基于代謝組學(xué)的植物多酚及其腸道健康效應(yīng)研究進(jìn)展

黃小丹 陳夢雨， 黃文潔 張名位 晏石娟，

（1. 蘭州大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，蘭州 730000；2. 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物基因研究中心 廣東省農(nóng)作物種質(zhì)資源保存和利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；3. 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)農(nóng)村部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510610）

植物代謝物對維持植物自身生長發(fā)育以及抵御各種外界逆境脅迫起著至關(guān)重要的作用［1］。植物內(nèi)源代謝物可分為初生代謝產(chǎn)物和次生代謝產(chǎn)物，其種類預(yù)計達(dá)20萬-100萬種［2-3］。其中，植物多酚是一類與植物抗病和抗逆密切相關(guān)的次生代謝產(chǎn)物。它廣泛存在于植物的根、莖、葉、花及果實(shí)中，也是自然界最常見的一大類植物活性物質(zhì)［4］。研究發(fā)現(xiàn)植物多酚具有多種生理功能，對多種人類疾病有著重要的防治價值，如抗腫瘤、抗心腦血管疾病、抗氧化、抗衰老、抗炎和抗病毒等［5-10］，因此而廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、食品和保健等領(lǐng)域。代謝組學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展驅(qū)動了植物多酚的鑒定、生物合成途徑、營養(yǎng)代謝及“益生元”功能等相關(guān)研究的進(jìn)展。因此，本文總結(jié)了植物多酚的分類和來源；綜述了代謝組學(xué)技術(shù)在植物多酚的定性定量、合成途徑的關(guān)鍵基因鑒定等方面的應(yīng)用；還闡述了植物多酚在腸道中的代謝及其作為“益生元”調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)并影響機(jī)體健康的功能。通過這些分析可以看出不同植物多酚對腸道微生態(tài)的影響雖有差異但大多指向促進(jìn)有益菌增加，且大部分植物多酚需通過與腸道微生物“雙向互作”發(fā)揮健康效應(yīng)。最后，對植物多酚在腸道中的代謝與益生機(jī)制研究的瓶頸和未來發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)和展望。

1 植物多酚的定義、分類與來源

目前自然界已鑒定的酚類物質(zhì)有超過8000多種，常見于水果、蔬菜、茶葉、咖啡、可可、豆類和谷物之中［11］。植物多酚的定義從1957年White最初限定于“單寧”一詞［12］至今仍有一些爭論。較為權(quán)威的是 Haslam提出的分子質(zhì)量從500-4000 Da具有鞣性的多元酚［13］，而這更接近水溶性植物酚類化合物的描述。目前越來越多的人接受更為廣泛的植物酚類范圍。Manach等［14］指出根據(jù)其結(jié)構(gòu)和酚類基團(tuán)分為4大類：（1）黃酮類，包括黃酮、黃酮醇、異黃酮、花青素和兒茶素等；（2）酚酸類：包括羥基苯甲酸，羥基苯乙酸和羥基肉桂酸等；（3）木脂素類，包括雙環(huán)氧木脂素，單環(huán)氧木脂素，環(huán)木脂素，新木脂素等；（4）芪類：包括反式二苯乙烯，反式白藜蘆醇等（圖1）。從簡單的芳香環(huán)到更復(fù)雜的芳香環(huán)，酚類物質(zhì)主要特征在于存在較大倍數(shù)的苯酚結(jié)構(gòu)單元，在植物中表現(xiàn)為復(fù)雜的多酚，而這其中苯酚官能團(tuán)所表現(xiàn)出的廣泛的物理化學(xué)性質(zhì)，使植物多酚成為廣受關(guān)注的多功能代謝物，這也是植物生存與發(fā)展的必然選擇［15］。

