吳神群,李玉壬,陳春鳳,楊慧,楊曉萍
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院,武漢430070
腸道微生物區(qū)系穩(wěn)態(tài)與人體的健康密切相關(guān),肥胖、糖尿病、抑郁癥等健康問(wèn)題都與腸道菌群失調(diào)有關(guān)[1],通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群的組成和結(jié)構(gòu)來(lái)改善人體健康的相關(guān)研究受到越來(lái)越多的關(guān)注,特別是利用茶多酚調(diào)節(jié)腸道菌群,進(jìn)而預(yù)防和治療肥胖、抑郁癥、炎癥等癥狀是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)[2]。在以往的研究中大多只涉及腸道微生物區(qū)系對(duì)茶多酚的代謝或茶多酚對(duì)腸道微生物的調(diào)節(jié)作用,極少有茶多酚與腸道微生物相互作用的研究報(bào)道,關(guān)于茶多酚與腸道微生物相互作用促進(jìn)人體健康的機(jī)制尚不清楚。本文通過(guò)綜述腸道微生物對(duì)茶多酚的代謝、茶多酚對(duì)腸道微生物的調(diào)節(jié),以及兩者間相互作用對(duì)機(jī)體的有益效應(yīng),來(lái)闡述茶多酚與腸道微生物間的關(guān)系,旨在為茶多酚-腸道微生物的雙向作用對(duì)人體健康的改善研究提供參考。
茶多酚是茶葉的主要功能成分之一,約占茶葉干質(zhì)量的18%~36%;兒茶素類是茶多酚的主體成分,約占茶多酚總量70%~80%。由于分子結(jié)構(gòu)的不同,兒茶素又可分為表兒茶素(epicatechin,EC)、表沒(méi)食子兒茶素(epigallocatechin,EGC)、表兒茶素沒(méi)食子酸酯(epicatechin-3-gallate,ECG)和表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯(epigallocatechin-3-gallate,EGCG)4種(圖1)。
多酚在胃部?jī)H被低程度吸收,少部分在小腸被吸收;腸道吸收多酚的方式主要有主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)和被動(dòng)擴(kuò)散2 種,以被動(dòng)擴(kuò)散為主。例如腸道主要通過(guò)被動(dòng)擴(kuò)散吸收兒茶素類物質(zhì),這是因?yàn)閮翰杷仡愇镔|(zhì)含羥基較多,無(wú)法通過(guò)脂質(zhì)雙層,但可經(jīng)腸上皮細(xì)胞的緊密連接被優(yōu)先吸收進(jìn)入血液[3]。吸收的兒茶素通過(guò)門(mén)靜脈進(jìn)入肝臟再代謝,也可通過(guò)多藥耐藥蛋白(multidrug resistance protein 2,MRP2)從肝細(xì)胞外排到膽汁,再進(jìn)入腸道[4]。
茶多酚在體內(nèi)的的吸收程度受到分子質(zhì)量和結(jié)構(gòu)、機(jī)體生理狀態(tài)等多種因素的影響。研究發(fā)現(xiàn),人在飲用綠茶后尿液中EGCG 和ECG 及其結(jié)合物占兒茶素?cái)z入量的11.4%,而EGC 和EC 排泄量為28.5%[5],這說(shuō)明酯型兒茶素和非酯型兒茶素的比例會(huì)影響茶多酚在體內(nèi)的吸收程度。大鼠灌胃700 mg/kg 茶多酚試驗(yàn)進(jìn)一步證明機(jī)體對(duì)茶多酚吸收存在差異,EC、EGC、ECG和EGCG 在血漿中濃度達(dá)到峰值的時(shí)間、血藥濃度峰值和半衰期均存在差異,其中EGCG 的血藥濃度最高,為4.92 μg/m?[6],說(shuō)明此質(zhì)量濃度下大鼠對(duì)EGCG 的吸收程度最好。機(jī)體的生理狀態(tài)也會(huì)影響其對(duì)茶多酚的吸收程度。給予茶多酚處理10 d 后,采用?C-Q-TOF-MS 系統(tǒng)檢測(cè)肥胖大鼠血清和糞便中茶多酚化合物的含量,結(jié)果表明肥胖大鼠血漿中的EGCG 和沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯(gallocatechin gallate,GCG)的濃度顯著低于正常大鼠,而EGCG、GCG、ECG的排泄量顯著升高[7]。
