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茶與健康,茶及其功能成分對腸道菌群調節作用的研究進展
發佈日期::2022/5/10、瀏覽次數:19


茶的抗炎解毒作用早在《神農本草經》就有記載。隨著科學技術的發展,茶的保健作用越來越受到人們的重視。茶富含茶多酚、茶多醣、茶氨酸、咖啡鹼等多種功能成分,具有預防肥胖、糖尿病、慢性炎症和其他疾病的潛力。

腸道菌群被認為是一個重要的“新陳代謝器官”和“內分泌器官”,由腸道內約100萬億個微生物組成,腸道菌群與肥胖、糖尿病、高血壓等疾病的發生密切相關。

近年來,越來越多的研究發現茶葉獨特的保健作用可以歸因於茶及功能成分和腸道菌群之間的相互作用。大量文獻證實了生物利用度低的茶多酚能夠被大腸中的微生物吸收利用,從而產生健康益處。但茶與腸道菌群之間的相互作用機製尚不清楚,究竟是微生物參與下茶功能成分的代謝產物的直接作用,還是茶葉刺激腸道特定有益微生物生長進而產生有益代謝物的間接作用。

因此,文章歸納總結了近些年國內外關於茶及其功能成分與腸道菌群之間的互作關係,梳理了“茶及其功能成分—腸道菌群—腸道代謝產物—宿主健康”的調節作用機製,以期為茶及其功能成分的健康功能研究提供新思路。

腸道菌群與人體穩態的關係

在人體腸道中生存著多種微生物,這些微生物在溫暖、營養豐富的腸道環境中生長、繁殖,能隨著宿主一起進化,是人體不可分割的一部分。人體所攜帶的微生物群能隨著人體的發育而平行發展,並在成年直至死亡保持其時間穩定性和多樣性。

腸道菌群能通過其豐富的代謝物,如短鏈脂肪酸(Short-chain fatty acids,SCFAs),在人體的免疫、代謝和神經系統等方面產生重要的影響。在健康成年人腸道中,擬桿菌門(Bacteroidetes)和厚壁菌門(Firmicutes)為優勢菌群,佔腸道菌群總數的90%以上,其次是放線菌門(Actinobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)、疣微菌門(Verrucomicrobia)等。

腸道中各種微生物按一定的比例組合,互相製約,互相依存,進而維持腸道穩態相對平衡。而精神壓力、飲食習慣、抗生素、腸道pH值異常等因素都會破壞腸道穩態平衡,使腸道菌群失調,在一定程度上造成機體代謝紊亂、炎症反應,甚至引起其它相關疾病,如胃腸道疾病、腦疾病等。

其中飲食是影響腸道菌群最主要的因素,健康飲食(如高膳食纖維、益生元等)會促進有益菌富集,如產SCFAs的乳桿菌屬(Lactobacillus)和雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)數量的增加,從而增強胰島素敏感性,促進宿主健康。非健康飲食(如高糖、高熱量飲食等)會改變腸道菌群組成,增加革蘭氏陰性細菌的比例,而過多的革蘭氏陰性細菌會刺激脂多醣(Lipopolysaccharide,LPS)的產生,增加腸道通透性,導致肥胖、炎症乃至內毒素血症。

因此,飲食對於維持和塑造宿主的腸道菌群穩態意義重大,直接關係到宿主健康。

茶及其功能成分對腸道菌群的調節作用

到目前為止,茶中已知化合物有700多種,其中包括茶多酚、茶多醣、茶氨酸、咖啡鹼等。研究表明茶及其功能成分對人體腸道菌群多樣性起到重要作用,包括促進阿克曼氏菌屬(Akkermansia)、雙歧桿菌屬(Bifidobacteria)、羅斯氏菌屬(Roseburia)等益生菌的生長,抑製腸桿菌科(Enterobacteriaceae)、螺桿菌屬(Helicobacter)等有害菌生長。

1、茶對腸道菌群的調節作用

在葡聚醣硫酸鈉誘導的結腸炎模型中,六大茶類被證明均具有益生元作用,能明顯增加結腸炎小鼠腸道菌群多樣性,減少潛在有害細菌的豐度和增加潛在有益細菌的豐度。

HUANG等發現普洱茶乾預處理能夠明顯緩解葡聚醣硫酸鈉誘導的腸道炎症;與此同時,普洱茶乾預處理能夠降低潛在有害細菌螺桿菌屬、藍綠藻菌屬(Lachnoclostridium)、腸桿菌科相對豐度的降低和促進有益細菌阿克曼氏菌屬、乳桿菌屬、Muribaculum和Ruminococcaceae UCG-014相對豐度的增加。而糞菌移植實驗進一步證明普洱茶能夠通過逆轉腸道菌群的失調狀態進而改善由葡聚醣硫酸鈉誘導的結腸炎,這種改善作用可能歸功於小鼠盲腸中SCFAs含量上升和結腸過氧化物酶體增殖物激活受體γ表達的增加。這些研究表明茶葉具有益生元活性,並且茶葉的健康功能至少一部分歸功於它對腸道菌群的調節作用。

