益生菌促进葡萄籽提取物中化学成分利用的机理

葡萄籽提取物是一种富含植物多酚的天然产物，研究指出，葡萄籽提取物对人体具有多种有益作用，包括抗氧化、抗炎、神经保护和血压调节作用。然而，葡萄籽提取物中单体原花青素的生物利用度较低，可能影响其生物学效应。因此，采用有效方法提高葡萄籽提取物在肠道中的利用是非常重要的。

有研究指出，益生菌的摄入可以显著提高葡萄籽提取物的利用率，增加短链脂肪酸（SCFA）的产量，尤其是乙酸和丙酸。此外，益生菌还能促进葡萄籽提取物中儿茶素和表儿茶素的转化和利用，提高3-羟基苯乙酸（3-HPAA）的产量。这些代谢物具有抗肿瘤、抗炎和抗氧化特性。但是目前益生菌提高葡萄籽提取物利用率的具体机制仍不清晰。

2024年4月16日，浙江省农业科学院食品科学研究所农产品质量安全生物化学威胁管理国家重点实验室、山西医科大学第一医院骨科以及山西农业大学动物科学学院在期刊《Food Chemistry》上在线发表题为“Exploring the mechanism of probiotics in enhancing the utilization of chemical components (or polyphenols) of grape seed extract”的研究性文章。

通过实验证明了葡萄籽提取物益生菌组短链脂肪酸含量显著高于葡萄籽提取物组。益生菌显著提高了葡萄籽提取物组儿茶素和表儿茶素的转化和利用，提高了3-羟基苯乙酸的产量。16S rRNA测序结果显示，复合益生菌显著提高了乳酸菌、HT002、双歧杆菌和乳杆菌的相对丰度，降低了埃希氏志贺氏菌的相对丰度。研究结果表明，人类对葡萄籽提取物的代谢利用存在相当大的个体差异。益生菌的摄入显著提高了其利用率。

多酚是水果、蔬菜和茶叶中普遍存在的次生代谢物，具有强大的抗氧化特性，在治疗多种疾病方面疗效显著。先前的一项队列研究表明，添加膳食多酚可显著降低高血压风险，其中肠道微生物群的代谢活性在体现这些效果方面起着至关重要的作用。平衡的肠道微生物群维持宿主的代谢健康，并提高多酚代谢成低分子量酚代谢物的效率。此外，多酚的益生元特性可以通过增加有益菌株(如双歧杆菌)的丰度和减少几种病原体(如产气荚膜梭菌)来调节肠道微生物群的组成，从而影响整体健康。

成熟的普洱茶提取物(PETe)使厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的微生物多样性和相对丰度恢复正常。事实上，PETe增加了有益的拟杆菌(Bacteroides)、阿里氏杆菌(Alistipes)和阿克曼氏杆菌(Akkmansia)的水平，并降低了与肥胖相关的Faecalibaculum和丹毒杆菌(Erysipelatoclostridium)的水平。

葡萄籽提取物(GSE)是一种富含植物多酚的天然产物，主要由儿茶素、表儿茶素、没食子酸、表儿茶素没食子酸酯、聚合物和低聚原花青素组成。GSE可以在人体肠道内代谢成几种酚酸，其中一些可以影响肠道微生物群的结构。GSE对人体具有多种有益作用，包括抗氧化、抗炎、神经保护和血压调节作用；然而，在补充了GSE的个体的粪便中检测到儿茶素和表儿茶素水平升高。说明GSE中单体原花青素的生物利用度较低，可能影响GSE的生物学效应。因此，提高GSE在肠道中的利用是非常重要的。

先前有研究表明，高丽红参(KRG)与益生菌联合使用对小鼠特应性皮炎(AD)皮肤病变具有更强的预防和免疫调节作用。KRG和益生菌可通过不同的机制缓解AD;此外，益生菌有助于KRG转化和分解为更有效的代谢物。因此，我们假设益生菌可以通过影响肠道菌群和胃肠道菌群来提高GSE的利用。

