黄酮类化合物对肠道微生物的影响及其机制研究进展

赵佳伟，袁杰彬，安明哲，李 茂，张伟建，陆 培

（宜宾五粮液股份有限公司，四川宜宾 644007）

黄酮类化合物是指含有2-苯基色原酮(C6-C3-C6)结构的一类化合物。黄酮类在自然界分布广泛，大多数与糖结合成糖苷或者碳糖基的形式存在[1]。黄酮类化合物主要包括黄烷酮、黄酮醇、异黄酮、花色苷和黄酮(图1)[2]。黄酮类化合物广泛存在于我们的日常饮食中，如蔬菜、水果、茶叶和可可中，如今也被认为是各种药物、保健食品和化妆品中必不可少的成分[3]。黄酮类化合物具有广谱的药理活性和广泛的生物学效应，例如抗氧化作用，可预防心血管疾病、癌症[4]，还能减少炎症和调节肠道菌群[5]，被广泛的应用在发酵工业和医药产业中。

黄酮类化合物可以调节人体肠道菌群，对健康产生积极的影响。黄酮类物质通过抑制有害菌(肠杆菌、链球菌等)的同时增加双歧杆菌等益生菌的丰度，来改善炎症性肠病[6]。有学者研究表明，补充黄酮类化合物可以增强肠道中乳杆菌和双歧杆菌的相对丰度，同时降低盲肠中大肠杆菌的相对丰度[7]。还有研究指出，黄酮类化合物可以改善因暴露在油烟中而导致的小鼠肠道菌群紊乱[8]。黄酮类化合物对人体健康有着显著的影响，但是具体的影响机制还不清楚。本文主要综述了国内外黄酮类化合物对肠道微生物的影响(如表1，图2所示)。

图1 黄酮类化合物结构图

图2 黄酮类化合物对肠道菌群影响的示意图

1 黄酮醇

黄酮醇类是指含有2-苯基-3-羟基类结构的化合物[9]。黄酮醇主要分布在双子叶植物中，尤其是木本植物的花朵和叶子。最常见的黄酮醇是山奈酚、槲皮素和杨梅素衍生物[10]。研究表明，补充槲皮素可以增加小鼠肠道菌群多样性及改变菌群结构，特别是使费克蓝姆氏菌属(Facklamia)和气球菌属(Aerococus) 等菌属的相对丰度提高。并且小鼠认知功能的改善可能也与肠道菌群的变化有关。Firrman等[11]研究结果显示，槲皮素可以通过抑制ABC 转运蛋白的合成和细胞壁的形成，来抑制Bifidobacterium catenulatum(B.catenulatum)和Enterococcus caccae(E.caccae) 的活性。研究指出，山奈酚、槲皮素等物质通过提高肠黏膜中丁酸受体和调节紧密连接蛋白的表达，来稳定肠道菌群的结构，从而减少酒精对肠道屏障的损伤[12]。陈小连等[13]实验发现，补充紫云提取物(鼠李秦素为主)可以优化母猪肠道菌群，可显著增加肠道中乳杆菌属和双歧杆菌属(Bifidobacterium)细菌的数量，并且在添加100 g/L 时能降低大肠埃希氏菌和产气荚膜梭菌的数量。还有研究结果显示，在长期口服二氢杨梅素的情况下可显著降低小鼠肠道厚壁菌门(Firmicutes)/拟杆菌门(Bacteroidetes)的比值（F/B）[14]。F/B 比值被认为是肠道健康状态的指标，该指标上升则表明患有肥胖和Ⅱ型糖尿病的风险增大[15]。该研究还表明，杨梅素可以影响Allobaculum和Parabacteroides菌种的含量，进而导致F/B 比值的变化；还会降低芽孢梭菌(Clostridium)的相对含量，其他黄酮类化合物（如：黄酮、黄酮醇、异黄酮等）也有此现象[16]。综上，黄酮醇主要通过降低F/B比值，维持肠道菌群结构；通过抑制转运蛋白和细胞壁合成，来抑制病原菌的生长。