近年來，植物多酚對健康的積極影響引起了人們的廣泛關(guān)注。Pérez-Jimenez等［16］通過酚類數(shù)據(jù)庫（www.phenol-explorer.eu）查詢并列出100種富含酚類物質(zhì)的膳食來源，其中丁香總多酚含量最高，每100 g含多酚15 g以上，可可多酚含量也較高，為3448 mg/100 g，而水果中黑苦莓多酚含量最高（1756 mg/100 g），蔬菜中含量較高的是黑橄欖（569 mg/100 g）。以白藜蘆醇為代表的的芪類化合物主要來源于葡萄及葡萄酒，除此之外，還有黃酮類化合物（兒茶素、表兒茶素以及原花青素）、黃酮醇（槲皮素、楊梅素和山奈酚）及花青素［17］。異黃酮是黃酮類化合物中的一種，主要存在于豆科植物中，黑豆中除了異黃酮，花青素含量也較高，在種衣中有大約20種酚類化合物，主要是花青素，它與葉綠素及其他色素一起共同影響種衣的顏色，并顯示出較強(qiáng)的抗氧化特性［18］，可可豆富含生物活性物質(zhì)，其中多酚和黃嘌呤生物堿占主導(dǎo)地位，占豆重的14%-20%［19］，在可可多酚中黃烷醇含量最高，尤其是兒茶素、表兒茶素及原花青素，還有其他的多酚化合物包括黃酮（柚皮素和橙皮苷）、黃酮醇（槲皮素、異槲皮苷和金絲桃苷）、花青素和酚酸［20］。Li等［21］分析了我國多種茶樹品種的多酚發(fā)現(xiàn)了較多的兒茶素，以及二聚兒茶素、酚酸和生物堿。

2 代謝組學(xué)技術(shù)在植物多酚研究中的應(yīng)用

植物多酚組分及其生物學(xué)功能的探索及開發(fā)相關(guān)研究進(jìn)展迅速，離不開代謝組學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展。代謝組學(xué)是對生命體在特定生理時期內(nèi)所有低分子量代謝產(chǎn)物（分子量小于1000 Da）進(jìn)行定性和定量分析的一門學(xué)科，是繼基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)出現(xiàn)后，在20世紀(jì)90年代末首次提出的新興“組學(xué)”技術(shù)［22］。近10年被廣泛應(yīng)用于植物科學(xué)（功能基因組、活性代謝物的鑒定、代謝通路解析等）［23-24］、動物科學(xué)（動物營養(yǎng)吸收與代謝、腸道微生物代謝、疾病診斷及潛在生物標(biāo)志物的鑒定疾病發(fā)病機(jī)制的探索等）［25-26］、食品科學(xué)（食品營養(yǎng)、質(zhì)量鑒別、食品風(fēng)味等）［27-28］等方面。目前，代謝組學(xué)研究主要基于核磁共振（Nuclear magnetic resonance，NMR），氣質(zhì)聯(lián)用（Gas chromatography tandem mass spectrometry，GC-MS），液質(zhì)聯(lián)用（Liquid chromatography tandem mass spectrometry，LC-MS）等分析平臺。

圖1 四類主要植物多酚的母核結(jié)構(gòu)

代謝組學(xué)作為新興組學(xué)技術(shù)，快速驅(qū)動了植物多酚相關(guān)研究進(jìn)展，主要體現(xiàn)在以下3個方面：（1）植物多酚的鑒定和定量分析，尤其是更多的新型多酚物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)和鑒定，主要依賴基于MS和NMR的代謝組學(xué)技術(shù)；（2）植物多酚合成途徑的遺傳因素解析也離不開代謝組學(xué)技術(shù)，例如整合代謝組學(xué)與基因組等其他組學(xué)技術(shù)挖掘多酚合成途徑的關(guān)鍵因子及闡釋其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；進(jìn)一步結(jié)合代謝組學(xué)和基因編輯技術(shù)重構(gòu)多酚合成途徑等；（3）代謝組學(xué)技術(shù)也推進(jìn)了對植物多酚在體外模擬、動物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图叭巳貉芯恐械墓δ芴匦韵嚓P(guān)研究進(jìn)展。

