李明爽 杨锡洪,2 车红霞,2 解万翠,2,3,4

(1. 青岛科技大学海洋科学与生物工程学院，山东 青岛 266042；2. 山东省生物化学工程重点实验室, 山东 青岛 266042；3. 青岛智科检验检测有限公司，山东 青岛 266002；4. 尚好科技有限公司，山东 青岛 266002)

炎症性肠病(Inflammatory bowel disease，IBD)是一种累及回肠、直肠、结肠的免疫性肠道疾病，按临床症状可分为克罗恩病(Crohn's disease, CD)和溃疡性结肠炎(Ulcerative colitis, UC )两种形式[1]。目前，全球约有6 800万IBD患者，且发病率与患病率逐年增加[2]。IBD病理特征复杂，现有的临床药物和手术无法完全治愈，复发率高，甚至会伴随终生[3]。长期服药产生的机会性感染和恶性肿瘤也是IBD用药的毒副作用之一[4]。

食物来源的活性物质毒性较低，大量研究表明生物活性成分对IBD具有潜在的治愈作用[5-6]，由于其具有抗炎、抗氧化、免疫调节、益生元等功能特点，对于胃肠疾病可以起到有效的药剂辅助治疗作用[7]。近年来，海洋源活性物质以其多样性和多功能性而广受关注，并逐渐成为高附加值医疗辅助食品和新药研制的重要研究原料，其抗炎效果和食源低毒性的特点使其成为IBD营养干预治疗的潜在手段[8]。

多种海洋活性物质已在细胞和动物模型中表现出对IBD的治疗效果，但具体的分子功能中心和治疗机制尚未明确。文章拟阐述酯类、糖类、生物肽等几种典型的水产来源活性成分营养干预IBD的初步成效和机制探究，以期为膳食补充治疗法提供更多依据。

1 IBD致病机制

炎症性肠病的具体病因目前仍是未知的，但可以确定的是IBD的发生涉及到遗传易感、环境因素和体内系统之间的相互作用(见图1)。抗原入侵触发了肠道菌群的异常免疫应答，引起黏膜屏障功能受损和肠道微生态失衡，从而导致慢性胃肠道炎症与临床相关症状[9]。当有害抗原接触到肠上皮细胞时，免疫细胞通过模式识别受体来感知损伤，刺激中性粒细胞、巨噬细胞、树突状细胞等抗原呈递细胞介导炎症因子的分泌；肠道菌群产生应激反应，促进通透性相关分子、血管生产相关因子的表达；同时影响细胞凋亡通路的表达，产生一系列肠道炎症反应[10]。

2 海洋来源活性物质对IBD的作用机理

海洋生物品类繁多，生态环境复杂多变，从海洋生物中提取的物质大多具有较强生物活性，在IBD应用中其相关分子机制如图2所示。

TLR. toll样受体 IL. 白介素 TNF. 肿瘤坏死因子 BclB. 细胞淋巴瘤 CCL. CC趋化因子配体 HSP. 热休克蛋白 ANCA. 抗中性粒细胞细胞质抗体

图1 IBD致病机理图[10]

Figure 1 Themechanism of inflammatory bowel disease

图2 海洋源活性成分影响IBD可能的分子机制

2.1 多不饱和脂肪酸

海洋动物食品大多富含二十二碳六烯酸(DHA)和二十碳五烯酸(EPA)，这两种ω-3多不饱和脂肪酸(ω-3-PUFA)普遍存在于鱼、虾、贝类等水产品中。在IBD临床治疗中，多项试验显示EPA和DHA对机体有益[11]。

2.1.1 保持肠上皮细胞的完整性 肠上皮细胞作为肠道机械屏障的重要组成部分，在触发局部免疫反应、维持肠腔和免疫细胞的功能性方面有着重要作用，对IBD的改善意义重大。脂肪酸是磷脂合成的分子原料，摄入后可促进膜磷脂的产生，进而维护肠道细胞机械屏障，确保其在炎症过程中可以充分发挥结构优势和功能作用[12]。临床试验[13]发现，脂肪酸可影响UC患者肠上皮细胞的紧密连接通透性，通过改变紧密连接膜微区的脂质环境来提高屏障作用。长链脂肪酸在肠道中的吸收和代谢反应对肠上皮细胞的功能也有一定保护作用。UC患者回肠和结肠中的脂肪酸合酶表达降低，直肠黏液中磷脂酰胆碱明显减少[14]，说明UC患者的脂肪酸合酶表达受损，其直接结果导致了肠细胞敏感性增加。

肠上皮细胞作为机体抵御肠道炎症的第一道防线，其结构和功能的完整性对治疗IBD具有积极意义。多不饱和脂肪酸可以借助其结构优势参与到细胞膜构建中，维持上皮细胞的结构完整，为机械屏障的功能完整性提供了结构基础[15]；同时，消化吸收代谢产生的中间产物也会对机体的免疫产生直接或间接的影响[16]，鉴于代谢过程和产物的复杂性仍需借助代谢组学等分析手段进一步探究其具体作用靶点和机理。

