白俊英，王晨，李贵节，孙志高，黄林华*

（1.西南大学 柑桔研究所，重庆 400700；2.国家柑桔工程技术研究中心，重庆 400700；3.西南大学 食品科学学院，重庆 400700）

肠道被称为人体的“第二大脑”，定植在肠道中的微生物统称为肠道菌群，主要包括细菌和少量的真菌。有研究表明，肠道中的菌群数量达到1014～1015，菌群细胞数量与体细胞数量的比例大约为4∶3[1]。越来越多的研究发现，生命过程中的许多生理和病理过程都与肠道菌群的变化和代谢作用有关。因此，大量的研究旨在通过调控肠道菌群进而起到保护机体健康的作用。目前常用的方法主要包括益生菌、膳食、粪菌移植等策略。但这些策略在调控菌群的同时也可能存在一些不足之处。例如，尽管大量的报道证实了益生菌和粪菌移植在调控菌群方面的巨大作用，但是其安全隐患一直限制着两种策略的推广。而膳食成分不存在安全性问题，但由于个体之间自身菌群组成存在差异，造成其效果也存在个体差异。因此，一些研究旨在调查食品中的营养因子等物质在调控菌群的同时对机体健康的影响，其中最具有代表性的就是从水果或者蔬菜等植物中提取的植物化学物质。这些物质的使用既可以有效规避益生菌和粪菌移植可能带来的安全性隐患，也可以使人们更加容易探究其作用机制，有利于大面积推广。

我国柑橘资源丰富，是世界上柑橘品种的重要起源中心，柑橘种植面积居世界首位，产量居世界第三位。此外，柑橘种类繁多，包括甜橙、柠檬、葡萄柚、温州蜜柑、常山胡柚等。柑橘果实全身皆有较大的营养和经济价值，果皮、果肉、果核和囊衣中均含有较多的天然活性成分。例如，果皮中富含类黄酮和类胡萝卜素，果肉中富含维生素C和叶酸等。其中一些成分已经被证明了在抗炎、抗氧化、免疫调节、代谢性疾病、心血管和神经保护等方面的巨大作用。值得注意的是，很多柑橘成分对机体健康的影响都取决于其对肠道菌群的调控作用，如图1所示。

图1 柑橘不同成分通过调节肠道菌群影响机体健康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结肠炎小鼠肠道菌群的多样性，上调毛螺菌科（Lachnospiraceae）和乳杆菌科（Lactobacillaceae）的相对丰度，增加戊酸和乙酸的含量，进而起到缓解结肠炎的作用[2]。而柑橘果胶寡糖可以富集乳杆菌属（Lactobacillus）、双歧杆菌属（Bifidobacterium）和拟杆菌属（Bacteroides）并抑制梭菌属（Clostridium）的丰度，增加短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）的含量，进而影响机体健康[3]。这些结果表明，柑橘中的活性成分具有显著的肠道菌群调控作用，且不同成分的调控作用不同，如表1所示。

表1 柑橘成分对肠道菌群的调节作用Table 1 Regulation of Citrus components on intestinal flora

续表1 柑橘成分对肠道菌群的调节作用Continue table 1 Regulation of Citrus components on intestinal flora

考虑到我国丰富的柑橘资源以及不同柑橘成分在调控肠道菌群方面的差异，明确柑橘不同成分对于菌群的调控差异和特异性，对于日后开发富含柑橘成分的靶向调控菌群策略具有重要的指导意义。因此，本文综述了我国第一大类水果——柑橘中的主要成分在肠道菌群中的代谢、对肠道菌群的影响，以及柑橘成分被肠道菌群代谢进而影响机体健康的机制，以期为柑橘成分和肠道健康之间的关系提供参考，为柑橘活性成分的开发提供理论基础。

1 柑橘膳食纤维与肠道菌群的相互作用关系

1.1 柑橘中的膳食纤维

膳食纤维是指因人体缺乏相应的降解酶，因而难以被小肠直接消化和吸收的膳食碳水化合物。柑橘中的膳食纤维，根据其水溶性大小可分为可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维。可溶性膳食纤维主要是果胶，而不可溶性膳食纤维主要包括纤维素和半纤维素[22]。柑橘果胶主要分布在初生细胞壁和胞间层中，是一种复杂的多相多糖，结构上包括线性的聚半乳糖醛酸链、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]。纤维素是由几千个葡萄糖单元通过β-(1→4)糖苷键连接构成的直链多糖，是构成柑橘细胞壁的主要成分，而半纤维素是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，通常具有分支结构[23]。