2.1 基于代謝組學(xué)的植物多酚的鑒定和定量分析

代謝組學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展為植物多酚的發(fā)現(xiàn)和定量開辟了新的可能性。Rao等［29］運(yùn)用LC-MS技術(shù)對不同生長時期的油橄欖果和葉中的多酚類物質(zhì)進(jìn)行組分及含量的比較分析，結(jié)果表明，在橄欖果中含量最高的多酚類物質(zhì)為山楂酸（1000 ng/mg鮮重）。Regueiro等［30］應(yīng)用高分辨LC-MS技術(shù)從核桃中共鑒定了120種多酚化合物，包括水解單寧和濃縮單寧、黃酮類化合物和酚酸等，并報道了8種新多酚。同一物種不同基因型和不同生長環(huán)境對多酚含量影響很大，我們和合作者通過收集我國代表性的核桃資源，開展了基于高分辨LC -MS技術(shù)的核桃多酚代謝輪廓分析，系統(tǒng)分析了黃酮類、單寧類和酚酸類等75種酚類物質(zhì)在不同核桃品種中的含量變異，同時也發(fā)現(xiàn)了新多酚：槲皮素-鼠李苷兩種異構(gòu)體［31］。不同物種不同組織中多酚的種類差別更明顯，我們通過對66個代表性棗品種的葉片開展了基于LC-MS的多酚指紋圖譜分析，鑒定了棗葉片中40余種不同的多酚［32］。Jia等［33］應(yīng)用高分辨LC-MS技術(shù)對沙棘，枸杞等青藏高原的五種傳統(tǒng)藥用食品的酚類化合物進(jìn)行代謝輪廓分析，發(fā)現(xiàn)了14種首次在青藏高原漿果中鑒定的植物多酚。新型多酚的發(fā)現(xiàn)與鑒定為進(jìn)一步探索其健康功效奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。近期，Berland等［34］結(jié)合制備型LC、NMR以及高分辨LC-MS等技術(shù)在苔類植物中發(fā)現(xiàn)的新型黃酮類命名為“auronidins”的色素，它雖然有著與花青素相似的顏色，但并不是花青素，而是一類獨(dú)特的苯丙烷類物質(zhì)，具有不同的生物合成特性，有助于苔類植物在極端環(huán)境中生存，“auronidins”的發(fā)現(xiàn)為新型天然色素的應(yīng)用提出了新的可能，同時也使人們對植物進(jìn)化過程中色素合成的遺傳背景提出疑問。因此，代謝組學(xué)技術(shù)在通量、靈敏度和選擇性方面的不斷發(fā)展，成功助力了復(fù)雜或全新樣品中的多酚發(fā)現(xiàn)和定量。

2.2 代謝組學(xué)與其他組學(xué)技術(shù)整合解析植物多酚合成途徑及其調(diào)控因子

植物多酚起源于苯丙氨酸。在多酚類化合物的生物合成過程中，4-磷酸赤蘚糖與磷酸烯醇丙酮酸結(jié)合形成苯丙氨酸。在苯丙氨酸解氨酶的催化下，苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為反式肉桂酸，進(jìn)一步通過苯丙烷途徑合成結(jié)構(gòu)多樣的多酚，包括黃酮類化合物、香豆素、水解單寧和木脂素等［35-36］。多酚合成途徑是植物進(jìn)化應(yīng)對非生物脅迫的重要舉措。例如，黃酮類化合物可以耐紫外線（UV）和調(diào)節(jié)植物激素活性，這是黃酮類化合物在植物中最原始的功能，并在漫長的進(jìn)化過程中逐漸多樣化［37-38］。

隨著代謝組學(xué)和測序技術(shù)的發(fā)展，以及多組學(xué)整合分析手段的日益完善，加速了植物多酚合成途徑的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基因和轉(zhuǎn)錄因子鑒定相關(guān)研究進(jìn)展。Rao等［29］結(jié)合靶向代謝組和全長轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，揭示了油橄欖多酚合成代謝相關(guān)基因在發(fā)育過程中的表達(dá)模式。研究表明苯丙烷類代謝途徑中的許多酶促反應(yīng)受到轉(zhuǎn)錄因子R2R3-MYB，WD40和bHLH的調(diào)控，其中MYB-bHLH-WD40復(fù)合物通過復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)對黃酮類化合物合成的調(diào)控，也是植物性狀多樣化的重要驅(qū)動［39］。另外，通過代謝組與轉(zhuǎn)錄組結(jié)合分析，發(fā)現(xiàn)對R2R3-MYBs轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控是控制被子植物中黃酮類物質(zhì)合成的關(guān)鍵，尤其是對花青素生物合成的調(diào)控［40-42］。對R2R3-MYB調(diào)控系統(tǒng)的研究表明，R2R3-MYB調(diào)控系統(tǒng)對調(diào)節(jié)被子植物類黃酮合成至關(guān)重要，而低等植物，特別是藻中則非常少見。但是在海洋褐藻中已發(fā)現(xiàn)了UV脅迫下的多酚衍生物，如通過聚酮途徑衍生的間苯三酚和巖藻醇［43］。隨著許多植物代謝多樣性以及代謝進(jìn)程的動態(tài)進(jìn)化逐漸明晰，對進(jìn)一步研究植物多酚合成的遺傳和生化基礎(chǔ)具有重要意義。Wen等［44］認(rèn)為盡管黃酮類化合物在不同物種以及不同基因型、組織、發(fā)育階段之間表現(xiàn)顯著的種類和數(shù)量多樣性，但其黃酮生物合成途徑的核心途徑是保守的，而多樣性主要由于產(chǎn)生了核心途徑的多種修飾方式，進(jìn)而提出了黃酮類化合物的收斂進(jìn)化-不同的黃酮類化合物在在不同物種中獨(dú)立進(jìn)化，并顯現(xiàn)出在各種環(huán)境脅迫下類似的防御和耐受性特征。