2.1.2 平衡促炎—抑炎因子的表达 免疫细胞分泌的炎症因子对IBD有直接作用[17]。在病变的肠黏膜中发现树突状细胞和巨噬细胞负责呈递抗原，产生大量促炎症因子，IBD患者体内常见促炎因子包括肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、干扰素-γ(INF-γ)、白细胞介素-6(IL-6)、IL-1β、IL-8等，抑炎因子主要包括IL-4、IL-10、IL-13等[18]。两类细胞因子共同作用，协调IBD的发生，因而改善促炎/抗炎细胞因子的失调是IBD治疗的潜在策略。

多不饱和脂肪酸可以影响炎症因子的表达。Ibrahim等[19]发现长链ω-3 PUFAs可以抑制上皮和树突状细胞中的炎症反应，通过DHA干预IL-1β炎症诱导的人肠道微血管内皮细胞模型，发现DHA可以抑制IL-6和IL-8等促炎因子的表达，从而实现对炎症反应的抑制作用。类似的，在脂多糖(LPS)刺激的单核THP-1细胞炎症模型中，DHA同样抑制了IL-1β、IL-6和TNF-α的释放[20]；在LPS和前列腺素E2(PGE2)共同刺激人巨噬细胞和肝细胞的体外炎症模型中发现，经EPA处理后，细胞内TNF-α和IL-6的水平明显下降，同时显著增加了IL-10抑炎因子的表达[21]，说明体外模型下ω-3 PUFAs不仅对细胞具有直接的消炎作用，还可以通过活化的巨噬细胞间接减轻细胞的炎症。在动物模型中发现，饮食摄入橄榄油和鱼油(富含EPA和DHA)的组合比单一橄榄油干预更有利于改善葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的IBD大鼠肠道炎症症状，肠内IL-1β、IL-6和TNF-α表达明显降低[22]。综上，多不饱和脂肪酸可以激发机体肠道免疫屏障，尤其是通过协调炎症因子的表达，减缓炎症反应的发生。而炎症因子作用于免疫反应的下游环节，其通路表达过程十分复杂，且各个免疫通路间的竞争/协同作用也对其表达产生重要影响，因而信号通路的探究对于研究多不饱和脂肪酸对IBD分子作用原理尤为关键，需进一步深入研究。

2.2 海藻多糖

海藻是一类海洋来源数量丰富的水生植物。通常，海藻的多糖含量比陆生植物的高，海藻多糖由多个单糖分子通过不同糖苷键连接，分子结构复杂，其低毒性、抗炎作用和免疫调节功效备受关注[23]。其中，海藻多糖的抗炎活性受其分子量、单糖组成、糖苷键类型和硫酸盐含量的影响，对IBD的作用机制较为复杂。

2.2.1 调节炎性细胞因子 IBD患者体内除了有高表达的促炎因子外，黏附分子表达的增加也是该病重要的生理标志[24]，同时，促炎因子如TNF-α的高表达会影响血管细胞黏附分子1(VCAM-1)、细胞间黏附内皮细胞中的分子1(ICAM-1)的表达[25]。海藻多糖可对TNF-α、IL-1β和IL-6等重要促炎因子的表达产生抑制作用，并进一步影响通路其他信号分子的表达。Sanjeewa等[26]从角藻分离出硫酸化富岩藻糖，并应用于LPS诱导的RAW 264.7细胞损伤模型中，发现TNF-α因子表达量减少，在体内斑马鱼胚胎模型中发现多糖对促炎因子起抑制效果，下调核因子-κB(NF-κB)的表达，表现出炎症改善效果。Levy等[27]发现从红色微藻紫菜提取的多糖可以通过提高去磷酸化IκB的表达水平，抑制TNF-α的产生，同时下调ICAM-1和VCAM-1的表达，即多糖通过多途径调节炎性细胞因子显示出抗炎特性。

2.2.2 改善肠道菌群和代谢产物 膳食纤维作为一种潜在的益生元，对人体健康大有益处。海藻含有丰富的膳食纤维，约占湿重的25%～70%[28]。海藻多糖可以选择性增强益生菌的活性，改变肠道菌群组成结构，并刺激肠道菌群产生功能性代谢物，抑制肠道内的免疫反应；还可以通过对短链脂肪酸(SCFA)等营养物质的发酵而产生多种对宿主肠道有益的物质[29]。IBD病理研究[30]表明，肠道菌种丰度下降与特殊菌种的改变有关，健康肠道中有大量益生菌如拟杆菌、乳杆菌、双歧杆菌等，患IBD后严重减少，同时放线菌和变形杆菌等致病菌随之增加。

海藻多糖利用肠道微生物不同的底物偏好性和竞争力促进有益微生物的生长来影响肠道菌群的组成。Charoensiddhi等[31]发现膳食补充褐藻Ecklonia提取的低分子多糖可以显著增加益生菌尤其是拟杆菌的数量。浒苔中提取的岩藻多糖在体外胃肠模拟模型孵育48 h后，可有效地增加乳酸杆菌和双歧杆菌的数量[32]。Wang等[33]研究表明，水溶性多糖显著增加了厚壁菌、Ruminococcaceae、杆菌的丰度，同时显著抑制了变形菌、Alcaligenaceae的生长。

