膳食多酚改善炎癥性腸病的作用機制研究進展

林鵬程 曹峻菡 解萬翠,2,3,4

(1. 青島科技大學海洋科學與生物工程學院，山東 青島 266042；2. 山東省生物化學工程重點實驗室，山東 青島 266042；3. 山東省宏福慧科技有限公司，山東 臨沂 276000；4. 尚好科技有限公司，山東 青島 266002)

炎癥性腸病(IBD)是以腸道炎癥和上皮損傷為病理特征的慢性復發性疾病，包括克羅恩病(CD)和潰瘍性結腸炎(UC)兩種[1-2]，嚴重影響人體健康。目前IBD的發病機制尚不明確，研究[2]認為發病機制與遺傳、環境、微生物、腸屏障損傷、機體免疫異常以及飲食營養有關。目前臨床所用的類固醇激素類、5-氨基水楊酸類和免疫抑制劑等IBD治療藥物無法根治且毒副作用大，因此通過營養干預緩解腸炎已經成為研究熱點。

膳食多酚是存在于食物中的酚類化合物的總稱，是具有多元酚結構的次生代謝物，廣泛分布在蔬菜、水果、谷物、紅酒等植物性食品中，對炎癥、氧化應激、微生物、腫瘤、糖尿病等具有預防和調控作用[3]。大部分的多酚(占總多酚攝入量的90%～95%)并未被小腸吸收，而是到達大腸，在其中作為發酵底物，由腸道微生物群分解、代謝為生物活性更高的小分子化合物[3-4]，因此，多酚被認為是干預腸道疾病的潛在營養物質[5]。

膳食多酚在IBD的預防和改善方面具有良好的應用前景，但是其機制尚不明確。文章擬在查閱文獻的基礎上，從氧化應激、炎癥信號通路、腸黏膜屏障、腸道菌群及代謝物4個方面，就膳食多酚對IBD的干預作用及機制進行闡述，旨在為利用膳食多酚開發天然營養補充劑提供理論依據。

1 膳食多酚通過調節氧化應激改善IBD

活性氧和活性氮(ROS/RNS)在IBD中起著關鍵作用。腸道組織中過多的ROS、RNS會引起脂質過氧化、DNA損傷和細胞凋亡，還會導致超氧化物歧化酶(SOD)、還原型谷胱甘肽(GSH)和丙二醛(MDA)等酶和非酶抗氧化機制的損害，最終引起結腸損傷[6-7]。激活的炎癥細胞可刺激NADPH氧化酶系統和誘導型一氧化氮合酶(iNOS)分別產生大量的超氧化物和一氧化氮，并釋放出大量的髓過氧化物酶(MPO)，誘導結腸炎癥和病理變化。多項研究[8-15]表明，膳食多酚能夠通過減少結腸脂質過氧化、促進抗氧化物產生、提高抗氧化酶活性、抑制iNOS的表達緩解結腸炎試驗模型中發生的氧化應激。

在由2,4,6-三硝基苯磺酸(TNBS)、葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導的試驗性結腸炎模型中，MPO、MDA活性普遍增加，SOD、GSH活性減弱。Oz等[8]將茶多酚應用于DSS誘導的結腸炎模型小鼠中，發現其可抑制ROS生成；Bruckner等[9]研究發現EGGE可通過減少ROS、MDA和MPO的生成，減輕結腸炎小鼠的腸道損傷；Ogawa等[10]將鞣花酸與鞣花酸微球分別作用于結腸炎大鼠中，發現兩者均可通過抑制MPO、ROS和MDA的產生緩解潰瘍、減少結腸縮短長度、降低體重減輕幅度；Sanchez等[11]認為槲皮素對TNBS誘導的大鼠結腸炎的保護作用是通過抑制MDA、MPO等氧化相關酶酶活，從而抑制結腸組織中iNOS的表達實現的。此外，染料木黃酮[12]、甘草黃酮[13]、柚皮素[14]、小豆蔻素[15]等膳食多酚在試驗性結腸炎中也表現出相似的作用，因此，膳食多酚可以通過調節氧化反應緩解ROS和RNS對腸道的氧化損傷。

