吳 方， 陳 桂， 曹 政， 雷和花， 陳 川， 張利民

黃酮類化合物在體內(nèi)與腸道微生物相互作用直接影響其代謝和生物活性。本文就黃酮類化合物與腸道菌群的相互作用影響機體健康的研究進展進行綜述。

1 不同黃酮糖苷化合物的吸收與活性

多酚被認為在人類健康中扮演著重要的角色，特別是預(yù)防與生活方式相關(guān)的疾病，包括代謝綜合征、動脈粥樣硬化、冠心病和骨質(zhì)疏松癥等[1-3]。黃酮類是主要的膳食多酚，廣泛存在于中草藥、水果和蔬菜等植物中，具有多種生物效應(yīng)，如抗炎、抗氧化、抗病毒、抗菌、心血管和化學(xué)預(yù)防等[4]。黃酮糖苷類天然產(chǎn)物是植物中黃酮類化合物的主要存在形式，常見的糖基配體有葡萄糖基、鼠李糖基、新橙皮糖基和蕓香糖基(見圖1)。有研究表明，不同黃酮類化合物的基本結(jié)構(gòu)，即苷元的結(jié)構(gòu)以及糖的類型對其生物利用度有很大的影響，而生物利用度是決定其體內(nèi)活性的關(guān)鍵因素[5]。大多數(shù)黃酮苷元及部分黃酮糖苷類化合物在水中存在溶解性差、生物利用度低等問題，從而導(dǎo)致人體對黃酮類藥物吸收慢、藥效不顯著，極大地限制了其臨床應(yīng)用，給黃酮類新藥的尋找與開發(fā)帶來相當(dāng)大的困難。已有研究表明小腸是黃酮單糖苷類物質(zhì)吸收的重要部位，小腸中的β-葡萄糖苷酶可水解黃酮單糖苷，苷元再進一步在相關(guān)酶的作用下形成葡萄糖醛酸等代謝物進入體循環(huán)中，這明顯提高了黃酮類物質(zhì)的生物利用度[6]。因β-葡萄糖苷酶不能水解非單糖苷類黃酮苷(例如蘆丁苷)，這些多糖苷的黃酮苷類大多在盲腸和結(jié)腸中被微生物分解為可吸收的苷元[7]。此外，當(dāng)黃酮苷元直接進入體內(nèi)，例如橙皮素，大部分的橙皮素是直接通過與P糖蛋白結(jié)合后通過尿液直接排出，導(dǎo)致其生物利用度低[8]。相關(guān)研究表明，對黃酮類化合物進行糖基化修飾是提高其水溶性，改善其生物利用度的有效方法之一[9]。da Silva等[10]用鼠李糖苷酶處理橙皮苷和柚皮苷進行去糖基化后變成橙皮素-7-葡萄糖苷和柚皮素-7-葡萄糖苷，發(fā)現(xiàn)去糖基化后產(chǎn)物的抗氧化活性相比于橙皮苷和柚皮苷有了明顯增加。Jiang等[11]發(fā)現(xiàn)葛根素-7-O葡萄糖苷比葛根素具有更高的血液濃度，且在血液中的平均停留時間更長。此外，有學(xué)者研究了槲皮素及其不同類型糖苷衍生物在大鼠體內(nèi)的生物利用度，他們給予大鼠直接口服槲皮素、槲皮素-3-O-蘆丁苷、槲皮素-3-O-葡萄糖苷、槲皮素-3-O-麥芽糖苷、槲皮素3-龍膽苷、α-單葡萄糖基蘆丁、α-低葡萄糖基蘆丁和酶修飾異槲皮苷(α-低聚葡萄糖基異槲皮苷)，發(fā)現(xiàn)槲皮素-3-O-麥芽糖苷、槲皮素-3-O-葡萄糖苷和α-低聚葡萄糖基異槲皮苷的Cmax、AUC0-12和生物利用度均顯著高于槲皮素。然而槲皮素3-龍膽苷和槲皮素-3-O-蘆丁苷的Cmax、AUC0-12和生物利用度均明顯低于槲皮素。槲皮素-3-O-葡萄糖苷葡萄糖基團α-鍵的延長提高了其生物利用度[12-14]。通過給予大鼠口服等摩爾劑量的毛蕊異黃酮葡萄糖苷和毛蕊異黃酮，發(fā)現(xiàn)前者在血漿和組織中的暴露量比后者高，提示毛蕊異黃酮葡萄糖苷可作為毛蕊異黃酮的前藥，且可能具有更高的生物利用度[15]。綜上所述，與苷元相比，黃酮苷類在血漿中的含量較高，在血液中的平均停留時間更長，且黃酮單糖苷類的生物利用度存在比非單糖苷類高的潛在可能。