2 黄烷酮

具有二氢色原酮结构的黄酮类化合物被称作黄烷酮，在柑橘类水果中最为常见[17]。黄烷酮主要包括：橙皮素、柚皮素、圣草素等。现代研究表明，黄烷酮类化合物对炎症、癌症有显著的治疗效果。通过研究荔枝皮多酚（主要成分为黄烷酮、黄酮醇和花青素）对肠道微生物的影响后发现，梭状杆菌属(Fusobacterium)和脱硫弧菌属(Desulfovibrio)的含量显著增加，并且肠球菌属(Enterococcus)和考拉杆菌属(Phascolarctobacterium)是协同生长[18]。Lima等[19]研究发现，每日补充橙皮素和橘皮素可以增加人体肠道中双歧杆菌和乳酸杆菌的丰度，进而增加了短链脂肪酸(SCFAs)的含量发挥益生作用。其他研究也有相似的结论，即在补充橙皮苷和柚皮苷后，对人体肠道内的肠球菌和肠杆菌(Enterobacter)具有抑制作用，抑制效果与浓度成正比；对乳酸杆菌和双歧杆菌起促进作用，促进效果与浓度成反比[20]。而补血草黄酮类提取物（主要成分为杨梅素、圣草素、槲皮素）在浓度为2.0 g/L 时，可以抑制金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、枯草杆菌和大肠杆菌的生长[21]。同时也有研究指出，黄烷酮类化合物对大肠杆菌等革兰氏阴性菌抑制效果较差，可能是由于细胞壁的不同导致的[22]。上述研究说明，黄烷酮可以增加SCFAs 的含量，发挥益生作用，来提高肠道益生菌的数量；并且还能抑制有害微生物的生理活性，保护肠道健康。

3 异黄酮

异黄酮是以5 位氢原子或羟基化学结构为主的一类化合物，作为黄酮类物质重要的一个分支主要存在于豆科植物中[23]。大豆异黄酮苷元包括染料木素、大豆异黄酮、黄豆黄素等[9]。异黄酮进入人体被肠道微生物分解成O-Dma(可以抑制癌症，减少骨质流失，预防肥胖和减缓炎症)，从而对人体健康产生影响[24]。据研究表明，染料木素可以降低乳球菌属和脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)的生长速率，并且32 μg/mL 的染料木素和雌马酚能促进鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)和普拉梭菌(Faecalibacterium prausnitzii)的生长[25]。说明异黄酮苷元及其代谢物可以调整肠道中的一些关键微生物种类，来发挥益生作用。另一项研究也表明，大豆异黄酮和抗性淀粉，可以通过调节肠道菌群中双歧杆菌的丰度，来促进雌马酚的合成，进而可以抑制骨髓炎症相关基因的表达[26]。除了已经被广泛报道的肠球菌属、乳酸球菌属和拟杆菌外，还有研究认为，大豆异黄酮还会对肠道微生物中红蝽菌科的克阿德勒克罗伊茨菌(Adlercreutzia equolifaciens)、黏膜乳杆菌(Lactobacillus mucosae)、大芬戈尔德菌(Finegoldia magna)产生促进作用[27-28]。除此之外，许多研究还显示，异黄酮类物质可以抑制有害细菌的生长，如：100 μg/mL 浓度下的异黄酮会对李斯特菌(Listeria monocytogenes)、大肠杆菌(Escherichia coli)、哈维氏弧菌(V.harveyi)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)产生抑制[29]。异黄酮类化合物抑菌机制，可能是通过影响DNA、RNA 和蛋白质合成来调控细胞的程序性死亡；破坏细胞膜和细胞壁的完整，抑制细菌的呼吸作用；还可以通过抑制细菌外毒素的分泌，从而影响细菌的发病机理[30-31]。

4 花色苷

花色苷广泛存在于自然界中，是由高等植物次生代谢产生的水溶性色素[32]，是黄酮类化合物重要的组成部分，具有抗炎、抗氧化、抑制糖尿病和肥胖等功效，其主要包括花青素[9]。研究证实，紫薯花色苷对伤寒沙门氏菌(Salmonella)和志贺氏菌(Shigella Castellani)具有良好的抑制效果[33]，这与王艳丽等[34]的研究结果相似，即紫甘薯花色苷可以抑制大肠杆菌。蓝靛果花色苷对大肠杆菌(Escherichia coli)和金黄色葡萄球菌有一定的抑制作用[35]。这主要是花色苷可以抑制细菌的酶活，作用于细菌的代谢。此外，Peng 等[36]的研究发现，枸杞花色苷会影响肠道菌群的丰富度(包括：Barnesiella，Alistipes，Eisenbergiella，Coprobacter和Odoribacter均有增殖)，菌群越少，健康状况就越差[37]，同时粪便和盲肠中SCFAs 含量显著增加。其中Barnesiella和Eisenbergiella可以利用葡萄糖产生SCFAs；Odoribacter是一种产丁酸的细菌，其高丰度与肥胖和心脑血管疾病呈负相关[38]。有学者研究花青素对肠道微生物的影响后发现，花青素能显著降低厚壁菌门的组成和丰度，提高拟杆菌门的丰度和含量[39]。从而降低了F/B 比值，提高人体健康水平。广泛的实验证实，花青素可以增加双歧杆菌、乳杆菌、红蝽杆菌(Coriobacteriaceae)、Akkermansia和脱硫弧菌属(Desulfovibrio)在肠道内的丰度[40-42]。从上述研究可以看出，花青素可以代谢形成SCFAs，发挥益生功能，来促进乳杆菌、双歧杆菌、红蝽杆菌和拟杆菌门的丰度。并且花青素通过氢键与膜蛋白连接，这样花青素可以在细胞膜上自由的接受或者贡献电子，破坏病原菌结构抑制其生长[43]。同时花青素因为具有显著的抗氧化性，可以保护肠道的健康。

