谷禾健康
你是否想过,一颗普通的红洋葱、一个清脆的苹果,或者一杯温热的绿茶中,究竟藏着怎样的健康密码?答案指向一种被科学家反复研究的天然活性成分——槲皮素。
作为黄酮类化合物家族中分布最广、含量最丰富的成员之一,槲皮素是植物用来抵御紫外线、病菌和氧化损伤的”保护伞”,而当人类将其摄入体内后,它同样展现出令人惊讶的生物学活性。
大量研究表明,槲皮素的核心能力在于抗氧化与抗炎,并由此延伸出多方面的健康益处:它能中和自由基、激活细胞自身的抗氧化系统,守护心血管的通畅与弹性;它能穿越血脑屏障,为神经元撑起保护伞,延缓大脑衰老;它还能调节免疫反应、缓解过敏与哮喘;并在抗肿瘤和改善代谢紊乱方面展现出令人期待的潜力。可以说,槲皮素是一位”多面手”,在心血管、神经、免疫、代谢等多个系统中发挥着保护作用。
然而,槲皮素并非”吃多少就能用多少”。它的口服生物利用度极低,水溶性差、首过代谢广泛,真正进入血液循环的原形槲皮素微乎其微。那么,是什么在决定槲皮素能否真正发挥作用?
答案藏在我们的肠道里。肠道菌群是槲皮素从”吃进去”到”用得上”的关键枢纽——它们分泌的糖苷水解酶将大分子、难吸收的槲皮素糖苷”拆解”为小分子、易吸收的活性苷元和酚酸代谢物,如二羟苯乙酸(DOPAC)等。没有这些微生物的”加工”,大量槲皮素只能作为无效成分随粪便排出。正因如此,个体间肠道菌群组成的差异,导致了槲皮素效果的”天壤之别”。
接下来,本文将带你全面了解槲皮素的健康益处、食物来源、肠道菌群的深层影响,以及如何才能更科学有效地补充槲皮素?让你摄入的每一口槲皮素都发挥出最大的价值。
槲皮素是什么?
槲皮素(Quercetin),又名栎精或槲皮黄素,是一种广泛存在于植物性食物中的天然化合物,属于黄酮类化合物大家族中的黄酮醇子类(这一类还包括山奈酚、杨梅素等),是人类膳食中重要的功能性植物成分之一。
注:槲皮素是植物界分布最广、最常见的黄酮醇类化合物。
槲皮素本身不提供能量,而是一种植物化学物质(植物次生代谢产物)。植物用它来对抗紫外线、病菌和氧化损伤。简单来说,它像是植物的“保护伞”,同时也赋予了果蔬鲜艳的颜色。
当人摄入后,它会在体内发挥多种生物学作用,因此被认为是一种具有潜在健康价值的天然活性成分。
✔ 槲皮素—分子结构
从化学结构上看,槲皮素具有典型的三环“黄酮骨架”(A、B两个芳香环与中间C环相连),并带有多个羟基(-OH),这些基团赋予其清除自由基的活性。
在自然界中,槲皮素多以与糖结合的糖苷形式存在(如槲皮素-3-O-葡萄糖苷),而去糖后的苷元才是纯槲皮素。糖苷形式水溶性更好、便于植物储存,苷元则更易穿透细胞膜但水溶性较差。
槲皮素的作用主要来自两大核心能力:抗氧化和调节炎症反应,并由此延伸至多个健康领域。下面我们整理了文献中较一致的结论,不过要注意:多数属于实验或临床前研究,具体效果强弱因人而异。
槲皮素的潜在应用
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doi: 10.3390/ph16071020.