大鼠口服4 種兒茶素的生物利用度均小于10%[8],造成茶多酚生物利用度低的主要原因是MRP2的外排機(jī)制。研究表明,添加MRP2的抑制劑MK-571 可以顯著增加EGCG 在Caco-2 細(xì)胞上的攝取,降低EGCG 的外排,使表觀滲透系數(shù)PappB?-AP/PappAP-B?從3.36降到0.88[9],這可能是添加胡椒堿可以增加茶多酚生物利用度的原因。提高茶多酚的生物利用度,是茶多酚在醫(yī)藥應(yīng)用領(lǐng)域必須攻克的難題。現(xiàn)有研究表明,茶多酚多組分給藥比EGCG單獨(dú)給藥的口服生物利用度高,多組分給藥可將EGCG的生物利用度從1.34%提高到9.24%~14.3%,并延長(zhǎng)t1/2時(shí)間[8];此外,茶多酚與乳蛋白的結(jié)合、將兒茶素包裹在納米顆粒中都可以提高茶多酚的生物利用度[10]。
茶湯或茶粉在體內(nèi)經(jīng)過(guò)口腔、胃和腸道消化后可將4 種兒茶素逐漸釋放出來(lái),釋放量達(dá)40%~70%,被釋放出的物質(zhì)經(jīng)消化道進(jìn)行降解,其中EGCG 和ECG 經(jīng)消化后降解產(chǎn)生聚酯型兒茶素A、D 及P-2[11]。釋放和降解的物質(zhì)以及未被消化的茶多酚經(jīng)代謝酶和腸道微生物的作用進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為生物活性代謝物被吸收利用。代謝酶主要存在于腸道和肝臟中,已報(bào)道的兒茶酚-O-甲基轉(zhuǎn)移酶、葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶和硫酸基轉(zhuǎn)移酶,可對(duì)茶多酚進(jìn)行甲基化、醛酸化和磺酸化修飾[12]。這些經(jīng)腸-肝循環(huán)和酶修飾產(chǎn)生的Ⅰ型代謝物(內(nèi)酯、酚酸等)和Ⅱ型代謝產(chǎn)物(葡萄醛酸鹽和硫酸鹽等)被排放進(jìn)入結(jié)腸,經(jīng)結(jié)腸微生物進(jìn)一步降解成小分子物質(zhì),然后通過(guò)門(mén)靜脈再次到達(dá)肝臟或進(jìn)入體循環(huán)發(fā)揮各項(xiàng)生理功能[13]。
研究表明攝入的多酚90%~95%會(huì)直接到達(dá)大腸(結(jié)腸)后被微生物降解[14],可見(jiàn)腸道微生物在茶多酚的分解代謝中起非常關(guān)鍵的作用。腸道微生物類群豐富,其中厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)、變形菌門(mén)(Proteobacteria)和放線菌門(mén)(Actinobacteria)是構(gòu)成腸道菌群的主要成員(占總數(shù)90%以上),但只有少部分腸道微生物催化酚類代謝及其分解代謝途徑被證實(shí),如雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)、乳桿菌屬(Lactobacillus)、擬桿菌屬(Bacteroides)等[15]。
