白俊英，王晨，李貴節(jié)，孫志高，黃林華*

（1.西南大學 柑桔研究所，重慶 400700；2.國家柑桔工程技術研究中心，重慶 400700；3.西南大學 食品科學學院，重慶 400700）

腸道被稱為人體的“第二大腦”，定植在腸道中的微生物統(tǒng)稱為腸道菌群，主要包括細菌和少量的真菌。有研究表明，腸道中的菌群數(shù)量達到1014～1015，菌群細胞數(shù)量與體細胞數(shù)量的比例大約為4∶3[1]。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，生命過程中的許多生理和病理過程都與腸道菌群的變化和代謝作用有關。因此，大量的研究旨在通過調控腸道菌群進而起到保護機體健康的作用。目前常用的方法主要包括益生菌、膳食、糞菌移植等策略。但這些策略在調控菌群的同時也可能存在一些不足之處。例如，盡管大量的報道證實了益生菌和糞菌移植在調控菌群方面的巨大作用，但是其安全隱患一直限制著兩種策略的推廣。而膳食成分不存在安全性問題，但由于個體之間自身菌群組成存在差異，造成其效果也存在個體差異。因此，一些研究旨在調查食品中的營養(yǎng)因子等物質在調控菌群的同時對機體健康的影響，其中最具有代表性的就是從水果或者蔬菜等植物中提取的植物化學物質。這些物質的使用既可以有效規(guī)避益生菌和糞菌移植可能帶來的安全性隱患，也可以使人們更加容易探究其作用機制，有利于大面積推廣。

我國柑橘資源豐富，是世界上柑橘品種的重要起源中心，柑橘種植面積居世界首位，產量居世界第三位。此外，柑橘種類繁多，包括甜橙、檸檬、葡萄柚、溫州蜜柑、常山胡柚等。柑橘果實全身皆有較大的營養(yǎng)和經濟價值，果皮、果肉、果核和囊衣中均含有較多的天然活性成分。例如，果皮中富含類黃酮和類胡蘿卜素，果肉中富含維生素C和葉酸等。其中一些成分已經被證明了在抗炎、抗氧化、免疫調節(jié)、代謝性疾病、心血管和神經保護等方面的巨大作用。值得注意的是，很多柑橘成分對機體健康的影響都取決于其對腸道菌群的調控作用，如圖1所示。

圖1 柑橘不同成分通過調節(jié)腸道菌群影響機體健康Fig.1 Effect of different components in Citrus fruits on body health by regulating intestinal flora

柑橘中的橘皮素可以增加結腸炎小鼠腸道菌群的多樣性，上調毛螺菌科（Lachnospiraceae）和乳桿菌科（Lactobacillaceae）的相對豐度，增加戊酸和乙酸的含量，進而起到緩解結腸炎的作用[2]。而柑橘果膠寡糖可以富集乳桿菌屬（Lactobacillus）、雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）和擬桿菌屬（Bacteroides）并抑制梭菌屬（Clostridium）的豐度，增加短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）的含量，進而影響機體健康[3]。這些結果表明，柑橘中的活性成分具有顯著的腸道菌群調控作用，且不同成分的調控作用不同，如表1所示。

表1 柑橘成分對腸道菌群的調節(jié)作用Table 1 Regulation of Citrus components on intestinal flora

續(xù)表1 柑橘成分對腸道菌群的調節(jié)作用Continue table 1 Regulation of Citrus components on intestinal flora

考慮到我國豐富的柑橘資源以及不同柑橘成分在調控腸道菌群方面的差異，明確柑橘不同成分對于菌群的調控差異和特異性，對于日后開發(fā)富含柑橘成分的靶向調控菌群策略具有重要的指導意義。因此，本文綜述了我國第一大類水果——柑橘中的主要成分在腸道菌群中的代謝、對腸道菌群的影響，以及柑橘成分被腸道菌群代謝進而影響機體健康的機制，以期為柑橘成分和腸道健康之間的關系提供參考，為柑橘活性成分的開發(fā)提供理論基礎。