圖1 常見糖基配體的結(jié)構(gòu)圖

2 腸道菌群與類黃酮糖苷化合物之間的關(guān)系

腸道是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，擁有密集多樣的微生物群落，稱為腸道菌群，與宿主共同進化，形成互惠關(guān)系[16]。腸道微生物群含有大量不同類型的酶，它們在飲食攝入的化合物進入結(jié)腸之前對其進行修飾。除了幾種羥化酶，包括糖苷酶、葡萄糖醛酸酶、硫酸鹽酶、酰胺酶和酯酶之外，還有微生物酶催化各種類型的反應(yīng)，包括氧化、還原、脫羧、去甲基化、異構(gòu)化和環(huán)裂解反應(yīng)[17]。近年來，腸道微生物的變化成為越來越多疾病及藥物的研究熱點。正常腸道菌群的生態(tài)失調(diào)可導(dǎo)致胃炎、炎癥性腸綜合征、腹瀉和結(jié)直腸癌等疾病。此外，隨著生活節(jié)奏的加快，越來越多的人在生活中有不良飲食習(xí)慣、缺乏鍛煉、壓力過大等情況，而這會引起機體菌群持續(xù)性的改變，導(dǎo)致一系列的疾病風(fēng)險，例如神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病和肥胖等[18]。因此，研究藥物與腸道菌群之間的作用顯得越來越重要。由于黃酮糖苷類化合物的結(jié)構(gòu)特性，腸道及微生物成為影響其吸收的重要因素，微生物群開始被認為是一種代謝器官，促進糖基化黃酮化合物的代謝，進而影響其生物利用度和所顯示的生物效應(yīng)[19-20]。有研究發(fā)現(xiàn)通過體外厭氧培養(yǎng)，毛蕊異黃酮葡萄糖苷可被大鼠腸道菌群快速完全水解，產(chǎn)生的毛蕊異黃酮在腸道菌群中高度穩(wěn)定。此外，體內(nèi)研究也發(fā)現(xiàn)微生物轉(zhuǎn)化和肝臟葡萄糖醛酸化是毛蕊異黃酮葡萄糖苷代謝物(毛蕊異黃酮-3′-O-葡萄糖醛酸)代謝至大鼠全身的關(guān)鍵[21]。另有研究發(fā)現(xiàn)人體腸道微生物對芹菜素-7-葡萄糖苷的代謝具有較大影響，其主要是通過影響宿主形成的黃酮及其衍生代謝物的轉(zhuǎn)化，從而影響芹菜素-7-葡萄糖苷在宿主體內(nèi)的生物活性[22]。不僅腸道微生物可以影響黃酮糖苷的代謝與生物活性，相對應(yīng)的攝入類黃酮也可以調(diào)節(jié)腸道微生物群落。其中腸道微生物雙歧桿菌和乳酸桿菌能產(chǎn)生β-葡萄糖苷酶，它能有效水解類黃酮苷，產(chǎn)生苷元和葡萄糖[23]。淫羊藿次苷I(淫羊藿素-7-O-葡萄糖苷)是從淫羊藿中分離得到的一種新型化合物，有研究發(fā)現(xiàn)口服淫羊藿次苷I可以改善荷瘤小鼠盲腸內(nèi)容物的菌群結(jié)構(gòu)，并且顯著回調(diào)小鼠盲腸內(nèi)容物中乳酸菌和雙歧桿菌的豐度，從而達到調(diào)節(jié)腸道菌群及其衍生代謝產(chǎn)物，改善宿主腸道屏障和免疫功能的作用[24]。由此可見，類黃酮糖苷與腸道菌群具有相互作用。首先，黃酮類化合物可被腸道微生物代謝，從而提高其生物利用度。其次，黃酮類化合物可調(diào)節(jié)腸道微生物種群結(jié)構(gòu)，從而進一步影響宿主代謝。膳食中的黃酮類化合物與腸道微生物之間的這種相互關(guān)系往往增強了黃酮類化合物的生物活性，因為它們的代謝物可能比它們的母體化合物具有更高的生物活性。由于黃酮糖苷中糖基配體的不同，微生物對其影響也不盡相同。許多研究發(fā)現(xiàn)，黃酮類物質(zhì)的糖苷形式比苷元形式與腸道菌群的相互作用更為顯著。一些體外研究發(fā)現(xiàn)，黃酮苷元相比于黃酮糖苷具有更高的抗氧化能力，但是體內(nèi)實驗結(jié)果卻與之不同，苷元的生物活性在許多方面不如黃酮糖苷[20]。這與黃酮糖苷在體內(nèi)的代謝密切相關(guān)，而由于黃酮糖苷的結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)致腸道微生物在其代謝過程中起到重要影響。前面討論了不同黃酮糖苷類物質(zhì)在體內(nèi)的吸收過程，黃酮單糖苷類物質(zhì)主要在小腸段被水解為苷元吸收，水解脫落的糖基則進入大腸中，被微生物分解利用。而一些雙糖苷的黃酮類化合物則主要在大腸段經(jīng)由微生物代謝的相關(guān)酶水解后被吸收代謝。類黃酮糖苷與微生物之間的這種相互影響有利于進一步研究不同類型的類黃酮糖苷的生物學(xué)意義，在基于腸道菌群研究的基礎(chǔ)上探索類黃酮糖苷對于疾病的作用機制。肥胖現(xiàn)在成為越來越值得關(guān)注的健康問題，有研究發(fā)現(xiàn)，黃酮類化合物可以通過調(diào)節(jié)腸道炎癥相關(guān)的微生物群的組成，發(fā)揮對肥胖等相關(guān)疾病的保護作用[25]。長期補充膳食中的異槲皮素和可溶性菊粉纖維可以通過有益性地改變腸道菌群來介導(dǎo)減緩高脂飲食小鼠代謝綜合征的發(fā)展[26]。此外，類黃酮的攝入還與心血管疾病及腸道微生物之間有密切關(guān)系。黃酮類化合物通過腸道微生物代謝轉(zhuǎn)化后，在預(yù)防和治療心血管疾病方面具有潛在價值[27]?？偠灾c道微生物與類黃酮糖苷在類黃酮糖苷的代謝及相關(guān)的代謝性疾病上存在著相互作用，這有利于進一步了解類黃酮糖苷的作用機制，有針對性地采取干預(yù)措施，以改善腸道微生物組成，從而預(yù)防或治療代謝疾病。