腸道微生物分泌的水解酶、氧化還原酶、裂解酶等可以通過(guò)水解、裂解、脫甲基化等反應(yīng)將未被消化的茶多酚降解成簡(jiǎn)單的小分子物質(zhì)[16],如PVAs 和PV?s 等[17],降解的物質(zhì)被腸道吸收進(jìn)入血液,在身體各部位發(fā)揮生理功能。采用UHP?C-Q-Orbitrap-MS 研究EGCG 在人體腸道微生物作用下的代謝過(guò)程,結(jié)果表明,EGCG 經(jīng)過(guò)連續(xù)酯解、C 環(huán)開(kāi)環(huán)、A 環(huán)裂解等反應(yīng),迅速降解為4-苯丁酸和3-(3′,4′-二羥基苯基)丙酸等系列代謝物[18],而參與這些反應(yīng)的酶很可能是微生物酯酶、脫羥基酶和脫羧酶。為研究分解茶多酚的具體菌株和分解途徑,必須對(duì)腸道微生物進(jìn)行分離和鑒定。從人體腸道微生物中分離的菌株Eggerthellasp.CAT-1 和Eubacteriumsp.Strain SDG-2可以將(+)-兒茶素(2R,3S)和(—)-表兒茶素(2R,3R)的C-環(huán)裂解和B 環(huán)脫羥基,得到1,3-二苯基丙-2-醇衍生物[19-20],可見(jiàn)腸道微生物對(duì)兒茶素的裂解主要集中在C環(huán)上,對(duì)B環(huán)則進(jìn)行脫羥基化。此外,有些腸道微生物還可水解茶多酚的酯鍵。植物乳桿菌299v 可將TF-3,3′-雙沒(méi)食子酸轉(zhuǎn)化為T(mén)F-3-沒(méi)食子酸或TF-3′-沒(méi)食子酸[21]。
腸道微生物對(duì)茶多酚的降解受到茶多酚結(jié)構(gòu)組成、菌群種類等多種因素的影響。特定降解菌對(duì)(+)-兒茶素和(—)-表兒茶素的降解速率對(duì)比結(jié)果顯示,Eggerthella lentarK3對(duì)兩者的C環(huán)裂解產(chǎn)物相同,但(+)-兒茶素的裂解速率是(—)-表兒茶素的5 倍[22]。茶多酚的立體構(gòu)象會(huì)限制腸道微生物對(duì)C環(huán)的裂解。盡管聚酯型兒茶素A和EGCG 都有相似的黃烷-3-醇骨架,但聚酯型兒茶素A與腸道微生物共孵育的樣品中并未檢測(cè)到C環(huán)的裂解產(chǎn)物[23]。不同人的腸道菌群組成存在差異,這會(huì)影響茶多酚代謝產(chǎn)物的種類和代謝速率,采用?C-TQ-MS和?C-TOF-MS對(duì)(—)-EC與24名健康人的腸道微生物共培養(yǎng)的代謝產(chǎn)物進(jìn)行定性和定量分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)其代謝產(chǎn)物(如3,4-diHPV等)的類型和水平都存在顯著的個(gè)體差異[24]。
腸道微生物將茶多酚轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的酚酸類物質(zhì)后,不僅提高了茶多酚的生物利用度,還增加了生物活性。有研究表明,經(jīng)腸道微生物降解后的代謝產(chǎn)物更易被吸收和利用,如黃烷-3-醇經(jīng)結(jié)腸微生物降解后生物利用度提高到62%[25]。已報(bào)道的茶多酚降解產(chǎn)物,如苯基-γ-戊內(nèi)酯可保護(hù)棕色脂肪細(xì)胞免受氧化應(yīng)激,PVAs 和PV?s 可改善炎癥、尿路感染、增加神經(jīng)細(xì)胞軸突數(shù)目和長(zhǎng)度等[26]。體外研究也證明了兒茶素和表兒茶素的C-環(huán)裂解產(chǎn)物,即具有3′,4'-二羥基化結(jié)構(gòu)的代謝產(chǎn)物均有較高的抗氧化活性,尤其是3,4-二羥基苯基-2-醇,其DPPH 測(cè)定的EC50值為5.97 μmol/?,是兒茶素的2 倍、表兒茶素的1.8倍[27]。腸道微生物還可通過(guò)促進(jìn)EGCG和茶黃素的氧化和胺化作用產(chǎn)生代謝物,清除碳水化合物、脂質(zhì)及氨基酸氧化產(chǎn)生的活性羰基化合物(人體的主要致病因子之一)[28-29]。不同結(jié)構(gòu)的茶多酚在腸道菌群的作用下能夠轉(zhuǎn)化成相同或相似的代謝產(chǎn)物,這可能是茶多酚結(jié)構(gòu)不同但功能相同的原因[30]。