1.2 柑橘膳食纤维与肠道菌群之间的关系

柑橘果胶等可溶性膳食纤维通常是高度可发酵的，而低溶解度的纤维素和半纤维素，由于受到消化酶的限制，可发酵性较差[22]。采用柑橘果胶进行发酵后，与空白对照组相比，柑橘果胶发酵显著增加了小鼠肠道乳杆菌属和拟杆菌属的丰度[24]。在肥胖小鼠中，柑橘果胶可以通过增加拟杆菌门的丰度，进而改善机体葡萄糖糖代谢稳态[7]。非消化性的柑橘膳食纤维直接进入结肠，在肠道菌群的作用下首先降解成单糖，然后经过肠道菌群广泛发酵产生SCFAs，主要包括乙酸、丙酸和丁酸[24]。肠道来源的SCFAs有助于维持低pH值，抑制肠道病原菌的生长，进而构建健康的肠道微生态环境。此外，膳食纤维发酵产生的SCFAs在肠道中还发挥了多种健康益处，比如为宿主结肠细胞和肠道菌群提供能量、维持肠道屏障功能、调节脂质代谢、调节免疫系统、减少炎症和肿瘤发生、控制血糖水平，以及通过影响肝、脑和脂肪组织来影响宿主的生理和病理等[23，25]。例如，乙酸可以通过调节GLP-1进而影响代谢综合征[26]；丙酸和丁酸可以通过调节GLP-1和PYY的水平，进而降低饮食诱导的肥胖[27-28]。因此，肠道菌群利用柑橘膳食纤维后产生SCFAs可能是其影响机体健康的重要途径之一。

此外，肠道菌群可以代谢柑橘膳食纤维并释放关键代谢物N-甲基羟色胺。小鼠实验结果表明，N-甲基羟色胺可以影响宿主生理和代谢变化，包括降低脂肪含量、影响肝脏糖原代谢、缩短肠道转运时间，并且改变肝脏和结肠中和昼夜节律有关的基因表达[29]。进一步在人类研究中确定了粪便中N-甲基羟色胺的积累与肠道中的卵形拟杆菌（Bacteroides ovatus），狄氏副拟杆菌（Parabacteroides distasonis），Bacteroides finegoldii和产气柯林斯菌（Collinsella aerofaciens）等相关，它们能够对柑橘纤维进行分解代谢，释放N-甲基羟色胺[29]。值得注意的是，不同菌株对N-甲基羟色胺的产生能力具有显著的株间差异，如不同卵形拟杆菌从柑橘纤维中释放N-甲基羟色胺的能力就有所不同，这可能归因于肠道微生物组中编码碳水化合物活性酶的基因丰度差异[29]。因此，肠道菌群对柑橘膳食纤维的利用可能归因于菌株自身具备的丰富代谢基因。

比较基因组学和宏基因组学结果进一步阐明了肠道菌株利用柑橘膳食纤维的作用机制。例如，肠道拟杆菌基因组富含大量的糖苷水解酶基因（约260种），因此这类肠道菌株具有强大的膳食纤维代谢能力，协助代谢机体自身难以利用的复杂植物多糖。以多形拟杆菌为例，其具有较强的果胶利用能力，能够利用果胶中的RG-II，并能剪切21个不同糖苷键中的20个[30]。果胶的不同结构域可以激活多形拟杆菌中的多糖利用位点 （polysaccharide utilization loci，PUL），PUL编码不同的糖苷水解酶，多种糖苷水解酶复合体形成一套多糖降解系统，通过协同作用可以使果胶分子中复杂的RG-I骨架解聚，并且去除粘附于RG-I的果胶结构域[31]。多形拟杆菌对果胶支链和主链的解构是相互协调的，可以应对空间障碍[30]。此外，多形拟杆菌中还含有9种可降解果胶中构成鼠李糖-GalA重复单元骨架的酶[31]。除此之外，还发现有很多肠道细菌产生的酶参与了果胶代谢，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-脱氧D-lyxo-七氟沙酸水解酶、内源性果胶苷酶、α-2-O-甲基-L-焦糖酶和果胶甲基酯酶[30]。