1
抗氧化作用(最基础、最重要)
我们的身体每天都会产生“自由基”——它们是代谢的副产物,但过多时会破坏细胞里的DNA、蛋白质和脂肪,导致“氧化应激”(和衰老、慢性病密切相关)。
✔ 中和自由基,减少氧化损伤
槲皮素的羟基能直接“中和”自由基(比如超氧阴离子O₂⁻、一氧化氮NO),还能激活身体自身的“抗氧化系统”:通过Nrf2-ARE信号通路(相当于细胞的“抗氧化开关”),让细胞产生更多“内源性抗氧化剂”(比如超氧化物歧化酶SOD、谷胱甘肽),从根源减少氧化损伤。
槲皮素的抗氧化、抗炎作用
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doi.org/10.1002/fft2.50
此外,它还能“螯合”多余的铁离子——铁过量会引发自由基爆发,槲皮素能把铁“绑住”,避免细胞被“氧化灼伤”。
2
抗炎作用(几乎所有慢病的核心)
慢性炎症是很多疾病的根源之一,而槲皮素可以:
•抑制炎症通路:NF-κB、NLRP3炎症小体;
•降低炎症因子(如TNF-α、IL-6);
•调节免疫反应。
通俗理解,槲皮素可以把身体里“长期低烧的炎症状态”降下来。
槲皮素的抗炎信号通路
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doi: 10.3390/ph16071020.
✔ 健康意义
槲皮素的这一特性对多种疾病可能具有潜在的辅助改善作用:
•例如慢性炎症性疾病等长期炎症相关问题;
•以及与代谢紊乱相关的代谢综合征;
•还包括涉及中枢或外周神经系统炎症反应的神经炎症等情况。
3
守护心血管,降低“血管硬化”风险
心血管疾病的关键诱因是血管内皮损伤(内皮是血管内壁的“保护膜”)和低密度脂蛋白(LDL)胆固醇氧化(氧化的LDL会钻进血管壁形成斑块)。
槲皮素的作用包括:
✔ 促进血管舒张:通过增加“一氧化氮(NO)”的释放,让血管平滑肌放松,降低血压(尤其是高血压或前期高血压患者,每天500mg以上剂量效果更明显)。
✔ 调节血脂:激活肝脏里的“胆固醇7α-羟化酶”(把胆固醇转化为胆汁酸排出),还能促进“反向胆固醇转运”(把血管壁的胆固醇运回肝脏代谢)。
✔ 抗血栓:抑制血小板聚集,减少血管堵塞的风险。
通俗理解:可以把槲皮素看作帮助血管维持“通畅、柔软且更有弹性”,从而降低发生堵塞的风险,让血液在血管中流动更加顺畅稳定。
4
保护神经,延缓大脑衰老
阿尔茨海默病、帕金森病等疾病的核心是神经元死亡(和氧化应激、淀粉样蛋白沉积有关)。槲皮素能穿过“血脑屏障”(很多药物进不去的大脑保护膜),通过:
✔ 抗氧化:减少多巴胺代谢产生的自由基(帕金森病患者脑内多巴胺能神经元易受损)。
✔ 抗淀粉样蛋白:阻止β-淀粉样蛋白(Aβ)聚集形成“老年斑”(阿尔茨海默病的典型病理特征)。
✔ 调节神经信号:激活MAPK/PI3K-Akt通路,保护神经元的结构和功能,改善记忆障碍。
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doi: 10.3390/ijms24076328.
因此,槲皮素可能在一定程度上改善认知功能表现,并可能对延缓神经退行性疾病的发展过程产生帮助,如阿尔茨海默病、帕金森等相关疾病。
5
抗肿瘤潜力(研究较多)
癌症的本质是“细胞失控增殖”,而槲皮素能“精准打击”癌细胞,主要通过以下手段。
槲皮素对癌症主要信号通路的影响
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doi: 10.3390/molecules29051000.