腸道微生物可以分解膳食纖維,并代謝產(chǎn)生更加多樣化的代謝產(chǎn)物,在調(diào)節(jié)宿主消化吸收、免疫應(yīng)答等方面起著重要的作用[31]。按照生理功能可將腸道菌群劃分為益生菌、有害菌和中性菌。主要益生菌有:乳桿菌屬、鏈球菌屬(Streptococcus)、雙歧桿菌屬等23 個(gè)屬的乳酸菌以及普氏棲糞桿菌(Faecalibacterium prausnitzii)、嗜黏蛋白阿克曼菌(Akkermansia muciniphila)等,其中嗜黏蛋白阿克曼菌在調(diào)節(jié)免疫、抗腫瘤、抑制肥胖、緩解炎癥等方面具有重要作用,是新型的益生菌[32]。有害菌可以產(chǎn)生?PS等內(nèi)毒素,進(jìn)而引起慢性腸炎、直腸癌等疾病,如脫硫弧菌科(Desulfovibrionaceae)、產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌(Clostridium perfringens)、腸道沙門(mén)菌(Salmonella enterica)。中性菌具有兩面性,只有在有害菌數(shù)量增多時(shí),中性菌才會(huì)轉(zhuǎn)變成致病菌,如腸球菌(Enterococcus)。腸道微生物在人體中的作用表明其可作為預(yù)防和治療疾病的潛在靶點(diǎn)。
1)增加腸道有益菌豐度。飲食方式、運(yùn)動(dòng)等因素都會(huì)改變腸道菌群的組成和結(jié)構(gòu),而茶多酚的攝入可以影響腸道菌群的生長(zhǎng)和代謝,進(jìn)而調(diào)節(jié)菌群。經(jīng)青磚茶提取物處理后,小鼠腸道內(nèi)的腸桿菌(Enterobacteria)數(shù)量減少14.69%、腸球菌減少8.69%,乳桿菌屬和雙歧桿菌屬的數(shù)量分別增加10.47%和7.53%[33]。與此類似,Yuan 等[34]的臨床研究表明健康人連續(xù)飲用綠茶提取物(400 m?/d)2 周后,α 多樣性指數(shù)顯著升高,同時(shí)誘導(dǎo)短鏈脂肪酸產(chǎn)生菌,如毛螺菌科(?achnospiraceae)、瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)和雙歧桿菌的生長(zhǎng),其中短鏈脂肪酸(short chain fatty acids,SCFAs)的乙酸、丙酸和丁酸與宿主的膽固醇代謝、血糖水平、胰島素水平和炎癥等密切相關(guān)[35],在促進(jìn)人體健康方面具有重要的作用。
2)重塑腸道菌群。茶多酚可以重塑因高脂飲食等導(dǎo)致的腸道菌群紊亂,從而降低肥胖、癌癥、糖尿病和炎癥等疾病的發(fā)生。研究表明,茶多酚處理可顯著降低因高脂飲食升高的α多樣性指數(shù),說(shuō)明茶多酚可以重塑腸道菌群的結(jié)構(gòu);經(jīng)體外試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證,茶多酚添加可顯著降低厚壁菌門(mén)和擬桿菌門(mén)的比例,促進(jìn)擬桿菌屬和梭桿菌屬(Fusobacterium),抑制腸道炎癥致病菌Lachnoclostridium和巨單胞菌屬(Megamonas)的生長(zhǎng)[36]。對(duì)小鼠各腸段菌群檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行α和β 多樣性分析發(fā)現(xiàn),茶多酚還可顯著緩解因抗生素處理導(dǎo)致的腸道菌群豐度和多樣性下降,顯著提高乳桿菌屬、嗜黏蛋白阿克曼菌、布勞特菌屬(Blautia)、羅斯菌屬(Roseburia)等有益菌的相對(duì)豐度,其中擬桿菌屬相對(duì)豐度增加18.6%[37-38]。有益菌豐度增加可抑制有害菌的生長(zhǎng),構(gòu)建健康的腸道菌群組成,形成良性循環(huán),對(duì)促進(jìn)宿主健康具有重要的作用。
