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植物多酚对机体肠道酶活性影响的研究进展

2018-03-29薛俊敏王厚伟程安玮孙金月

山东农业科学 2018年3期

薛俊敏 王厚伟 程安玮 孙金月

摘要:植物多酚是一类广泛存在于植物体内含有多个羟基的酚类植物成分的总称,不仅对人体具有预防疾病、改善健康的作用,而且在动物养殖中对预防疾病的发生也具有重要作用。植物多酚对人体、动物肠道酶活性的影响是目前研究的一个热点,本文主要从植物多酚对机体肠道内源酶和外源酶活性的影响及其作用机制方面进行了综述,以期为植物多酚的开发利用提供科学依据。

关键词:植物多酚;内源酶;外源酶

中图分类号:S852.23文献标识号:A文章编号:1001-4942(2018)03-0142-06

Abstract Plant polyphenols, a class of natural compounds containing multiple hydroxide radicals, are widely present in plants. Polyphenols not only prevent disease and regulate human health, but also play an important role on animal breeding. The study on the effects of plant polyphenols on intestinal enzyme activities in man and animals is the current hotspot. In this paper, the impacts and mechanisms of several common plant polyphenols on endogenous enzyme and exogenous enzyme activities in organism were reviewed to provide scientific bases for the development and utilization of plant polyphenols.

Keywords Plant polyphenols; Endogenous enzyme; Exogenous enzyme

多酚是一类广泛存在于植物体内含有多个羟基的酚类植物成分的总称,它是植物体内重要的次生代谢产物,广泛存在于水果、蔬菜、谷物、茶、咖啡和葡萄酒等食物中[1]。植物多酚按照结构可分为类黄酮和非类黄酮两大类,其中类黄酮包括黄酮醇类(flavonols)、黄酮类(flavones)、异黄酮类(isoflavones)、黄烷酮类(flavanones)、花色苷类(anthocyanidins)和黄烷三醇类(flavan-3-ols)等,非类黄酮包括酚酸(phenolic acids)、芪类(stilbenes)等[2]。研究证明,植物多酚对心血管疾病[3]、癌症[4]等一些人类慢性疾病具有很好的预防和保护作用。目前植物多酚已广泛应用于医学、食品、日用化工和动物养殖等多个领域,并发挥着重要作用。

肠道是动物机体最主要的消化器官,肠道微生物菌群主要依赖于宿主和分解肠道内未消化的食物来满足自身的营养需求。部分细菌分泌的胞外酶如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等消化酶辅助机体对脂肪、蛋白及糖类等物质进行消化,同时还能分解一些纤维素等物质。肠道酶活性对动物营养物质的消化吸收、机体生长发育起着重要作用。肠道酶通常分为两种,一种是内源酶,指由机体消化器官产生的消化酶,包括蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等;一种是外源酶,指由饲料添加或者肠道微生物产生的一系列酶,主要研究的有木聚糖酶、纤维素酶[5]等。近年来,作为用于开发功能性食品的活性物质,植物多酚已得到广泛应用。本文通过综述植物多酚对动物肠道酶活性影响的相关研究进展,为全面了解植物多酚对人体、动物营养与健康的作用机制、指导开发功能性食品奠定基础。

1 植物多酚对内源酶的影響

目前研究大多集中于植物多酚对蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等主要内源酶活性的影响,本文主要从不同植物多酚对不同动物、不同肠道部位中各类消化酶的影响进行阐述。

