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黃芪的功能性成分與腸道菌群的相互作用?

黃芪作為傳統中藥材,始載於《神農本草經》,含有多醣、皂苷、黃酮等多種有效成分,具有補氣固表、利尿消腫、脫毒生肌之功效,廣泛應用於臨床醫學中,在中成藥中的應用更是多達上百種。自古以來,人們就意識到藥品和食品有同一來源,兩者沒有明顯的界限,只是存在劑量的差異,藥食同源體現的是中國傳統對藥物和食物起源上聯繫的認識,也是我國食物保健思想的反映。截至2018年,我國國家衛生健康委員會公示的藥食同源目錄中,藥食同源種類已增至110種,黃芪也被列入其中。隨著生物技術的發展,藥物、食物、功能性食品功能的研究被推上了新的領域,已有不少學者從腸道菌群入手,研究各類生物活性物質功能性的實現。
在健康狀態下,腸道菌群通過大腸中不可消化的食物成分發酵向宿主提供營養和能量,保持宿主的代謝和免疫系統平衡;非健康狀態下,腸道菌群可能會作為炎症和感染的來源,參與胃腸道疾病,也會導致糖尿病和肥胖等代謝疾病。與攝入食物中的營養成分類似,中草藥中各種生物活性成分也會與腸道微環境發生相互作用,這種作用主要體現在中藥對腸道菌群的種群結構、代謝以及腸道細胞功能的影響方面,也體現在腸道菌群對中藥在體內的吸收、代謝、轉化等療效方面的影響。研究表明,肥胖、糖尿病、心腦血管疾病等疾病與人類日常飲食類型有關,這種生活方式會引起胃腸道微生態系統的改變,中草藥功能性食品是將中草藥參與到人類的日常飲食的重要途徑之一,對於改善腸道微環境和人體健康有重要意義。在藥食同源中藥黃芪中,黃酮類、多醣類和皂苷類物質作為主要天然活性物質,其功能性的實現與腸道菌群密切相關。
1、黃芪的功能性成分與腸道菌群的相互作用
口服是中藥及功能性食品有效成分的經典攝取方式,可通過湯劑、飲片、顆粒、膠囊、片劑等各種形式攝入。黃芪藥食兩用,除了依據傳統方劑製成中藥湯劑或中成藥製劑,還可與其他藥食同源類中藥配合製成藥膳,經口服進入消化道後與腸道微生物接觸,對腸道菌群結構產生調節作用,促進腸道內益生菌的生長,抑制一些有害菌的繁殖等,使各類菌群達到平衡狀態而保持腸道內的健康環境。此外,腸內不同的菌群含不同的代謝酶,可通過水解、氧化、還原等反應方式對黃芪的多種成分進行代謝轉化,再被人體吸收從而達到治療效果, 因此黃芪功能性成分與腸道菌群是相互作用、密不可分的。

1.1黃酮類
黃芪及其他食物來源中的黃酮類物質經過水解、結合、裂解、氧化等一系列反應進行代謝,約有一半是經腸道吸收,其中水解的主要場所是腸道,裂解過程更是大腸特有。黃酮的代謝離不開腸道,與腸道微環境存在密切關係。黃酮類化合物被腸道微生物分解為小分子物質後,其代謝產物可以抑制腸道有害微生物的生長,促進有益微生物增殖,維持腸道菌群平衡,有利於腸道微環境的健康。研究表明,黃酮化合物與腸道微生物相互作用可以影響體內微生物穩態,進而改善由飲食等原因引起的腸道微生物穩態失調現象。食物中的黃酮類化合物以糖基化、酯類、聚合物等多種形式存在,一部分可以在胃腸道中代謝,生成葡萄醣醛酸結合物、硫酸化物及甲基化物等物質,隨後進入肝臟等其他組織發揮藥理作用; 另外一部分以糖苷鍵存在的黃酮類化合物,直到進入大腸微生物群中才會發生糖苷鍵的斷裂,腸道菌群產生的特異性糖苷酶可以將糖苷水解為糖苷元,進而產生酚酸類等小分子物質,並在大腸菌群細菌酶的催化下大量代謝吸收,方可發揮功效。潰瘍性結腸炎的大鼠,通過攝取黃酮類物質,發現其盲腸內綠彎菌、變形菌、芽單胞菌增加,從而緩解了腸道炎症的症狀。
不同結構的黃酮類化合物對不同結構種類的腸道微生物發揮著不同作用,對各類代謝類、胃腸道免疫系統等疾病有修復作用。毛蕊異黃酮葡萄糖是黃芪中含量較高的黃酮類活性成分,它對腸道環境有一定的積極作用。毛蕊異黃酮苷對病原菌、腸球菌和病原腸桿菌都有生長抑製作用且劑量依賴,適宜濃度下,對有益菌雙歧桿菌、乳酸桿菌生長有促進作用,這說明毛蕊異黃酮可以通過平衡腸道有害菌和有益菌來調節腸道健康。有學者發現,在鵪鶉飼料裡添加黃芪可以通過減少大腸桿菌在其體內常見的傳染性細菌的數量,增加有益菌乳酸菌的數量來調節腸道微生物環境,這種作用機制可能與黃芪中的黃酮類化合物有關。以上動物實驗表明,黃芪中的黃酮類物質可以通過調節腸道菌群來調節腸道健康,對於開發改善胃腸道功能性食品的研發提供了新思路。