2 膳食多酚通過調節炎癥信號通路改善IBD

在正常機體中，促炎因子和抑炎因子處于平衡狀態，但在IBD機體中，促炎因子的過量產生使該平衡遭到破壞，就此引發的炎癥反應會推動組織損傷和病情發展。促炎因子過量產生等異常炎癥反應與炎癥信號通路的持續激活、傳導有關，因此以信號通路為中心調控炎癥因子在IBD中發揮著重要作用。既往研究[16-29]表明，膳食多酚可通過調節TLR/NF-κB、JAK/STAT、MAPK炎癥信號通路改善IBD。

2.1 膳食多酚調節TLR/NF-κB信號通路

NF-κB是一種在腸道炎癥中發揮重要作用的轉錄因子，Toll樣受體(TLRs)是人體抵御外來侵襲的第一道屏障，可通過MyD88依賴途徑激活NF-κB信號通路。正常狀態下，NF-κB蛋白復合物(p65-p50)與其抑制劑IκB結合成以非活性形式存在的二聚體，受到刺激后，IκB蛋白激酶IKK復合物活化，IκB蛋白會發生磷酸化并釋放NF-κB，使其進入細胞核調控基因轉錄，參與大量的炎性因子的表達。多種膳食多酚可以通過抑制NF-κB途徑緩解IBD(圖1)。Rahman等[16]發現兒茶素能夠調控TLR4的表達來阻斷NF-κB的活化以及調控其上游IKK復合物，從而抑制炎癥因子表達；Romier等[17]研究發現鞣花酸在人腸道Caco-2細胞中可通過抑制NF-κB轉錄活性，減少IL-8分泌改善腸炎；Nunes等[18]研究發現富含兒茶素的紅酒提取物可抑制NF-κB的激活和COX-2、iNOS的產生；Dou等[19]發現柚皮苷的攝入抑制了TLR-4的表達，降低了TNF-α等促炎細胞因子的產生，此外，磷酸-NF-κB p65蛋白和磷酸IκBα蛋白濃度也出現顯著降低，表明靶向抑制TLR4/NF-κB信號通路可能是柚皮素抑制試驗性結腸炎中的重要機制；Antonia等[20]在用LPS處理的Caco-2細胞中觀察到白藜蘆醇通過減少TLR-4和誘導型NO合酶的表達，降低IκBα的磷酸化和降解速率來抑制NF-κB的活化。以上研究表明，NF-κB是膳食多酚對IBD發揮保護作用的途徑之一。

圖1 膳食多酚可通過不同信號途徑改善IBD[30]Figure 1 IBD improving by dietany polyphends throughdifferent signaling pathways

2.2 膳食多酚調節JAK/STAT信號通路

Janus激酶/信號轉導子和轉錄激活子(JAK/STAT)是UC發病機制中介導細胞凋亡及炎癥信號轉導的重要通路，是細胞因子將細胞外信號傳遞到細胞核內的重要途徑，其傳遞過程為：細胞因子與其受體結合后引起相關受體分子二聚化，使受體偶聯的JAK以選擇性磷酸化的方式活化STAT，隨后STAT形成二聚體并發生核易位，與特異DNA序列結合，調控基因轉錄與表達。膳食多酚可通過抑制JAK/STAT途徑改善IBD(圖1)。Zhang等[21]發現姜黃素可通過JAK/STAT通路有效抑制TNBS誘導的細胞凋亡和促炎細胞因子的分泌，增強抗炎細胞因子的表達，減輕腸炎癥狀；Nunes等[22]研究發現木犀草素可通過抑制JAK/STAT途徑調節HT-29結腸上皮細胞內炎癥信號級聯反應；Serra等[23]研究發現白藜蘆醇在HT-29結腸細胞中有效降低了磷酸化STAT1的表達，表明JAK-STAT信號通路是白藜蘆醇發揮抗炎活性的關鍵途徑；Andújar等[24]研究發現富含多酚的可可提取物可通過抑制STAT1、STAT3磷酸化緩解UC，Saadatdoust等[25]也得出了類似的結論，發現可可多酚可以通過IL-6/STAT3途徑抑制腸炎相關的癌癥；此外，水飛薊素[26]、甘草黃酮[27]等膳食多酚也可通過JAK/STAT在IBD中發揮作用。