氧化后的茶多酚對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)能力不變,但菌群種類和調(diào)節(jié)程度發(fā)生了改變。研究表明茶多酚及其氧化產(chǎn)物都具有調(diào)控狄氏副擬桿菌(Parabacteroides distasonis)、雙歧桿菌屬、普雷沃菌屬(Prevotella)和嗜黏蛋白阿克曼菌等腸道菌群的能力[39],但僅茶多酚可以富集與降血糖相關(guān)的腸道微生物,而茶黃素不能富集這類菌群[40]。在調(diào)節(jié)程度上,氧化程度越深調(diào)節(jié)效果可能越明顯,如熟普洱比生普洱在調(diào)節(jié)擬桿菌屬、瘤胃球菌屬(Ruminococcus)、嗜黏蛋白阿克曼菌等菌群上具有更好的效果[41]。
3)茶多酚對(duì)腸道菌群調(diào)節(jié)的局限性。茶多酚對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)作用存在著一定的局限性。茶多酚在調(diào)節(jié)腸道菌群中顯示出了明顯的個(gè)體差異,EGCG和白藜蘆醇組合可顯著降低肥胖男性的擬桿菌門(mén)和普氏棲糞桿菌的相對(duì)豐度,但對(duì)女性沒(méi)有影響[42]。10 名平常不喝茶的健康志愿者連續(xù)10 d 每天飲用約1 000 m?的綠茶,僅8 名受試者的雙歧桿菌比例增加,其中1名受試者的擬桿菌比例增加了6倍[43]。對(duì)于同一菌群而言,不同的茶多酚組分可能導(dǎo)致完全相反的結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn),0.8%EGCG 處理增加了與直腸癌相關(guān)的消化鏈球菌科(Peptostreptococcaceae)細(xì)菌的豐度[44],這與綠茶多酚處理的結(jié)果截然相反[45]。因此,在今后的研究中應(yīng)注重個(gè)體差異的問(wèn)題,同時(shí)還要明確不同結(jié)構(gòu)的茶多酚對(duì)腸道菌群的影響以及具體的調(diào)節(jié)程度和范圍。
血脂中的主要成分為甘油三酯(triglycerides,TG)和膽固醇(total cholesterol,TC)。TG在肝臟中積累會(huì)引起簡(jiǎn)單脂肪變性,誘導(dǎo)非酒精性脂肪肝病,最終可能發(fā)展為肝硬化和肝癌。微生物在非酒精性肝病的發(fā)生、發(fā)展中扮演著重要角色,而茶多酚的攝入可增加乳酸菌的多樣性,抑制有害菌,如腐生葡萄球菌的生長(zhǎng),呈劑量依賴的方式減小肝臟脂肪變性[46]。綠茶多酚也可通過(guò)上調(diào)AMPK基因的表達(dá),增加AMPK乙酰輔酶A羧化酶和SREBP-1c的磷酸化水平,使肝臟中TG含量從13.65 μmol/g降至9.05 μmol/g[47]。
茶多酚及其氧化產(chǎn)物還具有良好的調(diào)節(jié)膽固醇代謝物膽汁酸(bile acid,BAs)的作用,且這種效果是由腸道微生物介導(dǎo)的。茶褐素對(duì)膽固醇代謝的影響研究發(fā)現(xiàn),225 mg/(kg·d)茶褐素處理可以抑制小鼠和人體內(nèi)與膽鹽酸水解酶活性相關(guān)的微生物生長(zhǎng),增加回腸中結(jié)合態(tài)BAs 的水平,抑制腸道FXRFGF15 信號(hào)通路,使BAs 的肝臟產(chǎn)生和糞便排泄量增加,從而降低肝臟TC含量[48]。茶多酚除促進(jìn)BAs生成外,還可降低BAs 的再吸收,0.32%EGCG 可提高膽固醇7α-羧化酶(提高5.6 倍)、HMG-CoA 還原酶、低密度脂蛋白受體mRNA表達(dá)水平,降低BAs的再吸收,糞便總BAs 排泄量增加1.5 倍,使腸道BAs水平降低[49]??梢?jiàn)茶多酚通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)菌群種類和豐度降低體內(nèi)TG 和TC 的水平以達(dá)到降血脂的目的,從而預(yù)防高脂血癥、肝硬化等疾病的發(fā)生。