1.2多醣類
黃芪多醣是一種大分子有機化合物,黃芪中的主要生物活性成分之一。黃芪多醣與腸道菌群有密不可分的關係。由於人類基因組不能編碼足夠的碳水化合物活性酶,所以腸道菌群在代謝膳食中的多醣時起著至關重要的作用。腸道微生物將多醣降解為短鏈脂肪酸,主要是乙酸、丙酸和丁酸。乙酸是合成膽固醇的重要底物,進入肝臟參與脂代謝,也作為肌肉、心臟、大腦的主要能源;丙酸可作為宿主細胞能源,還能抑制膽固醇合成,調節血糖和胰島素水平;丁酸能被腸道上皮細胞吸收利用,還能調節上皮細胞和淋巴細胞生長及凋亡,調控腸道炎症反應和氧化應激。另一方面,代謝產生大量酸導致pH降低,低pH抑制腸道部分病原體生長,也可以改變結腸細胞代謝吸收。腸道菌群便是通過影響這些多醣代謝途徑進而影響健康的。
黄芪多糖对肠道菌群具有积极的调节作用,可以通过调节肠道菌群调节代谢抑制肥胖,其抑制肝脏脂肪变性、神经炎症和抗糖尿病等方面的功能也都与肠道菌群有密切关联。植物多糖需要依靠肠道中的微生物,不同的菌群将其降解,帮助代谢消化,相应的,不同种类的肠道微生物对不同种类多糖的选择性消化也影响着微生物自身在胃肠道中的定植和繁衍,多糖也正是通过这种机制来调节肠道菌群。在高脂饮食诱导下,建立肥胖小鼠模型,黄芪多糖给药组能够显著恢复高脂喂养小鼠的肠道菌群紊乱,增加拟杆菌门与厚壁菌门的相对丰度,降低变形菌门细菌的相对丰度,明显抑制高脂喂养小鼠肥胖的形成、降低各类肥胖指标,并且这种减肥效应能够通过肠道菌移植转移给高脂喂养受体小鼠,说明黄芪多糖具有减肥作用并且这种作用与调节肥胖小鼠的肠道菌群有关。
黄芪多糖还可缓解糖尿病、组织损伤和抑制认知功能损害,其潜在作用机制是改变2型糖尿病小鼠肠道菌落的优势种,调整肠道代谢物(例如短链脂肪酸)的组成。经黄芪多糖处理后,小鼠的体内拟杆菌门和厚壁菌门(象征肠道菌群失调的标志物)的比值显著增加,增加乳酸菌和萨特菌的数量,抑制颤螺菌属和穆奇螺旋菌增长。其中,乳酸菌可影响胰岛素的分泌,还可通过影响碳水化合物发酵,进而影响短链脂肪酸,激活肠脑轴,影响健康,变形菌门中的萨特菌通过影响微生物-肠-脑轴进而调节高脂饮食引起的代谢紊乱来维持健康状态。以黄芪多糖生物活性发挥的作用机制作为理论基础,可研发针对肥胖及糖尿病人群的功能性食品,在辅助肥胖人群减脂、缓解糖尿病患者并发症及代谢类疾病的药物辅助方面有潜在开发价值。
除了对肠道菌群直接作用,黄芪多糖也可以通过对肠道黏膜的有益作用间接调节肠道微环境。黄芪多糖能保护结肠炎大鼠肠道黏膜屏障及减轻肠道上皮细胞的损伤,所以黄芪多糖的开发也可以缓解因各类疾病引发的肠道黏膜受损并发症人群的痛苦,意义重大。另外,黄芪多糖与黄酮类化合物具有协同药理作用,黄芪多糖能显著提高黄酮类物质的溶解度及稳定性,对于黄芪多糖的这个发现可以解决黄酮类化合物溶解度、稳定度差的问题,为提高产品整体活性和功效提供了新方法、新依据,为中草药功能性产品的开发提供新思路。

1.3皂苷類
皂苷類物質也是黃芪中重要的生物活性成分。皂苷類物質由具有生理活性的二次代謝產物與糖結合而形成,腸內的細菌能針對不同種類的皂苷適應性地產生出分解酶,使苷分解為生理活性物質和糖,分解產生的醣類產物便為腸道菌群提供了豐富的碳源,有助於其增殖,代謝產物、生理活性物質,充分發揮藥效。
許多皂苷類物質相對分子質量較大,在腸道內吸收利用率低,此時,腸道菌群在皂苷類物質的吸收代謝上發揮了重要作用。在腸道菌群產生的水解酶(主要是葡萄糖苷酶、鼠李糖苷酶、木糖酶等)作用下,通過逐級水解的方式脫糖基,完成由皂苷到苷元的轉化,另外腸道菌群還可以催化皂苷的苷元部分發生反應,腸道菌群的這種水解反應可以提高皂苷類物質的生物利用率。值得注意的是,黃芪皂苷、黃芪多醣均可促進腸道微生物的生長,調整實驗小鼠腸道菌群失調現象,使雙歧桿菌、乳酸桿菌數量明顯上升,腸球菌、腸桿菌數量下降,陽性菌與陰性菌比值恢復正常,效果明顯優於自然恢復組,但是黃芪多醣組效果更優於黃芪皂苷組。所以,在相關功能性的原料選擇上,黃芪多醣較黃芪甲苷效果更佳,然而在其他方面,黃芪甲苷則有其他活性物質達不到的效果。有學者發現,黃芪甲苷在預防心腦血管疾病及緩解相關並發症的功能性食品開發方面有巨大潛力。
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