2.3 膳食多酚調節MAPK信號通路

促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路與IBD的免疫調節、炎癥反應密切相關，可被炎癥因子、生長因子、細胞應激等多種刺激激活，通過磷酸化級聯反應激活下游的轉錄因子分泌大量炎癥介質，進而參與炎癥反應。Sanchez-Fidalgo等[28]研究表明膳食中富含多酚的初級特榨橄欖油可通過抑制MAPK通路緩解DSS誘導的慢性腸炎；Dou等[29]研究表明芒果苷可通過降低MAPK和NF-κB的活化水平發揮腸炎保護作用。這些研究均表明，膳食多酚可以通過調節MAPK信號通路改善IBD(圖1)。

以上研究表明多酚類物質可以通過調節多種信號通路抑制促炎細胞因子表達，對試驗性結腸炎起到預防、緩解作用。

3 膳食多酚通過保護腸黏膜屏障改善IBD

腸黏膜屏障是腸道與外界環境接觸的第一道屏障，它是一個復雜的多層系統，包括機械、化學、生物和免疫四大屏障。這些屏障的交互作用使得腸道能夠保持滲透性平衡，這種功能狀態被稱為腸道通透性(IP)。腸黏膜屏障功能受損、腸道通透性增加被認為是IBD發病機制中的關鍵因素。研究[31-44]發現，膳食多酚類化合物在腸黏膜屏障具有重要作用。

3.1 機械屏障

IBD患者腸黏膜機械屏障損傷主要與腸上皮細胞緊密連接(TJ)的結構、功能異常有關。緊密連接主要由閉鎖蛋白(Claudin)、咬合蛋白(Occludin)、帶狀閉合蛋白(ZO)、連接黏附分子(JAM)等緊密連接蛋白所構成。多酚可通過調節緊密連接蛋白的表達，改善腸黏膜屏障功能損傷[31]。研究表明，可可多酚可改善Caco-2單層細胞損傷模型中ZO-1的蛋白分布情況和單層細胞旁轉運能力[32]；從植物黃杞葉中分離得到的多酚類化合物落新婦苷可提高Caco-2單層細胞模型Claudin-1、ZO-2 mRNA表達水平及Occludin、ZO-2的蛋白表達水平[33]；Shigeshiro等[34]用姜黃素、槲皮素、柚皮素和橙皮素飼喂DSS誘導的結腸炎小鼠，發現4種多酚的攝入均恢復了TJ蛋白的表達，其中槲皮素通過恢復Occludin的表達對腸屏障產生保護作用；橙皮素和姜黃素通過恢復JAM-A和Claudin 3的表達抑制了DSS誘導的屏障破壞；柚皮素通過恢復Occludin和JAM-A的表達保護腸屏障。

以上研究證實，植物多酚類化合物可通過調節緊密連接蛋白的表達保護機械屏障。

3.2 化學屏障

由腸黏膜分泌的、附著在腸壁的黏液使豐富多樣的腸腔微生物得以存活，同時保護黏膜上皮和免疫系統免受細菌的接觸和錯誤激活。以黏液缺乏為代表的化學屏障的損傷，是IBD的發生發展中非常關鍵的一環。

Martin等[35]和Rosillo等[36]報道白藜蘆醇和鞣花酸可增加CD大鼠模型結腸黏膜杯狀細胞的黏液分泌；Georgiades等[37]發現天然來源的純多酚和綠茶、紅茶多酚提取物可以作為胃、十二指腸分泌的胃腸黏液的交聯劑，增強黏液層的黏彈性。因此，膳食多酚對腸黏液構成的化學屏障具有保護作用。

3.3 免疫屏障

研究[38-39]指出，促炎細胞因子可通過激活多種細胞內信號通路導致腸黏膜屏障功能的損傷。Chen等[40]在TNBS誘導的UC模型小鼠中發現紫山藥多酚提取物可通過抑制TNF-α等促炎因子的生成，促進Occludin、Claudin-1等TJ蛋白的表達，保護腸黏膜屏障，發揮對腸炎的改善作用。席進等[41]研究發現，綠茶多酚可降低CD模型小鼠腸黏膜JAK/STAT的表達水平和IL-6、TNF-α的生成量，從而緩解腸炎。上述各項研究表明，植物多酚類化合物可通過調節腸道上皮細胞信號通路和炎癥因子的表達保護腸屏障。