关于益生菌在提高GSE肠道生物利用度中的作用的数据缺乏。由于个体差异，特别是在肠道微生物群中，即使在给予相同剂量的情况下，GSE也会导致代谢差异。在此，我们将15种益生菌菌株与GSE混合使用，并探索复合益生菌是否可以降低个体差异，并显示出提高个体GSE生物利用度的一致趋势。为此，我们采用体外模拟发酵模型，研究益生菌对GSE的代谢转化及其组合对肠道短链脂肪酸(SCFAs)和肠道微生态的影响。本研究为植物多酚在食品科学和人体健康中的应用提供了依据。

1. 益生菌提高GSE利用率的作用机制

1.1 我们的研究结果证实了以前的研究结果，表明乙酸是正常人类结肠中最常见的SCFAs，占总SCFAs浓度的50%以上。研究表明，醋酸在减轻炎症性肠病引起的肠道损伤中起着关键作用。健康人类结肠中产生的丙酸和丁酸数量相当，它们通过影响肠道微生态在结直肠癌和溃疡性结肠炎中发挥重要作用。

在给予高剂量GSE后，SCFAs的产生显著减少(p < 0.001)，其中乙酸、丁酸和丙酸的减少最为明显(p < 0.001)。我们认为，这种减少可能归因于GSE中存在的丰富的多酚化合物，这些化合物抑制了有益肠道细菌的生长和代谢活性，从而减少了SCFAs的产生。

1.2 添加益生菌混合物显著提高了短链脂肪酸产量(p < 0.001)，其中乙酸和丙酸产量的提高最为显著(p < 0.001)。益生菌产生多种酶，如纤维素酶、蛋白酶和淀粉酶，这些酶可以分解食物中的复杂碳水化合物，将其转化为更容易被吸收和利用的小分子。这一过程随后增加了SCFAs的产量。同时，益生菌之间可能表现出协同作用，有助于维持肠道微生物生态平衡，促进有益菌的生长和scfa的产生。由于混合物中益生菌的多样性，我们可以确定单个菌株对SCFAs生产的具体影响。然而，先前的研究表明，乳酸菌可以改善肥胖小鼠的肠道多样性和SCFAs的产生，最终增强肥胖损害的肠道完整性。

1.3 迄今为止，还没有关于益生菌与GSE联合应用的研究。我们假设它们的协同使用可能通过加速多酚降解的代谢速率来促进SCFAs的产生。产生的代谢物，如3-HPAA，随后可以改变肠道微生物群，从而促进SCFAs的产生。一项针对膳食纤维和多酚的体外模拟发酵研究表明，它们的同时使用通过相互作用增加了丙酸、丁酸和异戊酸的产量。

此外，膳食纤维可能会提高特定益生菌的水平，这至少在一定程度上解释了我们的实验结果。Hossain等人将乳酸菌加入巧克力中，以检验益生菌巧克力组合的可行性。

结果表明，乳酸菌可以促进巧克力中花青素、儿茶素和表儿茶素等多酚类物质的利用。此外，这些细菌在体外模拟发酵过程中显著提高了SCFAs的产量。因此，未来的研究应侧重于揭示益生菌和多酚在食品中整合的潜在益处。

2. 益生菌可以提高GSE在体外模拟发酵中的利用率

2.1复合益生菌的添加并没有提高GSE中低聚原花青素、没食子酸和表儿茶素没食子酸酯的利用率。我们推测这一现象可以解释如下:(1)虽然益生菌可以降解转化这些物质，但当低聚原花青素、没食子酸和表儿茶素没食子酸酯与其他多酚类化合物共存时，它们可能优先降解其他更容易分解的多酚类物质，如儿茶素和表儿茶素;(2)发酵时间、温度、pH等因素可能影响这些物质的转化和利用;(3)由于低聚原花青素不是单一结构的化合物，我们的液相色谱检测方法需要进一步优化。

2.2 我们的研究结果表明，复合益生菌显著提高了3-HPAA的产量(p < 0.001)，这表明这些益生菌可以通过特定的代谢途径分解和转化GSE，从而提高代谢物产量。一项使用热灭活益生菌干酪乳杆菌处理马斯卡定葡萄汁的研究发现，它可以很好地与果汁中的多酚类化合物结合，从而提高多酚的稳定性。我们推测，在模拟发酵过程中，益生菌化合物与GSE之间可能发生类似的相互作用，促进3-HPAA的产生。3-HPAA具有一定的生物学和药理学作用，提供各种潜在的健康益处，如抗肿瘤、抗炎和抗氧化特性。一项在小鼠和猪冠状动脉中进行的体外研究表明，3-HPAA可能通过内皮介导的一氧化氮释放来发挥血管扩张和降血压的作用。进一步的研究表明，3-HPAA通过增强醛脱氢酶活性来保护肝细胞，可能在预防酒精相关的慢性肝脏疾病中发挥关键作用。