1.1 蛋白酶

蛋白酶能够自然产生并存在于机体的胃肠道中,植物多酚可提高单胃动物对蛋白质、多肽等的消化功能,改善其消化生理功能。研究证明,在基础鱼粮中添加0.02%~0.06%的姜黄素,饲养30 d后,鱼肠道内蛋白酶活性明显提高,蛋白质的吸收利用率也明显提升,且呈一定的剂量依赖性,酶活性最大可提高25.6%[6]。陈赛娟等[7]以家兔为模型,添加0.05%~0.20%的单宁酸饲养30 d,分别取十二指肠、空肠、回肠和盲肠内容物进行酶活性测定,发现胰蛋白酶均有不同程度的提高,十二指肠中酶活性提高31.65%。吉富罗非鱼饲料添加0~800 mg/kg葡多酚,肠道中蛋白酶的活性随着添加浓度的增加而提高[8]。解玲娜等[9]以28日龄断奶仔猪日粮为模型,研究证明70 mg/kg原花青素可显著提高仔猪空肠中的蛋白酶活性。于美慧[10]进一步用不同聚合度的原花青素灌胃小鼠,研究证明各添加组鼠小肠中的蛋白酶活性明显低于对照组,高聚合组的抑制效果比低聚合组更加明显,同时添加组中蛋白质的表观消化率也呈现出降低趋势。刘婷等[11]用肉鸡单独灌胃茶多酚,其胰蛋白酶活性有明显的升高,灌胃茶多酚和乳酸菌混合物,胰蛋白酶的活性提升更加明显,这表明茶多酚和乳酸菌对蛋白酶活性有协同促进作用。李华丽[12]也以肉鸡为模型证实,单独灌胃茶多酚对小肠胰蛋白酶活性影响不显著,但提高了胰脏胰蛋白酶的活性;灌胃复合茶多酚乳酸菌可以协同增加小肠胰蛋白酶的活性,但不存在剂量上的依赖关系。上述两个研究中茶多酚和乳酸菌对蛋白酶活性协同作用结果基本一致。Al-Mamary等[13]研究证明,低含量单宁高粱饲料对兔子肠道内胰蛋白酶的抑制率为22%,高浓度单宁高粱饲料对胰蛋白酶抑制率升高到56%。这表明单宁含量越高,对胰蛋白酶的抑制效果越明显。Griffiths等[14]以小鼠为模型证明灌胃不同剂量的豆类多酚对胰蛋白酶表现为抑制作用。王昕[15]体外研究证明茶多酚、单宁酸及没食子酸对消化道蛋白酶具有竞争性抑制,当添加1 mg/mL茶多酚1 mL时,对胃蛋白酶和胰蛋白酶的抑制率分别为38.3%、46.3%;当添加1 mg/mL单宁酸1 mL时,对胃蛋白酶和胰蛋白酶的抑制率分别为27.6%、23.3%;当添加0.0053 mg/mL没食子酸1 mL时,对胃蛋白酶和胰蛋白酶的抑制率分别为56.7%、83.7%。综上,植物多酚对肠道蛋白酶活性的作用不一,且体内外试验结果不一,这可能与其聚合度或者结构不同有关,具体作用机制有待进一步研究。

1.2 脂肪酶

脂肪酶是普遍存在于动物、植物和微生物中的一种专一、高效的生物催化剂,只有磷酸化后才具有活性[15]。在吉富罗非鱼基础日粮中分别添加不同含量的葡多酚(0~800 mg/kg)饲养7周,肠道内脂肪酶活性显著提高[8]。Griffiths等[14]以小鼠为模型也证明灌胃不同剂量的豆类多酚对脂肪酶活性表现为促进作用。李雅梅等[16]以高脂模型大鼠为研究对象证明灌胃葡萄籽原花青素6周后,回肠中脂肪酶的活性明显提高,葡萄籽原花青素可提高消化能力,对抑制肥胖有一定的效果。于美慧[10]进一步用不同聚合度的原花青素灌胃小鼠,证明各添加组鼠小肠中的脂肪酶活性明显低于对照组,高聚合组的抑制效果比低聚合组更加明显,同时降低了小鼠的脂肪表观消化率。刘婷等[11]用肉鸡进行试验也证实,单独灌胃茶多酚能增加肠中脂肪酶活性,灌胃茶多酚和乳酸菌的混合物比单独灌胃茶多酚和乳酸菌组,小肠中的脂肪酶活性增加更加明显。李华丽[12]也以肉鸡为模型研究了茶多酚和乳酸菌对脂肪酶活性的相互影响,证明单独灌胃茶多酚明显降低小肠脂肪酶的活性;在固定茶多酚浓度的前提下,复合灌胃不同浓度乳酸菌,小肠和胰脏中脂肪酶的活性随着乳酸菌添加浓度的增加而降低;在固定乳酸菌浓度前提下,复合灌胃不同浓度茶多酚,显著降低了小肠中脂肪酶的活性,但增加胰脏脂肪酶的活性。王昕[15]证明茶多酚能调节抑制脂肪酶的活性,同时黄群等[17]试验发现,黑茶发酵液能够显著抑制脂肪酶活性。多酚类物质对脂肪酶的抑制效果在Al-Mamary等[13]的试验中也得到证实,低含量单宁高粱饲料对兔子肠道内脂肪酶的抑制率为6%,高含量单宁高粱饲料对脂肪酶的抑制率猛增加到43%。