✔ 诱导凋亡:激活“半胱天冬酶(Caspase-3/9)”,让癌细胞“主动自杀”。
✔ 阻断增殖信号:抑制PI3K/AKT通路(癌细胞的“生长油门”),阻止它们无限分裂。
✔ 抗转移:减少“基质金属蛋白酶(MMP)”的分泌,不让癌细胞突破“围墙”转移到其他器官。
✔ 表观遗传调控:通过影响基因表达(比如关闭致癌基因、开启抑癌基因),抑制肿瘤的发生发展。
文献提到,槲皮素对乳腺癌(MCF-7细胞)、前列腺癌(LNCaP细胞)、胃癌(AGS细胞)等多种癌细胞都有抑制作用,甚至能和化疗药物(如SN-38)联用,增强药效并减少副作用。
但必须强调:目前主要是实验和辅助研究,还不能替代癌症正规治疗。
6
缓解过敏与哮喘,减轻呼吸道炎症
哮喘和过敏的核心是免疫系统过度反应:肥大细胞会释放组胺、白三烯等“炎症介质”,导致气道肿胀、黏液增多、呼吸困难。
✔ 槲皮素抑制组胺释放,调节Th1/Th2平衡
槲皮素能“按住”肥大细胞的“兴奋度”——抑制它们释放组胺;还能调节Th1/Th2平衡(免疫系统的两种“作战模式”,过敏时Th2过强),减少炎症因子(比如TNF-α、IL-6)的产生。
动物实验显示,给哮喘模型大鼠喂槲皮素糖苷,能显著降低气道里的炎症细胞(如嗜酸性粒细胞)数量,减轻支气管的高反应性(比如遇到刺激就喘)。
7
调节代谢(肥胖、糖尿病)
肥胖是“能量过剩+慢性炎症”的结果——脂肪细胞会分泌炎症因子(如TNF-α),加重代谢紊乱。槲皮素能:
✔ 抑制“脂肪生成”:下调脂肪酸合成酶(FAS)、乙酰辅酶A羧化酶(ACC)的基因表达,减少脂肪细胞的“变胖”。
✔ 促进“脂肪分解”:增加脂肪细胞里的“脂解作用”,把储存的脂肪变成能量消耗。
✔ 调节“脂肪因子”:减少炎症因子(如TNF-α),增加“脂联素”(帮助提高胰岛素敏感性的好因子)。
✔ 激活“产热通路”:通过AMPK/PPARγ通路上调“解偶联蛋白UCP1”,让白色脂肪(储能型)变成棕色脂肪(产热型),多燃烧热量。
2型糖尿病的核心是“胰岛素抵抗”(细胞对胰岛素不敏感)和“胰岛β细胞受损”。槲皮素能通过多种途径帮血糖“归位”:
✔ 激活AMPK通路(细胞的“能量传感器”):促进肌肉细胞里的“葡萄糖转运蛋白GLUT4”跑到细胞膜上,把血液里的葡萄糖“搬”进细胞(类似二甲双胍的作用)。
✔ 保护胰岛β细胞:减少氧化应激对β细胞的损伤,促进细胞再生。
✔ 抑制“醛糖还原酶”:糖尿病患者体内葡萄糖会转化为“山梨醇”堆积在眼睛里引发白内障,槲皮素能阻断这个反应。
✔ 改善“晚期糖基化终产物(AGEs)”:减少它们对血管、神经的损伤(比如糖尿病神经病变的麻木疼痛)。
槲皮素的药理疗效
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doi: 10.3390/ph16111631.