腸道微生物與脂肪代謝密切相關(guān)。已有研究[50]表明,厚壁菌門(mén)與體質(zhì)量增加有關(guān),而擬桿菌門(mén)則相反;副干酪乳桿菌(Lactobacillus paracaseiCNCM I-4270)、鼠李糖乳桿菌(L.rhamnosusI-3690)等乳酸菌和雙歧桿菌屬特定菌種的攝入可以不同程度地降低脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的表達(dá),如AMPK、PPARα、SREBP-1c、SREBP-2和CPT-1等,這些基因的表達(dá)量關(guān)系著脂質(zhì)的吸收、脂肪的生成和氧化。
茶多酚可以通過(guò)改變特定菌群的組成和相關(guān)基因的表達(dá),抑制脂肪的生成,促進(jìn)脂肪氧化,調(diào)節(jié)宿主能量代謝,達(dá)到減少脂肪堆積的目的,進(jìn)而改善肥胖及其并發(fā)癥。紅茶多酚處理可以誘導(dǎo)盲腸厚壁菌門(mén)減少和擬桿菌門(mén)增加,同時(shí)在屬水平上降低與體質(zhì)量呈正相關(guān)的雙歧桿菌屬、布勞特菌屬、布蘭特菌屬(Bryantella)等菌群的比例,提高AMPK 磷酸化水平,調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的表達(dá)[51],刺激脂肪的氧化和分解,抑制脂肪細(xì)胞中的脂肪堆積[52]。通過(guò)調(diào)節(jié)宿主能量轉(zhuǎn)換也可減少脂肪積累,經(jīng)16S rRNA 基因測(cè)序、靶向代謝組學(xué)分析和KEGG 推斷分析,可以得出茶多酚通過(guò)增加瘤胃球菌科、毛螺菌科和擬桿菌科等有益微生物,促進(jìn)腸道微生物的線粒體TCA循環(huán)和尿素循環(huán)來(lái)增加能量轉(zhuǎn)換[53],從而加快脂肪的消耗,減少脂肪積累量。
1)破壞腸道屏障的因素。腸道菌群的改變是破壞腸道屏障的誘因。慢性腸炎患者的厚壁菌門(mén)豐度大幅下降,變形菌門(mén)和放線菌門(mén)的比例上升,產(chǎn)氣莢膜菌、脫硫弧菌等有害菌數(shù)量增加,直接破壞了腸上皮緊密連接蛋白,導(dǎo)致腸道屏障被破壞,免疫系統(tǒng)紊亂,促炎因子如白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,I?-6)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,I?-1β)等大量產(chǎn)生,引起炎癥反應(yīng)[54]。腸道微生物還可以產(chǎn)生和響應(yīng)氧化還原信號(hào)(主要為ROS),而氧化還原信號(hào)是宿主免疫和腸道微生物串?dāng)_的關(guān)鍵調(diào)控因子,過(guò)量的ROS 會(huì)破壞腸道黏膜屏障的完整性[55]。
2)維持腸道屏障完整的途徑。茶多酚作為一種很好的調(diào)節(jié)劑,可以通過(guò)增加有益菌的數(shù)量、降低致病菌的豐度來(lái)調(diào)節(jié)腸道菌群的組成,進(jìn)而維持腸道屏障完整性。已有研究表明綠茶多酚的攝入可以降低擬桿菌門(mén)和梭桿菌屬的豐度,增加厚壁菌門(mén)的豐度,降低炎性因子I?-6、TNF-α 和I?-1β 的表達(dá),抑制炎癥信號(hào)通路toll 樣受體4(toll-like receptor 4,T?R4)的誘導(dǎo)水平,使腸細(xì)胞壁得到修復(fù)[56]。