基质效应与微生物代谢之间的相互作用在木质素生物利用度中的重要性

《Journal of the Science of Food and Agriculture》：Importance of interaction between the matrix effect and microbial metabolism in the bioavailability of lignans

　　本研究探讨植物木脂素的基质效应及其对肠道菌群代谢的影响。通过体外发酵实验发现，纯去葡萄糖木脂素（SECO）的肠内酯（如DHENL、HENL、ENL）生成效率较完整种子提取物高50倍。进一步通过小鼠实验证实，发酵处理的大豆饮料显著提升血浆和肝脏中肠内酯的生物利用度，其中ENL的浓度增幅达175%。结果表明，减少基质效应可通过发酵提高木脂素的生物可及性，进而增强其生物活性。

　　植物木质素（lignans）是一类广泛存在于植物中的多酚类化合物，常被认为是植物雌激素。它们在许多食物中存在，如南瓜籽、亚麻籽、黑麦、西兰花等，其中亚麻籽是主要来源之一。木质素通常以糖苷化形式存在，例如二氢松香醇葡萄糖苷（SDG）、联苯二醇葡萄糖苷（pinoresinol diglucoside）、木脂素葡萄糖苷（matairesinol diglucoside）和阿卡丁（arctiin）。由于这些糖苷化形式不易被人体直接吸收，必须经过肠道微生物的代谢转化为相应的非糖苷化形式，如二氢松香醇（SECO）、联苯二醇（END）和木脂素（ENL），然后才能被吸收并发挥生物活性。这些代谢产物被称为木脂素（enterolignans），相较于其前体，具有更高的生物活性和生物利用度。木脂素已被与多种健康益处相关联，包括降低急性冠状动脉事件和子宫内膜癌及乳腺癌的风险。

然而，尽管植物木质素在某些食物中含量较高，如亚麻籽，但其在人体血浆和靶器官中的含量却相对较低。这表明，木质素的生物利用度不仅取决于摄入的量，还受到多种因素的影响，包括食物基质（matrix effect）对木质素代谢的影响。食物基质指的是食物中其他成分对木质素可及性（bioaccessibility）和转化效率的影响。因此，本研究的假设是：食物基质对肠道微生物代谢木质素具有决定性作用，而提高木质素的生物可及性将促进肠道微生物产生更多木脂素，从而提升木质素的生物利用度。为了验证这一假设，我们研究了不同食物基质对木质素转化的影响，并探讨了如何通过提高木质素的生物可及性来增强其生物利用度。

研究采用人类粪便样本和小鼠模型进行。首先，我们研究了肠道微生物对亚麻籽提取物、SECO（二氢松香醇）和ENL（木脂素）的代谢情况。结果表明，人类粪便样本在将SECO转化为ENL的过程中表现出远高于从亚麻籽提取物中转化的效率。这一发现支持了我们的第一假设，即食物基质对木质素的代谢具有显著影响。此外，我们还发现，某些木质素的代谢产物，如DHENL（二羟基木脂素）和HENL（羟基木脂素），在所有样本中均被检测到，这表明这些代谢产物在肠道微生物代谢过程中具有一定的普遍性。

在第二部分，我们研究了富含木质素的食物经过发酵后，对小鼠血浆和肝脏中木质素含量的影响。实验中，我们使用了一种名为*Bifidobacterium pseudocatenulatum* INIA P815的益生菌对富含木质素的豆奶进行发酵，结果显示，发酵后的豆奶（FSBL）在小鼠血浆和肝脏中产生了更高浓度的木质素代谢产物，包括SECO、DMSE（脱甲基二氢松香醇）、DHEND（二氢化二氢松香醇）和ENL（木脂素）。特别是，ENL在发酵后的小鼠体内表现出显著的增加，这表明发酵能够有效提升木质素的生物利用度。

为了更深入地理解木质素代谢的机制，我们对代谢产物进行了详细分析。结果表明，SECO的代谢过程包括脱糖基化、脱甲基化和脱氢化等步骤，最终生成ENL。尽管某些代谢产物如END（羟基联苯二醇）和MATA（木脂素）在一些样本中被检测到，但它们的浓度相对较低，且只有在特定条件下才被生成。此外，我们还发现，不同个体的肠道微生物对木质素的代谢能力存在差异，这种差异可能与微生物的种类和代谢途径有关。

通过对比不同实验条件下的代谢产物，我们发现发酵显著提高了木质素的生物可及性和生物利用度。例如，发酵后的豆奶在小鼠体内生成的ENL浓度比未发酵的豆奶高了175%。这一结果支持了我们的第二假设，即提高木质素的生物可及性能够促进肠道微生物生成更多的木脂素，从而增强木质素的生物利用度。此外，我们还发现，DHENL和HENL在血浆和肝脏中的浓度显著增加，表明它们是具有较高生物利用度的代谢产物。

本研究还探讨了食物基质对木质素代谢的影响。例如，一些研究指出，通过粉碎和研磨亚麻籽可以显著提高木脂素的生物利用度。同样，发酵也是一种有效的方法，能够促进木质素的释放和转化。这表明，通过改变食物的物理形态或进行微生物发酵，可以提高木质素的生物可及性，从而增强其在人体内的生物利用度和生物活性。

研究的结论表明，食物基质对木质素的代谢和生物利用度具有重要影响。减少食物基质的影响可以提高肠道微生物生成木脂素的效率，从而提升木质素的生物利用度和生物活性。因此，发酵作为一种策略，可以有效促进木质素的释放和转化，使其更容易被人体吸收并发挥健康效益。此外，本研究还表明，ENL、DHENL和HENL是具有较高生物利用度的代谢产物，它们在人体内的浓度较高，且与多种健康益处相关。

综上所述，本研究通过实验验证了食物基质对木质素代谢和生物利用度的影响，并展示了如何通过提高木质素的生物可及性来增强其生物利用度。这些发现不仅加深了我们对木质素代谢机制的理解，还为未来研究如何通过饮食干预或微生物发酵来提高木质素的生物利用度提供了科学依据。此外，研究还强调了肠道微生物在木质素转化过程中的关键作用，以及如何通过改变食物基质来优化这一过程，从而提升木质素的健康效益。