2 柑橘类黄酮与肠道菌群之间的互作关系

2.1 柑橘中的类黄酮

类黄酮是柑橘中最重要的功能性成分之一。柑橘提取物、柑橘果皮和柑橘种子都是类黄酮的重要来源。据报道，柑橘果皮中类黄酮的平均含量（以干重计）为0.700%～2.000%[32]。目前在柑橘中鉴定出来的类黄酮已经超过250多种，其中黄烷酮类和多甲基黄酮类（polymethoxylated flavones，PMFs）是最重要的类黄酮化合物[33]。柑橘中黄烷酮类主要包括橙皮素和柚皮素以及它们的糖苷形式——橙皮苷和柚皮苷，它们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实验中都被发现具有显著的抗炎作用。例如，橙皮苷能够减少炎症标志物[34]，并且通过影响NF-κB信号通路[35]，进而起到抑制炎症的作用。PMFs是一种黄酮类化合物，几乎只存在于柑橘果实中，含量达到果皮干重的0.008%～1.450%。目前从柑橘属植物中已鉴定出的PMFs有80多种，其中以川陈皮素和橘皮素含量最为丰富[36]。柑橘中的黄酮类成分对机体健康有重要影响，且这些作用与其对肠道菌群的影响息息相关。

2.2 柑橘类黄酮与肠道菌群之间的关系

肠道菌群在柑橘类黄酮的生物转化和健康促进功能中发挥重要作用[37]，那些在小肠中未被吸收或溶解的类黄酮成分会立即进入结肠，与肠道菌群发生作用。例如，研究橙皮苷对健康动物肠道淋巴组织和肠道菌群组成的影响，发现口服橙皮苷4周导致大鼠肠道中细菌和免疫球蛋白A（Immunoglobulin A，IgA）包被菌数量增加，菌群组成发生变化，乳酸杆菌（Lactobacillus）比例增加[8]。动物和体外研究证明了橙皮苷及其衍生化合物对心血管疾病危险因素的有益抑制作用，特别关注了采用橙皮苷作为干预策略产生的个体差异性，而这可能归因于个体间橙皮苷生物利用率的差异，这种现象高度依赖于α-鼠李糖苷酶活性和肠道菌群组成[38]。

柑橘类黄酮苷经宿主和肠道菌群分泌的多种酶水解成苷元是类黄酮苷吸收的前提条件。黄烷酮类经口摄入后，只有部分黄烷酮会被小肠刷状缘酶快速水解，或通过转运蛋白直接转运到肠上皮细胞，随后被细胞质中的β-葡萄糖苷酶水解释放苷元[39]。值得注意的是，橙皮苷和柚皮苷中超过70%的相应的苷元，会进入到结肠中[40]。此外，大量在小肠中未被水解的柑橘黄酮苷（如柚皮苷和橙皮苷）也会进入到结肠中，在结肠中橙皮苷上附着的有机酸和糖分别被肠道菌群有效地去除[41]。首先肠道菌群分泌的α-鼠李糖苷酶会将鼠李糖部分去除，然后葡萄糖部分再由β-葡萄糖苷酶去除。释放的苷元随后被肠道菌群代谢为各种酚类物质[42]，结合的酚类代谢物通常被肠道菌群产生的葡萄糖醛酸酶和硫酸酯酶水解成相应的游离形式[43]，进而被宿主吸收。PMFs可被肠道菌群生物转化为各种去甲基化代谢物，布劳特氏菌属（Blautia sp.MRG-PMF1）等特异性细菌参与了PMFs的代谢[44-45]。此外，梭菌属（Clostridiumspp.），梭状芽胞杆菌（Clostridiumscindens），普氏梭杆菌属（Flavonifractor plautii）和链状真杆菌（Eubacteriumdesmolans）也参与了柑橘类黄酮的降解[46]。