小结:槲皮素的“天然优势”
槲皮素不是“神药”,但作为植物中的“天然防御物质”,通过多靶点、多通路的方式,帮身体应对氧化、炎症、代谢紊乱等问题,在多个系统(心血管、神经、代谢、免疫等)中发挥保护作用,因此被认为具有预防慢性疾病的潜力。
并且食物中的槲皮素(比如吃红洋葱、苹果)比补充剂更安全——因为食物里的糖苷形式吸收更高效,且和其他营养成分(如维生素C、膳食纤维)协同作用。
简单来说,槲皮素是“吃出来的健康帮手”——多吃富含它的果蔬,就是在给身体的“抗氧化盾牌”和“炎症刹车”助力。
槲皮素广泛存在于多种植物性食物中,主要来源可以按类别系统整理如下:
槲皮素的主要来源
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doi.org/10.1007/s43450-022-00347-6
1
蔬菜类(含量较高、最主要来源之一)
•洋葱(尤其是红洋葱、紫洋葱,含量最高之一);
•西兰花;
•芦笋;
•菠菜;
•羽衣甘蓝;
•菊苣;
•生菜(深色叶菜更高);
•辣椒(尤其是青椒);
•西红柿(含量中等)。
2
水果类
•沙棘、山楂(含量较高);
•苹果(尤其是果皮中含量较高);
•浆果类:蓝莓、蔓越莓、黑莓;
•葡萄(特别是红葡萄);
•樱桃;
•芒果、李子、葡萄柚;
•柑橘类水果(含量相对较低但普遍存在)。
3
饮品类
•茶(尤其是绿茶、红茶);
•咖啡;
•葡萄汁、柠檬汁、番茄汁;
•红酒(来源于葡萄皮中的槲皮素)。
4
谷物与种子类
•荞麦(非常重要来源,含量较高);
•全谷物(如燕麦等,含量相对较低但稳定)。
5
草本与其他植物来源
•其他洋葱属植物(如大葱、韭菜);
•香菜;
•莳萝;
•其他食用植物叶片和外皮部分(通常富集更多)。
•另外,约有100多种药用植物(如槐米、侧柏叶、高良姜、款冬花、桑寄生、三七、银杏、接骨木等)中均含有此成分。
!
补充说明
总体来看,槲皮素主要来自日常的蔬菜、水果和饮品,是一种典型的“广泛存在但分布不均”的植物活性成分。
补充槲皮素并非简单地“吃进去多少,就能利用多少”,其最终能否被有效吸收并发挥作用,还会受到多种因素的共同影响和限制。
▸ 槲皮素在人体内的吸收与利用
槲皮素在自然界中主要以糖苷形式(如槲皮素-3-O-葡萄糖苷、芦丁等)存在,其吸收过程与葡萄糖苷键密切相关。
这一点非常关键,因为:
•不同糖基 → 决定吸收路径不同;
•生物利用度差异很大。
⑴ 释放与水解(胃肠道阶段)
膳食来源:富含槲皮素的食物如洋葱、苹果等,在胃酸环境下,部分糖苷可能开始解离。
在小肠中发生两条主要路径:
①路径A:刷状缘酶水解(最重要)
酶:乳糖苷酶/β-葡萄糖苷酶(LPH等)
过程:
槲皮素糖苷 → 去糖基 → 变为“游离槲皮素”,
随后通过被动扩散进入肠上皮细胞。
②路径B:转运体介导吸收
典型转运蛋白:
SGLT1(钠依赖葡萄糖转运蛋白)
OATP(有机阴离子转运体)
某些糖苷(如槲皮素-葡萄糖苷)可直接被转运进入细胞
重点:是否带“合适糖基”,直接影响吸收效率
结肠吸收(菌群依赖途径):多糖苷(如芦丁)和未被小肠吸收的糖苷进入结肠,依赖肠道菌群分泌的糖苷水解酶将其转化为苷元(后文将重点分析肠道菌群对槲皮素的影响)。
槲皮素在肠道中的吸收、代谢和运输
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doi.org/10.1002/fft2.50
⑵ 肠上皮内“首过代谢”
刚被吸收后,槲皮素几乎不会以“原形”进入血液,而是迅速被转化:
主要代谢反应:
生成:
进入血液循环的主要是“结合型代谢物”,而非原型槲皮素。
⑶ 肝脏进一步代谢(系统性转化中心)
经门静脉进入肝脏后,再次经历强化的代谢,进一步提高:
随后两条路径:
① 进入体循环 → 分布组织;
② 经胆汁 → 回肠道(肠肝循环)。
意义:
槲皮素在肝脏中吸收、代谢和运输
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doi.org/10.1002/fft2.50
⑷ 分布与排泄
代谢产物进入血液循环,分布至器官:
•肝、肾(最高)
•心、肺;
•脑(可跨血脑屏障)。
槲皮素吸收、代谢和体内消除过程
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doi.org/10.1002/fft2.50
最终通过尿液(约5-10%)和胆汁(大部分)排泄。胆汁排泄的代谢物可能进入肠肝循环,再次被肠道菌群水解,延长作用时间。
▸ 槲皮素吸收利用中存在的主要问题
①极低的水溶性与化学不稳定性:槲皮素苷元脂溶性高但水溶性极差,且在生理pH下易氧化降解,这直接限制了其游离形式的生物利用度。
②广泛的首过代谢:如文献中所述,即使摄入高剂量(如50g洋葱或375mL茶),血浆中几乎检测不到原形槲皮素,全是代谢产物,这降低了其直接生物活性。
③吸收的饱和性:小肠的SGLT1转运体容量有限。当摄入高剂量时,吸收率可能反而下降。
④个体差异巨大:不同个体的肠道菌群组成、代谢酶活性(如COMT)差异导致对同一食物来源的槲皮素响应千差万别。
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▸ 肠道菌群如何影响槲皮素的吸收利用?