除了受植物內(nèi)在遺傳調(diào)控影響，例如不同的物種［16］、生長發(fā)育階段［14］、組織部位（葉，莖，花序和種子）［45］的植物酚類物質(zhì)的數(shù)量和種類不同。外在環(huán)境因素包括UV強(qiáng)度、溫度脅迫、干旱脅迫、降雨、鹽度等也會影響植物酚類物質(zhì)的生物合成［46-49］。其中紫外線是影響植物多酚生物合成的重要因素，紫外線輻射暴露會對植物蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)以及DNA造成損害，引起內(nèi)源性酚類物質(zhì)在植物細(xì)胞中的積累，進(jìn)而通過形成屏蔽以及修復(fù)損傷來保護(hù)細(xì)胞成分［15，50］。Takayuki等［51］通過代謝組及轉(zhuǎn)錄組整合分析在擬南芥中鑒定了參與植物應(yīng)對UV-B輻射的黃酮醇-苯?；D(zhuǎn)移酶2（FPT2）。莫運(yùn)才等［52］發(fā)現(xiàn)在低強(qiáng)度UV-B輻射下，鐵皮石斛可以被誘導(dǎo)合成較多的類黃酮以抵抗UV-B輻射對的植株的損傷。Zhou等［53］對常溫和冷凍處理下煙草葉片進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測序和基于質(zhì)譜的代謝組學(xué)分析，解釋低溫脅迫下苯丙氨酸解氨酶（PAL）、羥基肉桂酰轉(zhuǎn)移酶（HCT）和肉桂醇脫氫酶（CAD）的表達(dá)上調(diào)是提高酚類物質(zhì)合成的關(guān)鍵，并在響應(yīng)煙草葉片冷脅迫中起了重要作用。對擬南芥植物進(jìn)行的轉(zhuǎn)錄和代謝組學(xué)研究證實(shí)，干旱脅迫可上調(diào)黃酮類化合物的生物合成途徑，導(dǎo)致黃酮類化合物和花青素的累積增強(qiáng)［54］。而作為抗氧化劑，植物多酚也可幫助抵御干旱的不良影響。研究人員還發(fā)現(xiàn)，受干旱脅迫后，番茄中黃酮類化合物如山奈酚和槲皮素的含量增加，同時也可更好地應(yīng)對干旱脅迫［55］。在蕓苔屬植物的金屬脅迫研究中發(fā)現(xiàn)硒在應(yīng)對鉻脅迫下的保護(hù)機(jī)制體現(xiàn)為植物酚類物質(zhì)如黃酮類化合物和花青素的生物合成顯著增強(qiáng)，進(jìn)而有助于保護(hù)植物免受重金屬脅迫下的氧化應(yīng)激［56］。酚類化合物的積累通常與植物耐受性的增強(qiáng)相關(guān)，非生物脅迫往往導(dǎo)致苯丙烷途徑的轉(zhuǎn)錄上調(diào)，進(jìn)而增強(qiáng)活性氧清除能力或保護(hù)植物免受紫外線和可見光等外界環(huán)境脅迫的影響［15］。