1.3 淀粉酶

淀粉酶是重要的消化酶,主要包括α-淀粉酶、β-淀粉酶,对肠道淀粉酶活性的研究主要针对α-淀粉酶,适量的多酚类物质可以影响肠道淀粉酶活性。在喂养草鱼时投放不同剂量的姜黄素,结果显示,添加量从0.02%增加到0.04%时,淀粉酶活性不断提高,但是当大于0.04%时,淀粉酶活性开始降低[6]。在黄鳝基础饲料中添加不同水平的葡萄籽与青蒿提取物(质量比4∶1)的混合物,能促进肠道中淀粉酶的分泌,酶活性明显提升,且添加量为20 g/kg和30 g/kg时淀粉酶的活性最强,分别为100%和133.33%[18],其中葡萄籽提取物主要是多酚类物质。但在罗非鱼饲料中添加葡多酚对肠道中淀粉酶的活性没有明显的影响[9]。而于美慧[10]选用不同聚合度的原花青素灌胃小鼠,证明各添加组小肠中的α-淀粉酶活性明显低于对照组,高聚合组的抑制效果比低聚合组更加明显,可能是因为高聚合度原花青素与α-淀粉酶有更多的结合位点,它们之间可发生更广泛的相互作用。刘华伟[19]通过在肉兔日粮中添加单宁酸,并取其十二指肠、空肠和回肠内容物检测发现,单宁酸可以显著提高α-淀粉酶的活性。以AA肉鸡为动物模型,在日添粮里加入水解单宁酸,可以显著提高小肠内淀粉酶活性[20]。李华丽[12]也以肉鸡为模型,证实单独灌胃茶多酚能明显抑制小肠和胰脏淀粉酶的活性;灌胃不同剂量乳酸菌复合茶多酚,小肠和胰脏中淀粉酶的活性没有显著变化;灌胃不同剂量茶多酚乳酸菌,小肠和胰脏中淀粉酶的活性也没有显著性变化,这表明茶多酚不影响淀粉酶的活性。而Abeywickrama等[21]证明红茶提取物能够抑制大鼠体内α-淀粉酶活性。Al-Mamary等[13]在试验中证实,不同含量的高粱单宁饲料对消化酶的吸收起到不同的抑制作用,低含量单宁高粱饲料对淀粉酶抑制率37%,高浓度的抑制率达到77%。Links等[22]也证明高粱浓缩单宁可以抑制α-淀粉酶活性,降低血糖含量。Griffiths等[14]以小鼠為模型也证明灌胃不同剂量的豆类多酚对α-淀粉酶表现为明显的抑制作用。Ademiluyi等[23]也发现发酵大豆可以缓解糖尿病大鼠的症状,降低α-淀粉酶活性,且这和它含有的多酚类物质有关。

从以上的研究结果来看,植物多酚对肠道内源酶活性的影响结果不一致,这与试验动物及肠道部位不同有关系,例如仔猪、小鼠、家兔等属于哺乳动物,而鱼、鸡等属于非哺乳动物,肠道部位不同,微生物菌群组成不同,分泌的消化酶量也不同。