肠道菌群对槲皮素的吸收利用并非简单的“辅助”,而是决定其最终生物活性的“重要开关”。这个过程本质上是菌群将大分子、难吸收的槲皮素糖苷“拆解”成小分子、易吸收且具有新活性的代谢产物的过程。
槲皮素在食物中大多以糖苷形式(如芦丁、异槲皮苷)存在。这些糖苷分子量大、极性高,无法直接通过小肠上皮细胞被动扩散吸收。如果肠道菌群缺失,这些物质将作为“无效成分”随粪便排出。菌群的作用就是通过酶切和裂解,将其转化为苷元和酚酸,使其具备跨膜吸收能力。
①第一步:去糖基化(活化)
这是吸收的前提。菌群分泌的糖苷水解酶切掉槲皮素分子上的糖链(如葡萄糖、鼠李糖),释放出活性苷元。
关键菌群包括以下几类:
•拟杆菌属(Bacteroides):如 B.uniformis, B.ovatus,擅长产生广谱糖苷酶。
•乳杆菌属(Lactobacillus)与双歧杆菌属(Bifidobacterium):部分菌株可产生β-葡萄糖苷酶/鼠李糖苷酶。
•大肠杆菌(E.coli)与肠球菌(Enterococcus):部分菌株也具备此功能。
具体作用:将芦丁→ 槲皮素-3-葡萄糖苷 → 槲皮素苷元。
如何影响吸收:苷元的脂溶性远高于糖苷,更易通过被动扩散或转运体进入肠上皮细胞。没有这一步,后续吸收无从谈起。
②第二步:C环裂解(降解)
苷元在结肠深处被特定菌群“拆解”骨架,这是生物利用度差异的最大来源。
关键菌群主要是专性厌氧菌:
•真杆菌属(Eubacterium):尤其是 E. ramulus(细枝真杆菌),这是人类肠道中最主要的槲皮素降解菌之一。它能将槲皮素C环裂解,生成3,4-二羟基苯乙酸(DOPAC)。
•梭菌属(Clostridium):如 C. orbiscindens, C.perfringens(产气荚膜梭菌)。它们能执行类似的裂解反应,生成DOPAC或3-(3,4-二羟基苯基)丙酸等。
•黄酮降解菌(Flavonifractor plautii):专门负责黄酮类化合物的C环裂解。
具体作用:槲皮素苷元 → 查耳酮中间体 → 酚酸(如DOPAC)。
如何影响吸收:苷元虽然能被吸收,但极易被肝脏代谢(首过效应)。而DOPAC等酚酸分子量小、水溶性好,吸收效率极高,且能避开部分首过代谢,直接进入体循环发挥全身作用。
③第三步:次级修饰(再加工)
生成的初级酚酸会被其他菌群进一步修饰,改变其生物活性。
具体作用:
•脱羟基:DOPAC(3,4-二羟基)→ 3-羟基苯乙酸或4-羟基苯乙酸。
•甲基化:生成异香草酸等。
这些修饰改变了代谢物的极性和稳定性,影响了其在体内的半衰期和靶点亲和力。
✔ 菌群协作与代谢产物图谱
肠道菌群是一个生态系统,它们通过“交叉喂养”协作完成代谢。例如,Bacteroides thetaiotaomicron本身不代谢槲皮素,但它能降解淀粉为葡萄糖,为 E.ramulus提供能量,从而促进后者对槲皮素的降解。
槲皮素在肠道内的典型代谢路径与产物:
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✔ 菌群差异如何导致生物利用度“天差地别”