3 腸道菌群與類黃酮糖苷化合物的靶向代謝組學(xué)研究

除了腸道微生物本身外，微生物直接影響的宿主代謝物如膽汁酸以及微生物衍生的代謝產(chǎn)物，短鏈脂肪酸和色氨酸(tryptophan)代謝產(chǎn)物，均具有各自的生物學(xué)功能，可調(diào)節(jié)多種代謝綜合征，如肥胖、糖尿病和高血壓[16，28-29](見圖2)。它們構(gòu)造了腸道菌群的組成，并為宿主細胞和腸道菌群提供能量來源。宿主基因組和微生物組(即腸道微生物群的基因組)共同產(chǎn)生這些的代謝物可作為重要的信號傳遞因子和能量基質(zhì)參與到宿主的生命活動中，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)和代謝表型，并影響疾病的危險因素和對治療的反應(yīng)[30]。

圖2 飲食攝入的黃酮類化合物通過調(diào)節(jié)腸道菌群及其宿主代謝改善代謝性疾病的示意圖

3.1類黃酮糖苷影響宿主腸道菌群及宿主膽汁酸代謝 膽汁酸主要在肝臟中合成，轉(zhuǎn)運至腸道后再通過重吸收進入腸上皮細胞，而后在循環(huán)系統(tǒng)的作用下再回到肝細胞，形成了一個完整的肝腸循環(huán)[31]。在遠端小腸和結(jié)腸中，膽汁酸受到腸道菌群膽鹽水解酶(bile salt hydrolase,BSH)的解偶聯(lián)作用，從而阻止結(jié)合型膽汁酸在肝腸循環(huán)中的主動攝取。解偶聯(lián)后的膽汁酸經(jīng)過微生物轉(zhuǎn)化，包括脫羥基、差向異構(gòu)化和氧化產(chǎn)生一系列的次級膽汁酸[32]。因此，腸道微生物對于膽汁酸的代謝具有重要意義。此外，膽汁酸的變化也與代謝性疾病和惡性腫瘤等疾病有關(guān)[32]。柚皮苷是來自柑橘中的一類主要類黃酮糖苷，有研究發(fā)現(xiàn)，柚皮苷可以通過“腸道菌群-肝臟-膽固醇”軸來調(diào)節(jié)Apoe基因敲除小鼠的膽固醇代謝從而緩解動脈粥樣硬化，其中主要通過抑制腸道法尼醇X受體(farnesoid X receptor,FXR)/成纖維細胞生長因子15(fibroblast growth factor 15,FGF15)信號通路來調(diào)節(jié)膽汁酸合成途徑中的限速酶細胞色素P450 7A1(cytochrome P450 7A1,CYP7A1)，從而促進膽汁酸的合成及排出[33]。