肠道微生物代谢柑橘类黄酮衍生的代谢物在促进健康方面发挥着重要作用。例如，3-（4-羟基苯基）丙酸能显著降低ox-LDL处理的巨噬细胞的脂质积累和CD36的mRNA表达[47]。肠道菌群对柑橘类黄酮的整体生物转化往往伴随生物活性的增强[43]。例如，纯化的柑橘多甲氧基黄酮提取物可以显著抑制代谢综合征小鼠肠道内帕拉普氏菌属（Paraprevotella）和链球菌属（Streptococcus）等条件致病菌的丰度，增加卵形拟杆菌（Bacteroides ovatus）的丰度，进而起到缓解代谢综合征的作用[13]。而体内PMFs的去甲基代谢物总是比母体化合物表现出更强的生物活性[23]。

3 柑橘中的其它成分及与肠道菌群之间的关系

除了膳食纤维和类黄酮外，柑橘中还含有大量的香精油。柑橘精油因具有宜人的气味和优异的功能[48]，被广泛应用于食品、化妆品和药品行业中。柠檬烯是柑橘精油中含量最高的成分，在大多数柑橘精油中的含量高达60%～95%[49]。一种基于放射性标记的方法阐明了d-柠檬烯在大鼠体内的吸收、分布和排泄。口服800 mg/kg标记的d-柠檬烯后，大肠内几乎没有放射性，说明柠檬烯在进入大肠前已经被机体吸收，并不与肠道菌群产生相互作用[50]。

除此之外，柑橘中也含有其它的功能性成分，比如辛弗林、柠檬苦素类化合物和类胡萝卜素等，它们在柑橘中的含量很低但表现出广泛的生物活性，摄入体内后对机体健康有重要影响[23]。辛弗林是一种原生物碱，在酸橙和甜橙果皮中的含量（以干重计）分别为0.100%～0.300%和0.001%～0.003%[51]。口服辛弗林后在小肠中被吸收并进一步转移到肝脏中代谢，并不进入大肠影响肠道微生物[23]。而柠檬苦素类物质的主要代谢路径由肠道微生物完成，包括羰基还原、环氧基团和呋喃基团的水解、氧化和分解[52]。同时，柠檬苦素能够显著提高结肠菌群的丰富度，增加了18个属的相对丰度并且降低了4个属的相对丰度。值得注意的是，柠檬苦素降低了益生菌乳酸杆菌（Lactobacillus）和双歧杆菌（Bifidobacterium）的丰度，这可能跟柠檬苦素发挥的生理功能有关[16]。在柑橘中鉴定出来的类胡萝卜素约有115种，包括胡萝卜素和叶黄素，它们是柑橘果实中的重要呈色物质[53]。类胡萝卜素具有多种健康活性，包括抗氧化活性、癌症预防作用、调节骨质代谢和骨质疏松症、以及降低肝功能障碍和代谢综合征的风险等[23]。有报道指出，膳食和血浆类胡萝卜素与孕妇粪便菌群的α多样性呈正相关[54]，这可能是类胡萝卜素促进身体健康的一种机制。

4 结论与展望

本文对柑橘主要成分与肠道菌群的关系进行了综述，揭示出柑橘成分通过影响肠道菌群进而调节身体机能的潜力，能够为柑橘成分的开发提供参考。但是目前大多数研究仍然集中在柑橘成分对肠道细菌门和属水平的影响，研究方法和手段较为单一，对于种水平上肠道菌群的变化，柑橘成分与肠道菌群的互作机制等方面提供的信息有限。

食品组学是一种基于基因组学、代谢组学、转录组学和微生物组学等多种组学技术的新兴技术，可以应用先进的组学技术全方位地研究食品生化和营养问题。在化合物谱分析和生物标志物鉴定方面，以及在基因层面的机制探究中具有显著的优势。因此，未来的研究可以从基因组的角度探究不同柑橘膳食纤维对肠道菌群种水平的靶向调控作用，可以运用食品组学的方法进一步深入阐释柑橘中的活性成分对人体健康的作用及具体机制。这不止有助于解析膳食摄入与机体健康的关系，而且有助于开发新的柑橘功能食品。