1 柑橘膳食纖維與腸道菌群的相互作用關系

1.1 柑橘中的膳食纖維

膳食纖維是指因人體缺乏相應的降解酶，因而難以被小腸直接消化和吸收的膳食碳水化合物。柑橘中的膳食纖維，根據(jù)其水溶性大小可分為可溶性膳食纖維和不可溶性膳食纖維?？扇苄陨攀忱w維主要是果膠，而不可溶性膳食纖維主要包括纖維素和半纖維素[22]。柑橘果膠主要分布在初生細胞壁和胞間層中，是一種復雜的多相多糖，結構上包括線性的聚半乳糖醛酸鏈、鼠李半乳糖醛酸聚糖I（rhamnogalacturonan-I，RG-I）和鼠李半乳糖醛酸聚糖II（rhamnogalacturonan-II，RG-II）[22]。纖維素是由幾千個葡萄糖單元通過β-(1→4)糖苷鍵連接構成的直鏈多糖，是構成柑橘細胞壁的主要成分，而半纖維素是由幾種不同類型的單糖構成的異質多聚體，通常具有分支結構[23]。

1.2 柑橘膳食纖維與腸道菌群之間的關系

柑橘果膠等可溶性膳食纖維通常是高度可發(fā)酵的，而低溶解度的纖維素和半纖維素，由于受到消化酶的限制，可發(fā)酵性較差[22]。采用柑橘果膠進行發(fā)酵后，與空白對照組相比，柑橘果膠發(fā)酵顯著增加了小鼠腸道乳桿菌屬和擬桿菌屬的豐度[24]。在肥胖小鼠中，柑橘果膠可以通過增加擬桿菌門的豐度，進而改善機體葡萄糖糖代謝穩(wěn)態(tài)[7]。非消化性的柑橘膳食纖維直接進入結腸，在腸道菌群的作用下首先降解成單糖，然后經過腸道菌群廣泛發(fā)酵產生SCFAs，主要包括乙酸、丙酸和丁酸[24]。腸道來源的SCFAs有助于維持低pH值，抑制腸道病原菌的生長，進而構建健康的腸道微生態(tài)環(huán)境。此外，膳食纖維發(fā)酵產生的SCFAs在腸道中還發(fā)揮了多種健康益處，比如為宿主結腸細胞和腸道菌群提供能量、維持腸道屏障功能、調節(jié)脂質代謝、調節(jié)免疫系統(tǒng)、減少炎癥和腫瘤發(fā)生、控制血糖水平，以及通過影響肝、腦和脂肪組織來影響宿主的生理和病理等[23，25]。例如，乙酸可以通過調節(jié)GLP-1進而影響代謝綜合征[26]；丙酸和丁酸可以通過調節(jié)GLP-1和PYY的水平，進而降低飲食誘導的肥胖[27-28]。因此，腸道菌群利用柑橘膳食纖維后產生SCFAs可能是其影響機體健康的重要途徑之一。

此外，腸道菌群可以代謝柑橘膳食纖維并釋放關鍵代謝物N-甲基羥色胺。小鼠實驗結果表明，N-甲基羥色胺可以影響宿主生理和代謝變化，包括降低脂肪含量、影響肝臟糖原代謝、縮短腸道轉運時間，并且改變肝臟和結腸中和晝夜節(jié)律有關的基因表達[29]。進一步在人類研究中確定了糞便中N-甲基羥色胺的積累與腸道中的卵形擬桿菌（Bacteroides ovatus），狄氏副擬桿菌（Parabacteroides distasonis），Bacteroides finegoldii和產氣柯林斯菌（Collinsella aerofaciens）等相關，它們能夠對柑橘纖維進行分解代謝，釋放N-甲基羥色胺[29]。值得注意的是，不同菌株對N-甲基羥色胺的產生能力具有顯著的株間差異，如不同卵形擬桿菌從柑橘纖維中釋放N-甲基羥色胺的能力就有所不同，這可能歸因于腸道微生物組中編碼碳水化合物活性酶的基因豐度差異[29]。因此，腸道菌群對柑橘膳食纖維的利用可能歸因于菌株自身具備的豐富代謝基因。

比較基因組學和宏基因組學結果進一步闡明了腸道菌株利用柑橘膳食纖維的作用機制。例如，腸道擬桿菌基因組富含大量的糖苷水解酶基因（約260種），因此這類腸道菌株具有強大的膳食纖維代謝能力，協(xié)助代謝機體自身難以利用的復雜植物多糖。以多形擬桿菌為例，其具有較強的果膠利用能力，能夠利用果膠中的RG-II，并能剪切21個不同糖苷鍵中的20個[30]。果膠的不同結構域可以激活多形擬桿菌中的多糖利用位點 （polysaccharide utilization loci，PUL），PUL編碼不同的糖苷水解酶，多種糖苷水解酶復合體形成一套多糖降解系統(tǒng)，通過協(xié)同作用可以使果膠分子中復雜的RG-I骨架解聚，并且去除粘附于RG-I的果膠結構域[31]。多形擬桿菌對果膠支鏈和主鏈的解構是相互協(xié)調的，可以應對空間障礙[30]。此外，多形擬桿菌中還含有9種可降解果膠中構成鼠李糖-GalA重復單元骨架的酶[31]。除此之外，還發(fā)現(xiàn)有很多腸道細菌產生的酶參與了果膠代謝，比如β-D-葡萄糖苷酶、β-L-阿拉伯糠醛苷酶、β-D-半乳糖醛酸酶、α-阿拉伯糠醛苷酶、2-酮-3-脫氧D-lyxo-七氟沙酸水解酶、內源性果膠苷酶、α-2-O-甲基-L-焦糖酶和果膠甲基酯酶[30]。