3.2類黃酮糖苷影響宿主與腸道菌群的共生代謝物

短鏈脂肪酸主要包括由膳食纖維產(chǎn)生的乙酸、丙酸、丁酸和腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)生的非消化碳水化合物，是腸內(nèi)細胞的主要能量來源，廣泛參與微生物生長和宿主能量代謝。短鏈脂肪酸不僅為宿主提供能量，它還是調(diào)控生物過程的信號分子，由短鏈脂肪酸介導(dǎo)的G蛋白偶聯(lián)受體41/43(G-protein-coupled receptor 41/43,GPCR-41/43)信號與肥胖及其引起的代謝性疾病密切相關(guān)[34]。此外，短鏈脂肪酸可調(diào)節(jié)宿主的腸上皮黏液水平維持天然腸道屏障功能、調(diào)節(jié)腸道運動、腸腦軸及免疫功能等[35]。大量研究發(fā)現(xiàn)，黃酮類化合物在調(diào)節(jié)肥胖引起的腸道菌群紊亂中，短鏈脂肪酸起到了一定的介導(dǎo)作用。有研究發(fā)現(xiàn)黃芩苷可能通過影響短鏈脂肪酸的產(chǎn)生來改善高脂飼養(yǎng)誘導(dǎo)的小鼠糖脂代謝異常[36]。另有研究表明，橙皮素及其衍生物誘導(dǎo)的短鏈脂肪酸改變了微生物組成，從而使腹部脂肪組織積累顯著減少，脂肪酸合成、脂肪酸氧化和體內(nèi)脂肪分解的增加[37]。色氨酸在胃腸道中的代謝有三個主要途徑:(1)色氨酸直接通過腸道微生物直接轉(zhuǎn)化為吲哚及其衍生物；(2)在免疫細胞和腸上皮細胞中在吲哚胺2，3-雙加氧酶(indoleamine 2,3 dioxygenase,IDO)1的作用下代謝為犬尿酸;(3)在腸嗜鉻細胞中通過色氨酸羥化酶1(tryptophan hydroxylase 1,TpH1)代謝為5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)[16]。其中由腸道微生物直接代謝而成的吲哚及其衍生物中，有許多是多環(huán)芳烴核受體(aryl hydrocarbon receptor,AhR)的配體，AhR信號通路被認為是免疫應(yīng)答的關(guān)鍵組成部分，并且對腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定至關(guān)重要[38]。在一些代謝性疾病如肥胖、糖尿病和炎癥性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)中，由于腸道菌群的失調(diào)，引起機體AhR的配體減少[39]。在針對黃酮單糖苷的研究中發(fā)現(xiàn)，健康小鼠飲食攝入橙皮素單葡萄糖苷(hesperetin-7-O-glucoside)后，其糞便中色氨酸相關(guān)代謝物的水平發(fā)生變化，其中尤以吲哚-3-乙醇(indole-3-acetic acid,IAA)和吲哚-3-丙酸(indole-3-propionic acid,IPA)的上調(diào)最為顯著。與之相關(guān)的腸道菌乳酸菌(Lactobacillus)、瘤胃球菌(Ruminococcus)、假單胞菌(Pseudomonas)、丁酸蓖麻單胞菌(Butyricimonas)和嗜膽汁菌(Bilophila)也都發(fā)生了顯著性變化[40]。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活水平和飲食條件得到了明顯改善，同時由飲食帶來的問題也受到越來越多的關(guān)注，膳食黃酮也成為了一些研究的熱點。針對不同糖苷的類黃酮，總結(jié)其吸收和代謝的不同特征，進一步論述了類黃酮糖苷與微生物及宿主之間的關(guān)系。不同類黃酮糖苷代謝及其作用機制的不同與其結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。腸道微生物作為其中較為重要的一環(huán)，對其代謝及生物活性有著重大的影響。與此同時，腸道微生物作為新的靶點和方向為未來進一步研究不同類黃酮糖苷的作用機制提供了新的角度，從而進一步發(fā)掘黃酮類物質(zhì)的生物活性，使其在調(diào)節(jié)人體健康的道路上具有更廣闊的前景。