2、茶多酚對腸道菌群的調節作用

ZHOU等發現茯磚茶多酚干預能明顯減輕由高脂飲食誘導的大鼠腸道菌群區系失調,大鼠腸道菌群多樣性增加,厚壁菌門/擬桿菌門比值降低,某些核心微生物的相對豐度明顯上升,包括粘液阿克曼氏菌種(Akkermansia muciniphila)、擬普雷沃菌屬(Alloprevotella)、擬桿菌屬(Bacteroides)和糞桿菌屬(Faecalibaculum),並通過糞菌移植實驗進一步證明,茯磚茶多酚的減肥作用與腸道菌群有直接關聯。WU等證明在葡聚醣硫酸鈉誘導腸炎模型中,表沒食子兒茶素沒食子酸酯(Epigallocatechin gallate,EGCG)對結腸炎的緩解作用是通過調節腸道菌群實現的,EGCG能有傚提高產SCFAs的微生物的相對豐度,如阿克曼氏菌屬、乳桿菌屬。茶多酚的益生元作用能緩解由不利因素所引起的腸道菌群失調,雖然不同來源的茶多酚調節的具體細菌分類群可能不同,但毫無疑問茶多酚的健康功能與腸道菌群有著密不可分的聯繫。

3、茶多醣對腸道菌群的調節作用

茶多醣能使腸道菌群多樣性增加,在糖尿病模型鼠腸道中發現,茶多醣能使產SCFAs微生物的相對豐度提高,如毛螺菌屬(Lachnospira)、食物穀菌屬(Victivallis)和羅斯氏菌屬,進而改善醣脂代謝。同時,在葡聚醣硫酸鈉誘導的腸炎模型中,茶多醣被發現能促進擬桿菌屬的生長,擬桿菌屬能夠減少糞便和血漿中的LPS水平,進而增強腸道上皮屏障功能,抑製腸道和全身炎症。因此,茶多醣能促進產SCFAs等的潛在有益微生物的生長和抑製產LPS微生物的生長進而改善腸道菌群的結構與組成,維持人體腸道菌群穩態。

4、茶葉中其它功能成分對腸道菌群的調節作用

茶皂素又名茶皂甙,是由茶樹種子中提取出來的一類結構複雜的糖苷類化合物,分子量較大,極性強,易溶於水。李玉等用茶皂素飼餵斷奶羔羊,腸道菌群分析結果表明,與機體免疫力和消化能力增強有關的有益菌的相對豐度明顯增加,而與機體感染正相關的有害菌相對豐度明顯減少。因此,茶皂素對羔羊的腸道菌群有良好的正向影響,茶皂素干預能夠增加腸道菌群多樣性,改善腸道內穩態,增強機體的免疫力和消化能力。

此外,茶葉中的主要功能成分還包括茶氨酸和咖啡鹼等,但由於茶氨酸、咖啡鹼等功能成分具有極高的生物利用度,在到達大腸前已基本完成吸收,而腸道菌群主要分佈在大腸。因此,目前關於它們與腸道菌群的互作關係尚不清楚。

茶及其功能成分調節腸道菌群

影響宿主健康的可能機製

LIPINSKI等認為生物可利用性低的化合物一般具有以下特徵:(1)化合物分子量>500,LogP>5;(2)化合物中的-OH或-NH數量≥5;(3)化合物中可形成氫鍵的N基或O基數≥10。而茶葉中的多種功能成分如茶黃素、茶紅素、茶多醣等大分子化合物由於具有以上全部或部分結構特徵,難以直接被人體吸收。

但有研究表明這些化合物能成為腸道菌群的營養物質,一方面這些未被吸收的物質能在腸道菌群的參與下,降解為SCFAs等小分子功能物質供人體吸收利用,另一方面這些物質還能調節腸道菌群,促進產SCFAs等物質的有益微生物大量生長,抑製產LPS等物質的有害微生物的生長。

KOROPATKIN等發現腸道菌群可以通過初級降解和次級降解將茶葉中的多醣物質代謝成以SCFAs為主的次生代謝物。此外腸道中未被人體直接吸收利用的茶多酚往往能在腸道菌群作用下,逐步轉化為芳香族化合物、酚酸等物質,從而表現出更高的生理活性,供人體吸收利用。

大量研究已經證實茶及其功能成分主要是通過維持腸道微生物多樣性,促進有益菌生長,抑製有害菌等方面調節腸道菌群,進而調節微生物的代謝產物,供人體吸收利用,發揮茶及其功能成分的健康意義。結合文獻分析,茶及其功能成分與腸道菌群影響宿主健康的機製可能主要體現在以下3個方面。