2.3 代謝組學(xué)技術(shù)助力植物多酚功能解析

雖然已有大量研究報道了植物多酚在體外和體內(nèi)的生物學(xué)功能，但事實(shí)上，受物理化學(xué)穩(wěn)定性、螯合物、食物相互作用、胃腸道吸收、肝臟和腸道代謝等多方面影響，植物多酚的生物利用度較低［57］，至今其生物學(xué)功能乃至影響健康的機(jī)制尚未完全明晰，且每個代謝物可能參與多個代謝通路。受此限制，需要進(jìn)一步整合代謝組學(xué)與其他技術(shù)，綜合全面地分析挖掘植物多酚的生物學(xué)功能機(jī)制。此外，植物代謝組學(xué)和營養(yǎng)代謝組學(xué)的交叉也可助力于植物多酚在人體營養(yǎng)、疾病方面的研究。

早期的營養(yǎng)代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，綠茶多酚可同時作用于卵磷脂、氨基酸和磷脂代謝3個代謝通路發(fā)揮抗衰老作用［58］。Zhou等［59］基于LC和GC-MS探索綠茶多酚對人體健康的影響，發(fā)現(xiàn)代謝物的變化指向動物體內(nèi)的產(chǎn)熱碳水化合物減少，維生素合成增加以及氨基酸代謝等代謝模式改變，并指出腸道菌群相關(guān)代謝的變化可能是綠茶多酚的預(yù)防肥胖功能的關(guān)鍵所在。我們前期開展的合作研究發(fā)現(xiàn)了荔枝中的活性多酚成分可以顯著降低高脂飲食誘導(dǎo)的血清總膽固醇和甘油三酯水平，并推測其可能是通過抑制miR-33和miR-122實(shí)現(xiàn)，這些活性多酚物質(zhì)的鑒定主要基于高分辨質(zhì)譜的代謝組學(xué)技術(shù)［60］。白藜蘆醇來是自于葡萄或紅葡萄酒、花生的天然植物多酚，具有包括抗癌、抗氧化，抗炎、抗突變、促凋亡和免疫調(diào)節(jié)等多種生物活性［61］。Altamemi等［62］通過基于cDNA microarray的轉(zhuǎn)錄組技術(shù)闡述了MicroRNAs在白藜蘆醇介導(dǎo)與結(jié)腸炎相關(guān)結(jié)腸癌中的重要作用?；诙嘟M學(xué)技術(shù)對高聚原花青素生物學(xué)效應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)高聚原花青素的攝入降低了與胰島素抵抗相關(guān)的內(nèi)源性代謝物水平，影響腸道微生物群落及腸道代謝物，對代謝穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生有益的影響［63］。近年來，大量的研究整合代謝組、轉(zhuǎn)錄組、宏基因組學(xué)技術(shù)探索植物多酚通過腸道微生物發(fā)揮其生物學(xué)功能，這部分內(nèi)容將在第3節(jié)中詳細(xì)闡述。

3 植物多酚類物質(zhì)的“益生元”功能

植物多酚可分為結(jié)合酚和游離酚，其中游離酚指的是不與其他大分子發(fā)生物理、化學(xué)作用的酚類化合物，它們可以在小腸內(nèi)酯酶的作用下水解進(jìn)而被吸收以影響人體健康，但游離酚只占總酚的5%-10%［66］，而90%-95%的結(jié)合酚需要通過腸道微生物的作用分解為小分子代謝物進(jìn)入肝腸血液循環(huán)［67-68］。因此，植物多酚在人體健康中的功效大部分要依靠腸道微生物的介入，其效應(yīng)的發(fā)揮受多酚種類、植物來源、腸道菌群以及在腸道的滯留時間等多方面影響［69］。而根據(jù)2017年國際益生菌和益生元科學(xué)協(xié)會提出“益生元”最新的定義——能夠被宿主體內(nèi)的菌群選擇性利用并轉(zhuǎn)化為有益于宿主健康的物質(zhì)［70］，植物多酚雖為非碳水化合物物質(zhì)，由于其在腸道中作為生物活性物質(zhì)或生物標(biāo)記物，受腸道微生物的影響發(fā)揮多種“益生元”的功效，可被納入“益生元”的范疇之中［71］。