其中厚壁菌門(mén)的普氏棲糞桿菌可以產(chǎn)生抗炎代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸(SCFAs),是治療炎癥的關(guān)鍵菌之一。口服EGCG 也可以通過(guò)豐富SCFAs 產(chǎn)生菌達(dá)到同樣的效果[57]。腸道緊密連接蛋白(tight junction protein)是腸道機(jī)械屏障的主要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),用2%的綠茶多酚處理C57B?/6J 雄性小鼠,可以提高小鼠腸道緊密連接蛋白(claudin-1、occludin 和ZO-1)mRNA 的表達(dá)水平,進(jìn)而維持正常的細(xì)胞旁路通透性,防止有毒物質(zhì)入侵機(jī)體,達(dá)到預(yù)防炎癥的目的[58]。
降低腸道氧化應(yīng)激狀態(tài)也是維持腸道屏障完整的有效途徑。毛螺菌科、擬桿菌屬、另枝菌屬(Alistipes)和糞桿菌屬(Faecalibaculum)等菌群是腸道氧化還原狀態(tài)的生物標(biāo)志物,與ROS的產(chǎn)生有關(guān),對(duì)盲腸細(xì)菌進(jìn)行16S rRNA 基因測(cè)序并采用?EfSe 和CCA分析茶多酚、腸道微生物和腸道氧化應(yīng)激狀態(tài)的關(guān)系,得出茶多酚的攝入可以調(diào)節(jié)相關(guān)菌群的組成,進(jìn)而降低腸道氧化應(yīng)激狀態(tài)[59]。免疫系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定意味著腸道氧化應(yīng)激狀態(tài)得到減輕,炎癥產(chǎn)生通路被阻斷。?iu 等[60]研究結(jié)果表明,EGCG 可通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群譜和回腸免疫球蛋白的產(chǎn)生來(lái)改善代謝紊亂,而回腸中表達(dá)的基因,尤其是Ighvs、C2、Iftm1、pigR和Anpep,可能在協(xié)調(diào)小鼠腸道微生物和宿主相互作用的免疫中發(fā)揮重要作用。因此,茶多酚對(duì)機(jī)體的直接作用以及通過(guò)腸道微生物的間接作用共同維持了腸道屏障完整,進(jìn)而預(yù)防炎癥的產(chǎn)生。
腸道微生物通過(guò)合成和分泌神經(jīng)遞質(zhì)(如5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT))、代謝色氨酸、產(chǎn)生SCFAs,來(lái)調(diào)節(jié)中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng),誘發(fā)大腦功能改變,從而影響腸道分泌等功能,形成腸-腦軸雙向作用。人體的某些代謝性疾病是由于晝夜節(jié)律紊亂引起的,而腸道菌群和下丘腦均存在晝夜節(jié)律振蕩,從腸-腦軸角度利用茶多酚調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律相關(guān)疾病成為未來(lái)研究的新方向[61]。
微生物-腸-腦軸功能障礙是抑郁癥等精神障礙疾病的主要病理基礎(chǔ)。Pearson相關(guān)分析結(jié)果揭示精神分裂癥的嚴(yán)重程度與琥珀酸弧菌屬(Succinivibrio)的豐度呈正相關(guān),與棒狀桿菌屬(Corynebacterium)的呈負(fù)相關(guān)[62]。EGCG 通過(guò)調(diào)節(jié)NF-κB 和STAT3 信號(hào)通路減輕下丘腦炎癥和小膠質(zhì)細(xì)胞的過(guò)度激活,進(jìn)而改善能量代謝紊亂和中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙[63]。40 mg/(kg·d)的茶多酚給藥后可以顯著提高小鼠因抑郁癥而降低的5-羥色胺(5-HT)和去甲腎上腺素的含量,同時(shí)小鼠強(qiáng)迫游泳靜置時(shí)間從88 s 縮短至48 s,懸尾靜置時(shí)間從107 s 縮短至62 s[64],表明茶多酚對(duì)抑郁癥具有一定的緩解作用。
