮類化合物與腸道菌群相互作用的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究復(fù)雜膳食體系對(duì)于這種相互作用的影響。