3.1 植物多酚在腸道中的代謝/生物轉(zhuǎn)化

大量的結(jié)合酚需要通過腸道微生物的代謝作用將大分子的多酚降解為易吸收的小分子代謝產(chǎn)物進(jìn)入血液循環(huán)，而不同種類的植物多酚在腸道中的代謝途徑及介導(dǎo)的腸道微生物存在差異。部分黃酮類化合物在腸道菌群的作用下可降解為簡單的酚酸，進(jìn)而被人體吸收發(fā)揮效應(yīng)［72］。其中，槲皮素可作為Eubacterium ramulus、Clostridium orbiscindens、Eubacterium oxidoreducens和 丁 酸 弧菌（Butyrovibrio）的底物，經(jīng)過脫羥基和C環(huán)裂變轉(zhuǎn)化為小分子酚類物質(zhì)［73］，以促進(jìn)機(jī)體吸收，發(fā)揮抗炎及抗氧化功效［74］。大豆苷元在轉(zhuǎn)化為雌馬酚的過程中受Bacteroides ovatus、Adlercreutzia equolifaciens、Ruminococcus productus、Streptococcus intermedius、粘膜乳桿菌（Lactobacillus mucosae）、糞腸球菌（Enterococcus faecium）和Finegoldia magna等多種腸道微生物的共同作用［75］。原花青素的腸道代謝物多為兒茶素的衍生物［76］，也可受嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）和干酪乳桿菌（Lactobacillus casei-01）的影響，經(jīng)解聚合、去甲基化、二羥基化和脫羧后分解為酚酸［77］。鞣花酸在Gordinobacter uro-lithinfaciens和帕梅拉戈登氏桿菌（Gordonibacter pamelaeae）的作用下可經(jīng)由Uro-M5、Uro-M6逐步轉(zhuǎn)化為尿石素C（Uro-C），而這正與鞣花酸抗腫瘤機(jī)制密切相關(guān)［78］。同其他多酚類物質(zhì)相比，白藜蘆醇在腸道中相對穩(wěn)定，不易被降解［79］。仍有報道指出Slackia equolifaciens和Adlercreutzia equolifaciens有助于白藜蘆醇的代謝［80-81］。這些被降解為小分子的多酚代謝物因其簡單、易吸收等特性在一定程度上提高了植物多酚的生物利用率，同時也進(jìn)一步體現(xiàn)了植物多酚受腸道微生物影響以促進(jìn)機(jī)體健康的特性［82-83］，而受不同宿主的影響，腸道菌群的差異也會影響酚類物質(zhì)的降解與利用。另外，多酚的穩(wěn)定性也是關(guān)系到它的降解和利用的重要因素，直接影響其在體外或體內(nèi)的功能性試驗(yàn)結(jié)果，如羥基化程度、C2與C3的雙鍵加氫以及甲氧基化均顯著影響黃酮類化合物的穩(wěn)定［57］。

3.2 植物多酚調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)

腸道作為人體最大的消化器官，可消化吸收人體所攝入的大部分營養(yǎng)物質(zhì)，其中腸道微生物的參與至關(guān)重要［84］。健康成人的腸道微生物數(shù)量高達(dá)1014，是人體體細(xì)胞數(shù)量的10倍，它們與人體相互依存，構(gòu)成腸道的微生態(tài)系統(tǒng)，并與健康息息相關(guān)［85-86］。人體腸道菌群的組成和結(jié)構(gòu)近似，主要有厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、疣微菌門（Verrucomicrobia）和梭桿菌門（Fusobacteria），其中厚壁菌門和擬桿菌門為優(yōu)勢菌群［87］。但受年齡、性別、地域、健康狀況、膳食、種族及宿主基因型等共同影響，腸道微生物菌群的組成及多樣性存在差異［88］。近年來，腸道菌群已成為微生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、基因?qū)W等多個領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)之一。大量研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物在營養(yǎng)、代謝和免疫過程中發(fā)揮重要的作用［89］。膳食中的多酚類物質(zhì)作為“益生元”對腸道菌群的功能性調(diào)節(jié)作用也被廣泛關(guān)注，目前針對此方面的機(jī)制研究主要包括有：為微生物生長提供代謝底物［20］，影響微生物生長相關(guān)酶活性［91］，或作用于微生物細(xì)胞膜［92］等。