5 黄酮

黄酮是指以苯基色烯-4-酮为母核的一类化合物，多存在于中草药和谷物之中，包括芹菜素、黄芩素、白杨素、木犀草素等[9]，具有抗氧化、抗炎症、提高免疫系统等功效。研究显示，藜麦黄酮对细菌具有抑制作用，其中对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和芽孢杆菌具有显著的抑制效果[44]。通过研究苜蓿黄酮对肠道菌群的影响发现，苜蓿黄酮可以影响结肠中细菌的菌群结构，增加梭菌属、胃球菌属和粪球菌属的丰度，降低了Blautia和普氏菌属(Prevotella copri)的丰度[45]。在研究大葱提取物(主要成分：生物碱、黄酮、糖苷)对微生物的影响发现，当浓度在8 g/L 时，对大肠埃希氏杆菌(Escherichia coli)、白色念珠菌(Candida Albicans)、金黄色葡萄球菌和芽孢杆菌具有显著的抑制作用[46]。其他研究也有相似的结果，即木犀草素和芹菜素在浓度达到2 g/L时，对革兰氏阳性菌(如：金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、粪肠球菌)有显著的抑制作用[47]。这可能是由于黄酮化合物可以破坏病原菌生物膜结构，从而抑制菌体的生长繁殖。同时有研究表明，白柑橘果皮提取物(陈皮素、诺皮素、黄芩素、五甲氧基黄酮)可以影响细胞膜的通透性和改变细胞壁脆性[48]。这可能也解释了黄酮化合物抑制病原微生物活性的机制。除了抑制有害微生物的生长外，还会促进肠道中益生菌的生长。中草药中富含黄酮(如：银杏黄酮苷、黄芩素、木犀草素、葛根素和二氢黄酮等)，大量实验结果表明其会影响肠道微生物的组成结构。补充中草药提取物可以提高小鼠肠道中乳杆菌属、双歧杆菌属等益生菌的丰度，来改善糖尿病、肥胖、高血脂等疾病[49]。除此之外，黄酮化合物还可以修补损伤的肠黏膜，提高蛋白质分泌，进而影响肠道菌群[50]。

6 总结与展望

黄酮类化合物对肠道微生物有着显著的影响，并且通过调控肠道菌群的结构，对人体健康起到积极的作用。黄酮类化合物主要通过促进肠道益生菌的生长提高其丰度，抑制病原菌来保证肠道菌群的完整，从而影响健康状况(如表1 所示)。黄酮醇通过提高肠黏膜受体和连接蛋白的合成，来提高乳杆菌、双歧杆菌、气球菌属和拟杆菌属的丰度；通过抑制转运蛋白ABC 和细胞壁的合成，来抑制病原微生物的生长，保证菌群结构的健康。黄烷酮通过产生SCFAs 来发挥益生功能，促进乳杆菌、双歧杆菌和脱硫弧菌属的生长；影响细菌细胞壁的合成，来抑制肠球菌属、肠杆菌属、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的繁殖。异黄酮是被降解成小分子物质，发挥益生功能，来增加乳球菌属、拟杆菌属、普氏粪杆菌、A.equolifaciens、双歧杆菌和乳酸杆菌的数量；抑制DNA、RNA 的合成和外毒素的分泌，来抑制李斯特菌、大肠杆菌、哈维氏弧菌的生长。花色苷则是可以提高双歧杆菌、乳杆菌属、Akkermansia、拟杆菌的丰度；通过与膜表面蛋白相结合，自由接受和贡献电子破坏菌体结构，来抑制沙门杆菌、志贺氏菌和厚壁菌的数量。最后黄酮是通过修补肠黏膜和提高蛋白质分泌，来增加胃球菌、粪球菌、乳杆菌、双歧杆菌等活性；影响细胞膜通透性和细胞壁脆性来抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的数量。

表1 黄酮类化合物对肠道微生物的影响及其机制

目前对黄酮类化合物研究的重点还是在其提取方法和其化学结构等方面。而对黄酮类化合物对健康的影响，尤其是通过作用于肠道菌群，进而影响人体健康等方面研究较少。本文综述了黄酮类化合物对肠道微生物的影响，希望为后续研究黄酮类化合物影响肠道微生物，尤其是作用机制等方面，提供一定的参考。