2 柑橘類黃酮與腸道菌群之間的互作關系

2.1 柑橘中的類黃酮

類黃酮是柑橘中最重要的功能性成分之一。柑橘提取物、柑橘果皮和柑橘種子都是類黃酮的重要來源。據(jù)報道，柑橘果皮中類黃酮的平均含量（以干重計）為0.700%～2.000%[32]。目前在柑橘中鑒定出來的類黃酮已經超過250多種，其中黃烷酮類和多甲基黃酮類（polymethoxylated flavones，PMFs）是最重要的類黃酮化合物[33]。柑橘中黃烷酮類主要包括橙皮素和柚皮素以及它們的糖苷形式——橙皮苷和柚皮苷，它們的含量占到柑橘果皮干重的0.002%～8.090%[32]。值得注意的是，橙皮苷和柚皮苷在已有的實驗中都被發(fā)現(xiàn)具有顯著的抗炎作用。例如，橙皮苷能夠減少炎癥標志物[34]，并且通過影響NF-κB信號通路[35]，進而起到抑制炎癥的作用。PMFs是一種黃酮類化合物，幾乎只存在于柑橘果實中，含量達到果皮干重的0.008%～1.450%。目前從柑橘屬植物中已鑒定出的PMFs有80多種，其中以川陳皮素和橘皮素含量最為豐富[36]。柑橘中的黃酮類成分對機體健康有重要影響，且這些作用與其對腸道菌群的影響息息相關。

2.2 柑橘類黃酮與腸道菌群之間的關系

腸道菌群在柑橘類黃酮的生物轉化和健康促進功能中發(fā)揮重要作用[37]，那些在小腸中未被吸收或溶解的類黃酮成分會立即進入結腸，與腸道菌群發(fā)生作用。例如，研究橙皮苷對健康動物腸道淋巴組織和腸道菌群組成的影響，發(fā)現(xiàn)口服橙皮苷4周導致大鼠腸道中細菌和免疫球蛋白A（Immunoglobulin A，IgA）包被菌數(shù)量增加，菌群組成發(fā)生變化，乳酸桿菌（Lactobacillus）比例增加[8]。動物和體外研究證明了橙皮苷及其衍生化合物對心血管疾病危險因素的有益抑制作用，特別關注了采用橙皮苷作為干預策略產生的個體差異性，而這可能歸因于個體間橙皮苷生物利用率的差異，這種現(xiàn)象高度依賴于α-鼠李糖苷酶活性和腸道菌群組成[38]。

柑橘類黃酮苷經宿主和腸道菌群分泌的多種酶水解成苷元是類黃酮苷吸收的前提條件。黃烷酮類經口攝入后，只有部分黃烷酮會被小腸刷狀緣酶快速水解，或通過轉運蛋白直接轉運到腸上皮細胞，隨后被細胞質中的β-葡萄糖苷酶水解釋放苷元[39]。值得注意的是，橙皮苷和柚皮苷中超過70%的相應的苷元，會進入到結腸中[40]。此外，大量在小腸中未被水解的柑橘黃酮苷（如柚皮苷和橙皮苷）也會進入到結腸中，在結腸中橙皮苷上附著的有機酸和糖分別被腸道菌群有效地去除[41]。首先腸道菌群分泌的α-鼠李糖苷酶會將鼠李糖部分去除，然后葡萄糖部分再由β-葡萄糖苷酶去除。釋放的苷元隨后被腸道菌群代謝為各種酚類物質[42]，結合的酚類代謝物通常被腸道菌群產生的葡萄糖醛酸酶和硫酸酯酶水解成相應的游離形式[43]，進而被宿主吸收。PMFs可被腸道菌群生物轉化為各種去甲基化代謝物，布勞特氏菌屬（Blautia sp.MRG-PMF1）等特異性細菌參與了PMFs的代謝[44-45]。此外，梭菌屬（Clostridiumspp.），梭狀芽胞桿菌（Clostridiumscindens），普氏梭桿菌屬（Flavonifractor plautii）和鏈狀真桿菌（Eubacteriumdesmolans）也參與了柑橘類黃酮的降解[46]。