茶多酚與腸道微生物的相互作用還可以產(chǎn)生多種有益的影響。對(duì)糖尿病前期患者糞便細(xì)菌進(jìn)行16S rRNA 基因測(cè)序和Pearson 相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),飲用普洱茶粉可以改變與G?P-1、G?P-2、SCFAs相關(guān)的15 個(gè)菌屬豐度,增加糖尿病前期患者的胰島素敏感性,進(jìn)而治療糖尿?。?5]。2%氧化型茶多酚增加了老年大鼠腸道微生物代謝相關(guān)基因的表達(dá),促使機(jī)體新陳代謝加快;同時(shí)還顯著降低ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)ATP 結(jié)合蛋白和染色質(zhì)分割蛋白的含量,其中ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體是動(dòng)脈粥樣硬化、惡性腫瘤等疾病防治的重要靶點(diǎn)[66],這提示茶多酚與腸道微生物作用對(duì)維持衰老個(gè)體的健康狀況也有益處。茶多酚與腸道微生物相互作用是否還產(chǎn)生其他有益影響,有待后續(xù)深入研究。
盡管茶多酚對(duì)健康有諸多好處,但高劑量攝入可能會(huì)對(duì)機(jī)體造成毒害。已有報(bào)道表明大鼠口服2 000 mg/kg 的EGCG 制劑會(huì)致死,但口服劑量為200 mg/kg 的EGCG 對(duì)大鼠無(wú)毒性[67]。此外,高劑量的茶多酚也可能對(duì)機(jī)體的發(fā)育和繁殖產(chǎn)生不利影響,10 mg/m?的綠茶多酚會(huì)損害腹黑果蠅的發(fā)育和繁殖,雌性后代的數(shù)量減少、生殖器官萎縮,但雄性沒(méi)有受到影響[68]。由于多酚在人體和果蠅體內(nèi)的代謝機(jī)制和生物利用度存在較大差異,因此很難就其對(duì)人體的影響得出直接結(jié)論。臨床試驗(yàn)利用1 200 mg/d EGCG 對(duì)30 名代謝綜合征患者進(jìn)行為期36 個(gè)月的治療,只有1 名患者因轉(zhuǎn)氨酶升高而停止治療[69],這說(shuō)明1 200 mg/d 的EGCG 劑量對(duì)人體總體上是安全的,并不會(huì)對(duì)肝臟造成毒害。
綜上,茶多酚與腸道微生物的相互作用機(jī)制如圖2所示。
茶多酚的攝入會(huì)影響腸道微生物的多樣性,反之腸道微生物可以降解茶多酚并產(chǎn)生多種活性代謝產(chǎn)物,這種雙向作用在維持腸道屏障、降低氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、增強(qiáng)免疫能力等方面具有重要作用,還可以有效預(yù)防和緩解肥胖及其并發(fā)癥、炎癥和抑郁癥等疾病,改善宿主健康狀況。
鑒于目前對(duì)茶多酚與腸道微生物的研究大多在體外和動(dòng)物模型中進(jìn)行,未運(yùn)用在臨床上,今后的研究可以從以下三方面進(jìn)行:一是明確茶多酚與腸道微生物的因果關(guān)系,明確哪些是茶多酚的直接效應(yīng),哪些是腸道微生物的介導(dǎo)效應(yīng);二是明確茶多酚及其氧化產(chǎn)物的有效調(diào)節(jié)劑量范圍及對(duì)具體菌群的調(diào)節(jié)程度,重視個(gè)體差異帶來(lái)的影響,制定針對(duì)個(gè)體的有效給藥方案;三是明確產(chǎn)生活性代謝產(chǎn)物的菌株以及具體產(chǎn)生途徑,以便更好地預(yù)防和治療疾病。