“降解型”菌群 vs “保守型”菌群:若个体肠道内富含 E. ramulus 和 梭菌,槲皮素会被迅速降解为二羟苯乙酸(DOPAC),尿液中酚酸排泄量高,全身可利用的活性代谢物多。
若个体缺乏这些裂解菌,槲皮素可能仅被去糖基化,吸收量有限,且多以原形在肝脏被结合排出。
“菌群-底物”匹配度:摄入芦丁(芸香糖苷)等复杂糖苷,完全依赖菌群的α-鼠李糖苷酶和β-葡萄糖苷酶。缺乏相应酶的菌群(如某些人群),芦丁的生物利用度很低。
摄入洋葱(富含槲皮素-4′-葡萄糖苷),小肠可直接吸收一部分,对菌群依赖较小,故生物利用度相对稳定。
小结:菌群影响的“双刃剑”
正面(增效):菌群将“无效”糖苷转化为高生物利用度的活性酚酸,这是槲皮素发挥抗炎(激活CD8+ T细胞)、神经保护等作用的关键步骤。
负面(失活):过度降解会将槲皮素彻底分解为简单酚酸,丧失其原有的强抗氧化活性(因破坏了共轭结构)。
因此,肠道菌群不仅是槲皮素的“吸收助手”,更是其“活性转化工厂”。个体菌群结构的差异(如普雷沃菌与拟杆菌的比例)直接决定了你吃下去的洋葱或浆果,最终有多少能真正转化为进入血液的“有效槲皮素”。
▸ 槲皮素对肠道菌群的具体影响
槲皮素本质上表现为一种“类益生元调节因子”,其核心作用机制是:选择性促进有益菌生长、抑制致病菌繁殖,同时增强菌群代谢产物(如短链脂肪酸)的生成,从而改善肠屏障功能、降低炎症反应并影响全身代谢过程。
槲皮素对肠道菌群的调节作用主要体现在以下几个方面:
⑴ 促进有益菌的生长
•双歧杆菌(Bifidobacterium)↑:多项研究(包括综述和动物实验)一致发现槲皮素可显著增加双歧杆菌数量。这类菌能产生乙酸和乳酸,抑制致病菌生长,促进肠屏障功能,从而改善肠道稳态。
•乳杆菌(Lactobacillus)↑:作为多酚干预后常见的增加菌属,乳酸杆菌能降低肠道pH值,产生抗菌物质,调节免疫功能。
普拉梭菌(Faecalibacterium prausnitzii)↑:作为重要的抗炎菌和丁酸主要来源菌,普拉梭菌能抑制NF-κB炎症通路,维持上皮细胞完整性。
•罗斯氏菌(Roseburia)↑:这是一类与代谢健康密切相关的产丁酸菌,其数量增加有助于改善代谢指标。
•Akkermansia muciniphila ↑(部分研究):作为一种黏液降解菌,Akkermansia muciniphila能促进黏液层更新,与肥胖改善和糖代谢改善密切相关。
⑵ 抑制有害菌/条件致病菌
•变形菌门(Proteobacteria)↓:作为肠道菌群失衡的关键标志菌门,变形菌门包含多种致炎菌。研究显示在小鼠中,槲皮素干预可显著降低变形菌门数量。
•大肠杆菌(Escherichia coli)↓:作为典型的内毒素(LPS)来源菌,大肠杆菌数量减少与炎症减轻和肠屏障功能改善相关。
•肠杆菌科(Enterobacteriaceae)↓:这类菌与代谢紊乱密切相关,其数量减少有助于改善代谢指标。
•梭杆菌科(Fusobacteriaceae)(部分下降):与炎症反应和肿瘤发生相关,部分研究显示槲皮素可降低其数量。
⑶ 恢复菌群多样性
菌群多样性是肠道健康的重要指标。文献研究显示,抗生素破坏后肠道菌群多样性显著下降,而槲皮素干预可使α多样性显著恢复。这表明槲皮素的核心作用之一是“把失衡菌群拉回健康结构”。