此外，菌群改变引起的代谢物的变化也是影响肠道功能的关键因素，会导致乙酸、丙酸和丁酸等SCFA的减少，氧化应激和毒素分泌增加等一系列反应[34]。红藻(龙须菜、紫菜等)[35-36]、绿藻(扁浒苔、Acrosiphonia等)[37-38]、褐藻(海带、羊栖菜等)[32, 37]多糖的代谢可以使肠内SCFA升高，降低结肠内的pH值，并抑制病原微生物黏附于肠细胞，改变结肠细胞的形态和功能，并通过刺激表皮生长因子受体(EGFR)来维持肠道的动态平衡，抑制促炎细胞因子表达，最后抑制B细胞中NF-κB的活化[39]。综上，海藻多糖对肠道微环境的影响不仅体现在对菌群组成的改变，还可通过发酵代谢产物对肠道稳态产生一定的作用。目前关于肠道菌群在IBD中的作用机理尚未完全清楚，但是海藻多糖作为肠道菌群稳定剂在维持肠道稳态方面具有一定的潜力。

2.3 生物肽

生物肽是蛋白质分解产物，具有良好的细胞扩散效力和低毒性、低副作用等优点[40]。研究表明，口服蛋白水解物可增强机体的免疫反应，细胞层面也发现生物活性肽可以通过调节局部T细胞和B细胞免疫反应对食物过敏产生抑制作用[41]，诱导氧化应激反应[42]，抑制凋亡通路蛋白的表达等机制来缓解炎性损伤[43]。鱼蛋白是抗炎肽的重要来源，美国已批准将太平洋鳕鱼的蛋白水解酵母发酵产物作为针对肠道健康的“非处方”保健食品补充剂出售。

2.3.1 激活抗氧化防御 IBD患者的肠壁会出现白细胞浸润的情况，导致活性氧增加从而加重肠道组织损伤[44]。硝酸氧化合酶(NOS)、环氧合酶(COXs)、髓过氧化物酶(MPO)、丙二醛(MDA)等与活性氧相关的酶的变化也会导致活性氧过多而进一步加剧IBD的情况[45-46]。海洋来源蛋白水解后释放的肽具有减弱NO和PGE2的产生、抑制诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和COX-2的蛋白质表达以及增加肠道紧密连接蛋白表达的效力。研究[47]发现，鲑鱼蛋白经胃蛋白酶水解得到的活性肽PAY干预LPS诱导的RAW 264.7细胞炎症模型，抑制了NO和PGE2的产生，从而抑制活性氧iNOS和COX-2的蛋白质表达，减缓炎症的进程。海洋来源的生物肽是否在IBD中有效激活肠道内的抗氧化防御还需进一步研究。

2.3.2 抑制细胞凋亡 细胞凋亡在维持组织稳态和预防癌症发展中具有关键作用，在IBD患者中caspase-3的高表达会造成严重的细胞凋亡，进一步破坏肠组织。在吲哚美辛诱导的HT29细胞中发现太平洋鳕鱼水解肽可通过抑制caspase-3活性来抑制细胞增殖并减少凋亡，在小鼠结肠损伤模型组中发现其可以减少绒毛损伤，抑制肠内caspase-3的表达[48]。Machado等[49]在药物消炎痛诱导的HT29细胞模型中，蛋白肽可增加细胞增殖，同时抑制IL-8分泌和ROS生成，抑制肠caspase-3活性的增加。Holen等[50]利用LPS诱导的鲑鱼肝细胞和头肾细胞模型，在鱼蛋白酶解水解物干预下过氧化氢酶表达增加，IL-1β转录增加，抑制了caspase-3转录。综上，海洋生物肽主要通过抑制caspase-3转录、表达以及抑制相关通路的表达来控制IBD的发展。然而，肠道屏障细胞凋亡是复杂生化反应，为研究其内在机制，除了对特殊靶点进行研究外，还需对其通路进行详细探究，为揭示细胞凋亡原理、找寻有效作用位点、提高海洋活性肽生物利用度提供更多依据。

3 结语

炎症性肠病正逐渐发展为全球性流行性疾病，带来的社会和个人的损失也越来越大。海洋作为丰富的生物资源库提供了活性丰富的天然成分。脂肪酸、多糖、生物肽等物质可通过营养干预的方式在一定程度上达到对IBD的治疗效果，其作用机理复杂且存在相互作用。此外，水产来源的活性物质含量低、提取成本高、结构复杂，在开发应用方面尚需进一步探索。目前海洋源活性成分对IBD治疗作用研究大多停留在细胞和小鼠试验水平，临床数据相对匮乏，需要大量的研究和临床试验进行验证。随着人们对IBD病理和药物机理的深入研究，海洋来源的天然活性物质成为IBD的药物补充剂也将成为可能。