多酚的结构以及添加量不同也会影响消化酶的分泌。研究认为多酚结构中酚羟基与酶的肽基-NH-CO-、氨基-NH2、羧基-COOH等通过氢键发生多位点结合,形成不易消化的复合物,影响了消化道内酶的活性[15]。机体结构复杂,代谢、吸收、消化等机能有机的融合在一起,所以体内外试验中多酚类物质对肠道酶活性的影响不同。体外试验证明,香椿叶多酚对α-淀粉酶具有明显的抑制作用[24]。枸杞叶提取物(主要成分为没食子酸和槲皮素)体外也可抑制胰腺α-淀粉酶活性,且呈显著的剂量依赖关系,浓度为10 mg/mL时,酶活性抑制率为67.2%,α-淀粉酶与体内血糖关系密切,而枸杞叶提取物对试验动物肠道葡萄糖吸收无显着影响[25]。相同的结果在Pasukamonset等[26]的试验中得到证实。从水翁花提取的多酚类物质对胰脂肪酶和α-淀粉酶也具有明显的抑制作用[27]。田强等[28]从酶动力学角度,通过体外试验证明葡萄籽提取物对脂肪酶的抑制作用。体外试验证明,红茶提取物及其聚合多酚物质均抑制胰腺脂肪酶活性,IC50值分别为15.5 mg/mL和36.4 mg/mL,红茶可以用于预防饮食诱导的肥胖[29]。研究表明,单体表没食子儿茶素-3-没食子酸酯、山奈酚和槲皮素可以有效抑制胰脂肪酶,IC50分别为0.8、13.4 μmol/L和21.51 μmol/L,且绿茶和葡萄籽等植物提取物也抑制胰腺脂肪酶活性[30]。多酚对消化酶影响的体内和体外试验结果差别很大,不能单独用体外的试验结果或作用机理来解析体内的作用机制。机体消化系统内存在各种微生物菌群,菌群结构不同,导致分泌的消化酶也不同,同时人体摄入的营养也影响到菌群及酶的分泌。动物模型不同,消化酶作用机制不同。如禽类肠道内消化酶所参与的化学消化是禽类主要消化方式而不涉及物理消化和微生物发酵消化,因此在禽类肠道内消化酶含量和酶活性对营养物质的消化及肠道上皮细胞对营养物质的吸收具有重要的作用。因此不能单纯的用一种机制来解释作用机理。

2 植物多酚对外源酶的影响

外源酶主要指由饲料添加的酶或者肠道微生物产生的酶,肠道微生物能够产生一系列与宿主代谢密切相关的水解酶、氧化还原酶、裂解酶和转移酶,主要包括纤维素酶、木聚糖酶及一些其他的酶。国内外研究发现,95%的膳食多酚主要在肠道微生物菌群产生的酶系作用下进行消化吸收[31],同时膳食多酚也会影响微生物产生外源酶系活性[32]。相对来说,关于多酚对外源酶活性的影响研究较少。

纤维素酶是由真菌、细菌等产生的内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡聚糖苷酶等多种水解酶组成的一个复杂酶系,可以协同作用将纤维素降解为葡萄糖。李雅梅等[16]以高脂大鼠为模型,灌胃葡萄籽提取物原花青素后,取其回肠内容物检测发现,原花青素可显著降低肥胖大鼠肠道β-葡萄糖苷酶的活性,从而改善肥胖大鼠高血糖症状。Sengottuvelan等[2]发现用白藜芦醇8 mg/(kg·d)灌胃能使大鼠粪便中β-葡萄糖苷酶活性降低45%,降低结肠癌发病几率。