3.4 生物屏障

雙歧桿菌、乳酸桿菌等腸道微生物可以通過影響緊密連接蛋白直接影響腸道通透性，也可以通過調節炎癥因子間接影響腸道通透性，膳食多酚則可以調節上述微生物在菌群中的組成。此外，膳食多酚的菌群代謝物也對屏障有保護作用，如短鏈脂肪酸(SCFAs)可誘導腸上皮細胞分泌IL-18、抗菌肽和黏蛋白，加強腸上皮緊密連接，維持腸道黏膜屏障的完整性[42]；SCFAs家族中的丁酸鹽可以抑制巨噬細胞的活化和促炎細胞因子的產生，還可以增加Claudin-1的表達，逆轉ZO-1的異常表達，從而保護腸屏障[43-44]。因此膳食多酚及其腸道菌群代謝物對生物屏障具有保護作用。

4 膳食多酚對腸道菌群及短鏈脂肪酸(SCFAs)的調節作用

IBD患者的腸道菌群失調表現為共生菌與病原菌比例失調、腸道菌群多樣性下降。失調的腸道菌群及其代謝產物通過與宿主相互作用，可引起腸道免疫耐受損傷，致使腸道炎癥發生。膳食多酚通過提高有益菌相對豐度、減少致病菌、增加SCFAs產生菌對腸道菌群及代謝產物SCFAs進行調節；此外，多酚在結腸中作為底物，可被微生物分解為活性更高的代謝產物，發揮更好的保護作用。

腸道微生物群的種類和數量是影響IBD發展的重要因素之一。在IBD腸道菌群失調中，最常觀察到的是厚壁菌門、擬桿菌的減少以及變形桿菌的增加，此外，乳酸桿菌等有益細菌有時也會減少[45]。Neyrinck等[46]研究表明，石榴提取物及其活性代謝物尿石素A，可提高雙歧桿菌、乳酸桿菌等益生菌的豐度，降低大腸桿菌的豐度并抑制其在腸道內的侵襲活動，同時，雙歧桿菌提高了石榴多酚的吸收和生物利用度，改善了慢性炎癥。Larrosa等[47]發現白藜蘆醇處理會使IBD模型鼠腸道中雙歧桿菌和乳酸桿菌增加；Dolara等[48]發現大鼠服用紅酒多酚后，腸道內梭菌屬水平顯著降低，類桿菌、雙歧桿菌和乳酸桿菌的水平顯著升高。因此，多酚可通過調節腸道菌群結構組成改善IBD。

研究[49]發現，IBD患者體內的SCFAs產量和Roseburiahominis、Faecalibacteriumprausnitzii等SCFAs產生菌含量均呈下降現象，推測SCFAs與IBD發病存在某種關聯。其中，丁酸及丁酸制劑能通過抑制促炎因子表達、促進緊密連接蛋白表達緩解潰瘍性結腸炎[43]。紅酒多酚、葡萄籽多酚、奇異果多酚可以提高產SCFA的菌豐度，增加腸道內丁酸鹽產量[50]；Li等[51]研究發現麝香葡萄和脫醇的麝香葡萄酒能夠通過增加Coprococcus的豐度，促進丁酸和乙酸的產生，緩解IBD。

腸道微生物可將多酚分解為多種具有不同結構的代謝物，多酚也會增加腸道菌群的多樣性和微生物代謝產物的水平，多酚對IBD緩解的益處來自前體化合物、微生物代謝產物和腸道微生物組的綜合活性。但目前研究尚不充分，未來需要進一步研究發現未知的多酚微生物代謝物，并將特定的腸道微生物與微生物代謝產物相關聯。

5 展望

膳食多酚因其具有的抗氧化、抗炎等多種生物活性日益成為疾病營養干預及保健食品研發的焦點，將其作為IBD的營養補充劑具有廣闊前景。膳食多酚主要通過調節氧化應激、炎癥通路、保護腸道屏障、調節腸道菌群及代謝物實現對IBD的營養保護作用，但以上各機制之間存在的復雜相互作用仍待闡明。目前，膳食多酚對IBD的改善作用研究多集中于游離態多酚，結合態多酚的生物活性、構效關系亟待開發；同時也應關注多酚單體、多酚混合物和整個食物在同一種模型中的營養差別，對食物中不同活性物質的協同生物活性進行探究。同時，多酚生物活性會因食品加工方式、胃腸的消化吸收、腸道微生物的分解代謝等發生結構變化，因此在多酚代謝、生物利用度方面需進行更多研究。此外，膳食多酚對IBD的改善作用研究多局限于短期動物或細胞試驗，需進行更深入、完善的人類臨床試驗，以獲得膳食多酚在IBD改善中的確切營養途徑。