研究發(fā)現(xiàn)針對不同植物多酚對腸道微生物的影響更多的表現(xiàn)為對有益菌的促進(jìn)作用，但仍存在一定差異（表1）。早期模擬腸道的體外研究指出兒茶素和表兒茶素能夠促進(jìn)腸道細(xì)菌中擬球梭菌（Clostridium coccoides）以及大腸桿菌的數(shù)量，抑制組織溶梭狀芽孢桿菌（Clostridium histolyticum）的生長，而乳酸菌（Lactobacillus）和雙歧桿菌（Bifidobacterium）沒有顯著變化［91］。而丹酚酸A在大鼠模型中表現(xiàn)出對乳酸菌（Lactobacillus）和艾克曼菌（Akkermansia）的促進(jìn)作用［92］。Routy等［93］對患有肺癌、腎癌等癌癥的患者進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)腸道富集嗜粘蛋白-艾克曼菌（Akkermansia muciniphila）菌的患者可以更好的接受免疫治療。有研究指出艾克曼菌（Akkermansia）還可助力抑制肥胖，改善酒精性肝?。?4-95］。Larrosa等［96］通過大鼠模型發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇對乳酸菌（Lactobacillus）和雙歧桿菌（Bifidobacterium）有促進(jìn)作用。雙歧桿菌可通過低誘導(dǎo)促炎性細(xì)胞因子以及高誘導(dǎo)抗炎細(xì)胞因子發(fā)揮抗炎作用，減輕腸道炎癥［97］，其產(chǎn)生的胞外多糖還可競爭性地抑制腸道內(nèi)致病微生物對腸上皮細(xì)胞的黏附和定植［98］。另外腸道內(nèi)有益菌群還可依靠定植和黏附在腸道黏膜表面，形成“菌膜屏障”限制病原微生物對宿主的侵襲來保護(hù)機(jī)體健康［99］。而雙歧桿菌等有益菌在免疫調(diào)節(jié)方面的突出表現(xiàn)也使得從免疫學(xué)的角度探索植物多酚的“益生元”特性可能成為進(jìn)一步研究的熱點(diǎn)。

表1 多酚以及富含多酚的植物提取物對腸道菌群的影響

與多酚單體相比，富含多酚的植物提取物對腸道微生物的研究更為廣泛。植物多酚主要存在于茶葉，水果，可可以及香料等植物及其產(chǎn)品中。早期大量體內(nèi)、體外研究針對茶多酚中的沒食子酸（EGCG），兒茶素和表兒茶素探索其在氧化應(yīng)激、癌癥預(yù)防、免疫增強(qiáng)，改善肝臟疾病等方面的健康相關(guān)功能［100-102］。近年來更多的研究關(guān)注茶多酚作為活性物質(zhì)通過調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)對機(jī)體健康的影響，Yuan等［103］基于人群干預(yù)實(shí)驗(yàn)研究綠茶飲品攝入（14 d）對腸道微生態(tài)的影響，結(jié)果表明綠茶攝入能夠顯著改變腸道微生物的α多樣性，并促使雙歧桿菌（Bifidobacterium），F(xiàn)eacalibacterium，Eubacterium，Blautia，糞球菌（Coprococcus）和Dorea菌的相對豐度增加。而Janssens等［104］通過隨機(jī)雙盲對照試驗(yàn)基于綠茶提取物對健康人群進(jìn)行長達(dá)12周的干預(yù)，發(fā)現(xiàn)長期的綠茶攝入對腸道微生物的改變并不顯著。Vendrame等［105］同樣采取隨機(jī)雙盲對照試驗(yàn)研究攝入含有大量酚類物質(zhì)的藍(lán)莓對腸道微生物的影響，結(jié)果表明長達(dá)6周的藍(lán)莓?dāng)z入顯著增加了研究對象腸道中雙歧桿菌和乳酸菌的相對豐度。該結(jié)果也進(jìn)一步驗(yàn)證了Molan等［106］將藍(lán)莓提取物應(yīng)用于大鼠模型中的發(fā)現(xiàn)。可可及其制品因富含黃烷醇等多酚具有顯著的抗氧化和抗炎作用，然而，同其他植物多酚類似，可可多酚在腸道中的吸收較差，其中大部分不能直接進(jìn)入體循環(huán)，腸道微生物的作用可以提高它們的生物利用率［107］。Tzounis等［108］通過健康人群的隨機(jī)雙盲實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可可提取物的攝入同樣促進(jìn)了雙歧桿菌和乳酸菌的相對豐度的增加。還有研究指出稻米麩皮膳食纖維結(jié)合酚可增加產(chǎn)丁酸的毛螺菌科（Lachnospiraceae）和瘤胃菌科（Ruminococcaceae）的相對豐度，調(diào)節(jié)腸道菌群，最終降低血糖水平［109］。除了對有益菌的促進(jìn)，研究還發(fā)現(xiàn)從膳食香料和藥用植物（花豆、決明子、牛至、虎耳草、石榴皮、丁香）中提取的富含酚類的抗菌物質(zhì)，對包括蠟樣芽孢桿菌在內(nèi)的食源性致病菌具有良好的抑菌效果［110］。