木聚糖酶是由多种水解酶组成的降解木聚糖的一个复杂酶系。它的来源很广,目前研究最多的是菌群产生的木聚糖酶。木聚糖酶是一种诱导酶,只有存在于木聚糖环境的微生物才会分泌此种酶。通过对比研究发现6月龄小鼠按1∶2比例食用富含多酚的黄豆有利于提高木聚糖酶活性[5]。

研究发现,白藜芦醇灌胃[8 mg/(kg·d)]能使大鼠糞便中β-葡萄糖醛酸酶、β-半乳糖苷酶,粘蛋白酶和硝基还原酶分别降低21%、37%、41%和26%,降低结肠癌的发病几率[2]。试验证明,儿茶素、槲皮素均可以抑制大肠杆菌DNA旋转酶活性[33,34]。发酵大豆中的多酚物质能够降低大鼠体内α-葡萄糖苷酶活性[23]。体外试验中,枸杞叶提取物对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率为35.8%,而对试验动物肠道葡萄糖吸收没有显著影响[25]。

以上研究结果表明,植物多酚对不同的肠道外源酶活性的影响不同,具体作用机制有待进一步研究。

3 植物多酚影响酶活性的作用机制

许多研究表明,多酚中的某些种类还可以通过改变消化酶的活性来对人体产生其他有益效果。多酚可以通过抑制消化酶对脂类和淀粉的分解从而减少热量的摄入,起到预防肥胖以及维持血糖稳定的作用,达到调节营养成分生物利用性的有益效果。同时某些多酚如原花青素对人体还有抗营养作用,该抗营养作用也是由于原花青素与消化酶之间相互作用的结果。原花青素与消化酶的相互作用主要包括对脂肪酶、蛋白酶以及葡萄糖苷酶的抑制[35]。

通过目前的研究进展,总结多酚与消化酶的作用机制有以下几种:(1)多酚对消化酶的抑制作用主要是因为多酚与消化酶的结合,使消化酶分子结构发生变化,致使酶活性降低。由于消化酶分子中疏水基团与苯丙素苷类化合物的疏水作用从而使酶分子中极性基团(如-OH、-SH和-NH2基团)与苯丙素苷类化合物中的-OH基团结合形成氢键结合,改变了消化酶的极性,从而抑制消化酶的活性[36]。(2)不同多酚及其代谢物对不同肠道微生物及其产生的特异性酶活性的影响不同,所以多酚可以通过改变肠道微生物的种类及其数量从而改变肠道外源酶活性[37];例如体外试验证明多酚对消化酶的抑制作用强弱与多酚含量和种类以及消化酶的种类密切相关。Gonalves等[38]以不同花青素和单宁为添加药物,证明多酚的平均聚合程度与对胰蛋白酶的抑制作用有直接关系。Grussu等[39]利用体外试验研究表明不同浆果中多酚物质对α-淀粉酶的抑制作用不同。He等[40]研究证明茶多酚对α-淀粉酶的抑制作用最强,其次是脂肪酶,最后为胃蛋白酶和胰蛋白酶。(3)多酚及其代谢产物可以螯合肠道中与微生物生长相关及与酶合成相关的金属离子,从而影响外源酶活性[41]。

4 小结

近年来,植物多酚作为功能食品活性物质及动物饲料添加剂广泛应用,然而多酚对人体健康以及动物养殖等方面的影响主要取决于其在人体及动物体内的吸收代谢。消化酶与植物多酚的相互作用是近期的研究热点,大量试验证明多酚在体内体外试验中对肠道各种内源酶和外源酶具有抑制或激活作用,试验结果的差异,说明此方面的研究并不完善。就笔者的角度而言,今后针对植物多酚对肠道酶活性影响的研究应集中在以下几点:(1)通过体内试验研究肠道内植物多酚的结构及其与肠道酶的作用方式;(2)以真实食物代替其提取物进行试验,研究植物多酚对肠道酶活的影响;(3)同时结合体内外试验进行研究,深刻阐明植物多酚对肠道酶活影响的作用机制,为植物多酚的进一步有效利用奠定基础。

参 考 文 献:

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