1、茶及其功能成分—腸道菌群—SCFAs—宿主健康的調節機製

腸道菌群的基因遠超人類基因150倍,微生物的遺傳多樣性使其具備了宿主所不具備酶和生化代謝途徑,並能編碼大量人體缺乏的酶,將多醣轉化為單醣和SCFAs。

SCFAs由腸道中的未消化食物的發酵和轉化形成,是腸道遠端微生物的主要代謝物,主要包括乙酸、丙酸、丁酸。SCFAs被認為與醣脂代謝、腸道炎症、腸道屏障、腸道運動及免疫功能等密切相關。在葡聚醣硫酸鈉誘導的腸炎模型中,茶葉能夠增加小鼠腸道中產SCFAs微生物的相對豐度以及提高糞便中乙酸、丙酸和丁酸含量,從而緩解腸道炎症。普洱茶多醣能夠顯著調節腸道菌群,促進產SCFAs的微生物大量生長,增加小鼠糞便中SCFAs的含量。與多醣類似,機體攝入茶多酚也能增加SCFAs濃度和促進產SCFAs微生物的生長。同時WANG等發現攝入茶褐素能夠增加產生SCFAs的腸道菌群的豐度,並促進結腸中SCFAs的形成,特別是丁酸的形成,進而促進白色脂肪米色化以及改善高脂飲食導致的炎症紊亂。

因此,茶及其功能成分可以通過調節腸道菌群,促進產SCFAs的微生物的生長繁殖,進而增加機體內的SCFAs含量,發揮相應的健康功能。

2、茶及其功能成分—腸道菌群—BAs—宿主健康的調節機製

膽汁酸(bile acid,BAs)是另一類對人體健康有積極影響的化合物,由肝細胞合成。肝臟中合成的初級膽汁酸與牛磺酸和甘氨酸結合併分泌到腸道,然後在腸道菌群的作用下發生脫羥基、差向異構化和氧化等一系列反應,最終產生了次級膽汁酸。因此,腸道菌群對於BAs的代謝起到至關重要的作用。

此外,BAs的變化也與醣脂代謝、腸道屏障和炎症水平等密切相關。研究表明,普洱茶及茶褐素能夠通過抑製與膽鹽水解酶(Bile-salt hydrolase,BSH)活性相關的微生物、增加迴腸結合膽汁酸水平,進而發揮降膽固醇和降脂作用。ZHU等通過聯合施用EGCG和咖啡鹼,發現了茶葉降脂減肥的作用可能是因為EGCG和咖啡鹼能夠提高腸道菌群的膽汁鹽水解酶BSH基因表達,促進非共軛膽汁酸的生成,改變膽汁酸池,進而抑製高脂飲食誘導的肥胖。

因此,茶葉及其功能成分可以通過調節與BAs代謝密切相關的微生物的生長繁殖,進而改變機體內的膽汁酸池,從而發揮降脂減肥功能。

3、茶及其功能成分—腸道菌群—其它腸道代謝產物—宿主健康的調節機製

LPS又稱內毒素,是革蘭氏陰性細菌細胞壁最外層組成成分。研究表明,腸道菌群紊亂會引起腸道屏障受損,LPS進入宿主循環,進而導致機體產生一系列炎症反應。左高隆等發現茯磚茶顯著降低非酒精性脂肪肝病大鼠血清LPS水平,同時腸道中革蘭氏陰性細菌數量明顯下降,進一步推測茯磚茶能抑製腸道中產LPS的革蘭氏陰性細菌生長。

此外,茶及其功能成分還可以通過腸道菌群調節多種腸道菌群代謝產物的含量,如飽和脂肪酸、支鏈氨基酸、維生素K2等物質,進而起到調節醣脂代謝、保護骨骼等功能。

結論

茶作為世界上最流行的飲料之一,其健康功能已在細胞、動物乃至人體中得到了廣泛的研究。過去常常認為茶的健康功能主要是殺菌、消炎、抗氧化等。

近年來,腸道菌群研究逐漸受到廣泛的關注,從最初的“宿主—腸道菌群—疾病”到如今“宿主—腸道菌群—腸道代謝產物—疾病”,進一步闡明了疾病與腸道菌群的關係。但是目前茶及其功能成分對腸道菌群的調節作用的研究大多停留在調節腸道菌群紊亂、促進有益菌生長、抑製有害菌生長等層面,而缺乏關於茶及其功能成分調節腸道菌群和宿主健康的具體關係研究。

因此,文章在對近期相關研究進行系統歸納總結的基礎上,形成了“茶及其功能成分—腸道菌群—腸道代謝產物—宿主健康”的主要思路,以期為茶及其功能成分的健康功能研究提供新思路。

由於“茶及其功能成分—腸道菌群—腸道代謝產物—宿主健康”的作用機製尚不清晰,導致茶葉及其功能成分作為益生元的市場發展前景受到限製。近年來,“個體藥物反應”被發現與腸道菌群的差異有明顯關係。與此同時,隨著“精準醫療”“精準營養”和“精準食品”概念的提出,也對闡明“茶及其功能成分—腸道菌群—腸道代謝產物—宿主健康”四者間的關係提出了更高要求。在今後的研究中,科研人員應藉助更先進的科學手段,如通過多組學聯用(如宏基因組、代謝組)的方式,進一步闡明茶及其功能成分與腸道菌群之間的互作關係。利用分離純化腸道菌株和無菌鼠等技術,探究茶及其功能成分的健康功能。儘管目前茶及其功能成分調節腸道菌群影響宿主健康的機製尚不清楚,但毫無疑問的是,茶及其功能成分對腸道菌群的調節作用是其發揮健康功能的重要載體。