腸道微生物代謝柑橘類黃酮衍生的代謝物在促進健康方面發(fā)揮著重要作用。例如，3-（4-羥基苯基）丙酸能顯著降低ox-LDL處理的巨噬細胞的脂質積累和CD36的mRNA表達[47]。腸道菌群對柑橘類黃酮的整體生物轉化往往伴隨生物活性的增強[43]。例如，純化的柑橘多甲氧基黃酮提取物可以顯著抑制代謝綜合征小鼠腸道內帕拉普氏菌屬（Paraprevotella）和鏈球菌屬（Streptococcus）等條件致病菌的豐度，增加卵形擬桿菌（Bacteroides ovatus）的豐度，進而起到緩解代謝綜合征的作用[13]。而體內PMFs的去甲基代謝物總是比母體化合物表現(xiàn)出更強的生物活性[23]。

3 柑橘中的其它成分及與腸道菌群之間的關系

除了膳食纖維和類黃酮外，柑橘中還含有大量的香精油。柑橘精油因具有宜人的氣味和優(yōu)異的功能[48]，被廣泛應用于食品、化妝品和藥品行業(yè)中。檸檬烯是柑橘精油中含量最高的成分，在大多數(shù)柑橘精油中的含量高達60%～95%[49]。一種基于放射性標記的方法闡明了d-檸檬烯在大鼠體內的吸收、分布和排泄。口服800 mg/kg標記的d-檸檬烯后，大腸內幾乎沒有放射性，說明檸檬烯在進入大腸前已經被機體吸收，并不與腸道菌群產生相互作用[50]。

除此之外，柑橘中也含有其它的功能性成分，比如辛弗林、檸檬苦素類化合物和類胡蘿卜素等，它們在柑橘中的含量很低但表現(xiàn)出廣泛的生物活性，攝入體內后對機體健康有重要影響[23]。辛弗林是一種原生物堿，在酸橙和甜橙果皮中的含量（以干重計）分別為0.100%～0.300%和0.001%～0.003%[51]?？诜粮チ趾笤谛∧c中被吸收并進一步轉移到肝臟中代謝，并不進入大腸影響腸道微生物[23]。而檸檬苦素類物質的主要代謝路徑由腸道微生物完成，包括羰基還原、環(huán)氧基團和呋喃基團的水解、氧化和分解[52]。同時，檸檬苦素能夠顯著提高結腸菌群的豐富度，增加了18個屬的相對豐度并且降低了4個屬的相對豐度。值得注意的是，檸檬苦素降低了益生菌乳酸桿菌（Lactobacillus）和雙歧桿菌（Bifidobacterium）的豐度，這可能跟檸檬苦素發(fā)揮的生理功能有關[16]。在柑橘中鑒定出來的類胡蘿卜素約有115種，包括胡蘿卜素和葉黃素，它們是柑橘果實中的重要呈色物質[53]。類胡蘿卜素具有多種健康活性，包括抗氧化活性、癌癥預防作用、調節(jié)骨質代謝和骨質疏松癥、以及降低肝功能障礙和代謝綜合征的風險等[23]。有報道指出，膳食和血漿類胡蘿卜素與孕婦糞便菌群的α多樣性呈正相關[54]，這可能是類胡蘿卜素促進身體健康的一種機制。

4 結論與展望

本文對柑橘主要成分與腸道菌群的關系進行了綜述，揭示出柑橘成分通過影響腸道菌群進而調節(jié)身體機能的潛力，能夠為柑橘成分的開發(fā)提供參考。但是目前大多數(shù)研究仍然集中在柑橘成分對腸道細菌門和屬水平的影響，研究方法和手段較為單一，對于種水平上腸道菌群的變化，柑橘成分與腸道菌群的互作機制等方面提供的信息有限。

食品組學是一種基于基因組學、代謝組學、轉錄組學和微生物組學等多種組學技術的新興技術，可以應用先進的組學技術全方位地研究食品生化和營養(yǎng)問題。在化合物譜分析和生物標志物鑒定方面，以及在基因層面的機制探究中具有顯著的優(yōu)勢。因此，未來的研究可以從基因組的角度探究不同柑橘膳食纖維對腸道菌群種水平的靶向調控作用，可以運用食品組學的方法進一步深入闡釋柑橘中的活性成分對人體健康的作用及具體機制。這不止有助于解析膳食攝入與機體健康的關系，而且有助于開發(fā)新的柑橘功能食品。