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神奇的类黄酮—与肠道菌群互作改善健康

发布时间:2021年10月13日 浏览次数:279

类黄酮(Flavonoids) 即黄酮类化合物,是一类植物色素的总称,指基本母核为2-苯基色原酮类化合物,现在则泛指两个具有酚羟基的苯环通过中央三碳原子相互连接的一系列化合物。类黄酮是植物重要的一类次生代谢产物,是一大类植物源性多酚化合物,它以结合态(黄酮苷)或自由态(黄酮苷元)形式存在于水果、蔬菜、豆类、茶叶和巧克力等许多食源性植物中。黄酮类化合物根据其化学结构(黄酮醇、黄酮、黄烷酮、黄烷-3-醇、花青素和类黄酮聚合物)分为6个主要亚类,其生物利用度和生物活性不同。

虽然类黄酮不被认为是维生素,但是在生物体内的反应里,被认为有营养功能,曾被称为"维生素P":例如像是抗氧化等或是具有一些抗发炎反应功效,也被认为有抵抗或是减缓肿瘤的形成,也具有保护心脏的功效。摄入后,大部分类黄酮与肠道微生物组(菌群)相互作用,改变结构,并分解成具有更高生物活性的代谢物,具有显著的促进健康的作用,包括抗菌、抗病毒、增强免疫,以及心血管保护等功能。

类黄酮有助于降低血压

众所周知,心血管疾病是全球发病率和死亡率排名第一的疾病。除了肥胖或超重、不良饮食和生活习惯外,高血压也是心血管疾病的重要风险因素。高血压在我国的发病也呈逐年增长的趋势,并且越来越年轻化。但生活习惯和饮食习惯的改变的确可以逆转高血压的。血压降了,心血管疾病和死亡风险也就会随之降低了。

近期发表在美国心脏协会旗下《Hypertension》上的一项研究中,来自北爱尔兰贝尔法斯特女王大学的研究团队首次发现,肠道微生物组在代谢类黄酮并增强其心脏保护作用方面发挥着关键作用。已有越来越多的证据表明,肠道菌群的组成可以部分解释膳食类黄酮与心脏代谢健康之间的关系。该团队此前的研究已经表明,习惯性摄入富含花青素的食物和腹部脂肪之间的联系中有高达18.5%可以由肠道菌群的α多样性和特定细菌的相对丰度来解释。在一项随机对照试验中,食用高黄烷-3-醇饮料4周后,显著增加了健康志愿者的乳酸杆菌丰度,与干预过程中观察到的血浆C反应蛋白浓度的下降直接相关。

在这项研究中,研究人员首次直接调查了“肠道菌群-类黄酮-血压”之间的关系。该研究涉及904名年龄在25岁到82岁之间的参与者,他们来自德国北部的一个社区研究样本。研究人员在定期随访检查中评估了参与者的食物摄入量、肠道菌群、血压水平以及其他临床和分子表型。参与者在过去一年中摄入的膳食类黄酮是根据一份自我报告的食物调查问卷计算的,该问卷详细记录了112种食物的食用频率和数量。摄入值根据美国农业部关于食品中黄酮类化合物含量数据分配。研究人员通过从粪便样本中提取的粪便细菌DNA评估参与者的肠道菌群。在禁食一夜后,参与者的血压水平在最初的五分钟休息期后以三分钟的间隔测量了三次。研究人员还收集了他们的生活方式信息,包括性别、年龄、吸烟状况、药物使用和锻炼情况,以及冠心病家族史、每天摄入的热量和纤维量,并测量每位参与者的身高和体重以计算BMI(身体质量指数)。

分析结果表明,富含类黄酮的食物(包括浆果、苹果和梨),与收缩压之间的关联有15.2%可以由肠道菌群来解释。具体而言,较高的浆果(草莓、蓝莓、葡萄、猕猴桃等)摄入量,即每天约1.6份(1份等于80克)与收缩压平均降低4.1毫米汞柱有关,这一关联的11.6%可由较高的肠道菌群α和β多样性以及副拟杆菌属的相对丰度来解释。此外,研究人员观察到类黄酮亚类或富含类黄酮食物的摄入量与舒张压之间没有关联,这与此前的同类研究结果一致。(原论文链接:https://doi.org/10.1161

类黄酮不仅对人体有益,对很多动物也大有好处,比如:我们的国宝大熊猫。

类黄酮是大熊猫重要的天然益生元

植物次生代谢产物(Plant secondary metabolites,PSMs)在植食性哺乳动物的觅食生态中发挥着重要的作用。类黄酮是一类重要的PSMs。大熊猫属于食肉目动物,具有食肉目动物的消化生理特征,但其食性特化为专性食竹。竹中具有丰富的类黄酮。因此,大熊猫-竹子为研究食源性类黄酮在植物与植食性动物之间的生态学功能提供了理想模型。

2021年9月22日,中国动物学会副理事长、兽类学分会理事长魏辅文院士团队联合成都大熊猫繁育研究基地在Microbiome杂志发表了题为“Multi-omics reveals the positive leverage of plant secondary metabolites on the gut microbiota in a non-model mammal”的研究论文。该研究采用代谢组学、宏基因组学和体外培养等方法,在完整的年周期内同步采集野外大熊猫的可获得样本(食物和粪便);同时采集成都大熊猫繁育研究基地中圈养大熊猫的食物、粪便和血浆,系统研究了大熊猫对类黄酮的吸收代谢、利用偏好和生物转化,以及类黄酮对大熊猫肠道微生物组成和功能的影响。结果归纳如下:

1.大熊猫对黄酮类化合物的利用规律

通过代谢组学方法,在竹子中共鉴定了97个黄酮类单体化合物;与竹笋相比,竹叶中含有更多种类和更高丰度的黄酮类化合物,因此随着食笋和食叶的季节性转化,黄酮类物质的摄入也存在显著的季节性差异。通过血浆靶向代谢组学检测,发现直接以原型化合物的形式进入血液的化合物仅有12种。通过对食物与粪便代谢组的比较分析发现,大熊猫对食物源黄酮类化合物的利用在亚类和单体水平上均有不同的偏好性,对食物源中的38种单体具有较高的利用率,且粪便中有新的黄酮类单体化合物生成。

2.类黄酮与大熊猫肠道微生物的互作模式

粪便代谢组和宏基因组关联分析显示,PSMs-类黄酮与肠道微生物的季节性具有显著的相关性。体外培养实验证明,类黄酮的季节性的差异摄入驱动了大熊猫肠道微生物的季节性变化,如野外大熊猫肠道微生物关键物种的变化,特别是对有益菌的生长促进作用,如益生菌丁酸梭菌。食物中黄酮类摄入越高,大熊猫肠道微生物毒力因子的丰度越低。宏基因组功能分析揭示了70%类黄酮的吸收转化由肠道微生物参与完成,且肠道微生物也促进了大熊猫对黄酮类物质的转化和利用偏好。

以上结果证明:在长期演化过程中,大熊猫季节性食物转化行为是大熊猫对竹中有益元素最大化利用的适应。其中,类黄酮对维持大熊猫肠道微生态的动态平衡发挥着至关重要的作用。该研究结果拓展了我们对大熊猫营养生态学的认识:有益的PSMs可以通过调控肠道微生物,正反馈调节宿主生理,从而影响大熊猫的觅食策略。此外,该研究也为圈养大熊猫管理提供了重要参考,即食物源类黄酮是大熊猫重要的天然益生元,对大熊猫的临床健康管理,特别是肠道疾病的治疗具有广阔的应用前景。(文章链接:https://doi.org/10.1186

 

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