由此可見，較多的體內(nèi)，體外及流行病學(xué)調(diào)查均認(rèn)可植物多酚在調(diào)節(jié)腸道微生物過程中，促進(jìn)有益菌這一論點(diǎn)。且植物多酚一旦進(jìn)入腸道，會與腸道菌群產(chǎn)生雙向作用，一方面在腸道微生物的作用下降解為更易吸收利用的小分子代謝產(chǎn)物，另一方面通過調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)，促進(jìn)機(jī)體健康。

4 總結(jié)與展望

綜上，植物多酚作為“益生元”影響人體健康離不開腸道微生物的介導(dǎo)。植物多酚中少量的游離態(tài)多酚在小腸中水解后經(jīng)肝腸血液循環(huán)進(jìn)入肝臟，代謝后作用于靶器官，發(fā)揮生物學(xué)功能。大量結(jié)合態(tài)多酚進(jìn)入結(jié)腸，一方面可以改變腸道菌群的組成，促進(jìn)有益菌的增加，影響腸道微生態(tài)進(jìn)而發(fā)揮益生元功能；另一方面，部分腸道微生物可介導(dǎo)植物多酚的進(jìn)一步降解，產(chǎn)生的小分子代謝產(chǎn)物既可作用于腸道菌群，還可通過肝腸血液循環(huán)進(jìn)入肝臟后作用于靶器官，促進(jìn)人體健康（圖2）。但是目前仍有許多問題亟待深入探討：

（1）受不同實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图霸O(shè)計的影響，植物多酚的益生功能在不同研究中結(jié)果存在差異。目前針對植物多酚在腸道中的研究較多采用體外模擬或動物模型，但從體外研究中獲得的關(guān)于植物多酚對腸道菌群的作用往往不能直接外推到腸道生態(tài)系統(tǒng)中，而動物干預(yù)研究往往涉及較高劑量的植物多酚，與常規(guī)飲食有異。因此，應(yīng)用適宜劑量的人群干預(yù)研究尤其是雙盲隨機(jī)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用十分必要，且其中的益生機(jī)制仍需進(jìn)一步研究與探索。

圖 2 植物多酚發(fā)揮“益生元”作用的可能生物學(xué)模型

（2）受不同宿主腸道微生物差異的影響，研究酚類化合物與腸道微生物互作效應(yīng)亟需綜合考慮宿主、膳食等多方面因素。

（3）從益生菌功能角度出發(fā)，酚類化合物對腸道微生物群的免疫調(diào)節(jié)有待深入研究。

（4）對于具有較強(qiáng)藥效的藥食兩用植物，其植物多酚的“益生元”功能開發(fā)仍需謹(jǐn)慎。

飛速發(fā)展的代謝組學(xué)技術(shù)、代謝物成像技術(shù)以及多組學(xué)整合分析技術(shù)，將助力植物多酚的生物活性、腸道菌群調(diào)節(jié)以及益生功能研究。我們相信，隨著上述基礎(chǔ)研究的不斷深入，可從代謝、免疫、腦腸軸等不同角度解析植物多酚與腸道菌群互作機(jī)制，為精準(zhǔn)營養(yǎng)干預(yù)提供數(shù)據(jù)支持，屆時植物多酚亦會在改善腸道微生態(tài)、預(yù)防慢性疾病發(fā)揮越來越重要的作用。