2.3在20名健康成人中，复合益生菌对GSE中儿茶素和表儿茶素的利用率较低，且存在显著的个体差异没有添加。添加复合益生菌后，不仅提高了利用率，而且降低了个体间的差异，因为两个“低利用率”(14和15)对儿茶素和表儿茶素的利用能力通过添加益生菌得到了恢复。我们认为复合益生菌与多酚的结合使用具有显著的潜力，可以提高多酚的利用率。在未来，当我们遇到不同的个体肠道特征时，可以实施使用复合益生菌的个性化干预。这种方法可用于精密营养和一般保健。综上所述，多酚类化合物的利用率还需进一步优化。

3. 复合益生菌可通过调节肠道菌群提高GSE的利用率

3.1在体外模拟发酵过程中添加高剂量的GSE时，GSE组的大肠杆菌-志贺氏菌、克雷伯氏菌和肠杆菌丰度显著高于CON组(p < 0.05)。相反，双歧杆菌、拟杆菌、Collinsella、liilactobacillus和副杆菌(Parabacteroides)的丰度显著降低(p < 0.05)。在GSE组中添加复合益生菌后，16S rRNA测序结果与之前的研究结果有截然不同的趋势。结果显示，GSEP组乳酸菌、克雷伯氏菌、HT002、乳杆菌、双歧杆菌、链球菌和乳酸杆菌的丰度显著高于GSE组(p < 0.05)。志贺氏埃希菌和粪杆菌的丰度显著降低(p < 0.05)。

3.2 研究表明，多酚和肠道微生物群可以直接或间接地相互作用，影响后者。多酚在肠道菌群中的调节机制尚未完全阐明;然而，它们可以直接促进或抑制特定细菌的生长。多组学方法已被用于研究多酚在调节肠道微生物群中的多种抗菌机制。多酚可以与细菌蛋白相互作用，抑制核酸合成，改变细胞膜性质，改变细胞壁合成，影响代谢，阻止生物膜形成，抑制群体感应，并螯合细菌代谢所需的必需金属。由于其抗菌特性，多酚可以抑制条件致病菌。

3.3添加益生菌后，肠道菌群失衡得到恢复。我们推测这一发现的主要原因有以下两点:(1)益生菌的添加有助于平衡肠道菌群结构，促进有益菌(双歧杆菌、链球菌和乳杆菌)的增加，同时抑制潜在的病原体(埃希氏菌-志贺氏菌);(2) SCFAs的变化降低了肠道pH值，创造了一个更适合某些有益菌(克雷伯氏菌、HT002、乳杆菌和乳酸杆菌)生长的环境。多酚利用的增加及其产物对肠道微生物群的影响不容忽视。Cueva等人对不同多酚类化合物(3-HPAA、苯甲酸、苯基丙酸)衍生的13种多酚代谢物进行体外实验，探讨其对肠道病原菌的抑制作用。作者发现这些多酚代谢物通过影响肠道微生物群的多样性和代谢活性来发挥抗菌作用，并且可能比它们的前体如儿茶素和表儿茶素表现出更好的抗菌性能。

本研究表明，所测试的益生菌能有效提高葡萄籽提取物的利用率，增加SCFA的产量，恢复高剂量GSE引起的肠道菌群失衡。这些改进可能与复合益生菌、GSE及其代谢物与肠道微生物群之间的关系有关。然而，体外发酵实验存在一定的局限性。同时，我们的研究结果揭示了个体之间在GSE利用方面的代谢差异。复合益生菌的使用可以在一定程度上缓解这些差异;这一发现为精准营养的未来发展奠定了基础。未来的研究应该通过更多的浓度梯度、益生菌组合和动物实验来探索这一机制。

参考资料：探讨益生菌促进葡萄籽提取物中化学成分(或多酚类物质)利用的机理https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.140827