⑷ 对菌群代谢产物的影响
短链脂肪酸(SCFAs)↑:槲皮素干预可显著增加短链脂肪酸的生成,尤其是丁酸盐↑(最关键)、丙酸盐↑、乙酸盐↑。
动物研究显示,槲皮素干预后粪便丁酸盐水平显著增加。丁酸盐作为肠上皮细胞的主要能量来源,具有多种重要生理功能:增加紧密连接蛋白表达、降低炎症反应、调节免疫Treg细胞等。这是“菌群→宿主”相互作用的关键桥梁。
内毒素(LPS)↓:槲皮素通过减少大肠杆菌和变形菌门等内毒素产生菌的数量,显著降低肠道内毒素(LPS)水平。其结果是:
•降低全身炎症反应
•改善胰岛素抵抗
代谢通路改变:代谢组学研究显示,在小鼠中,槲皮素干预可引起多条代谢通路的改变,这些变化与糖脂代谢改善密切相关。
⑸ 对肠道屏障功能的影响
槲皮素对肠道屏障功能的改善作用主要体现在:
•紧密连接蛋白 ↑:ZO-1、Occludin和Claudin等紧密连接蛋白表达增加;
•肠通透性 ↓:D-乳酸和二胺氧化酶等肠通透性指标显著下降;
•肠道形态改善:绒毛长度增加,黏膜厚度增加。
槲皮素调节肠道微生物组成及肠道屏障保护
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doi.org/10.1002/fft2.50
结果:有效防止”肠漏”发生,减少毒素进入血液循环。
总的来说,槲皮素可以通过促进有益菌、抑制致病菌、增强短链脂肪酸生成并修复肠屏障,将肠道从“炎症型生态”转向“稳态型生态”,进而对代谢、免疫乃至全身健康产生系统性益处。
随着对槲皮素研究的不断深入,人们逐渐发现其与多种药物之间存在较为复杂且多层面的相互作用,这些相互作用可能在一定程度上影响相关药物的疗效发挥,甚至增加不良反应发生的风险。
本章节将围绕槲皮素与不同类别药物之间的相互作用,从其潜在机制入手,结合相关研究结果,对其可能产生的影响及其在临床应用中的意义进行较为全面的介绍。
▸ 槲皮素与药物相互作用的基本机制
槲皮素与药物的相互作用主要通过以下三个途径实现:
⑴ 影响药物代谢酶系统(CYP450酶系)
槲皮素可抑制肝脏和肠道中的细胞色素P450(CYP450)酶系统,尤其是CYP3A4和CYP2C19。这些酶负责许多药物的代谢清除,当它们的活性被抑制时,药物在体内的代谢减慢,导致血药浓度升高,可能增强药效或增加毒性风险。
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⑵ 干扰药物转运蛋白功能
槲皮素可抑制多种药物转运蛋白,包括:
OATP(有机阴离子转运蛋白):如OATP1B1、OATP1B3,主要负责药物从血液进入肝细胞的摄取过程。
P-gp(P-糖蛋白):主要在肠道、肾脏和血脑屏障中表达,负责将药物从细胞内泵出。
BCRP(乳腺癌耐药蛋白):参与多种抗癌药物的外排过程。
MRP2(多药耐药相关蛋白2):参与药物及其代谢物的排泄。
这些转运蛋白被抑制后,会改变药物的吸收、分布和排泄过程,导致血药浓度异常变化。
⑶ 药效学协同或拮抗作用
槲皮素本身具有抗氧化、抗炎、降糖等生物活性,与具有相似或相反作用的药物联用时,可能产生协同或拮抗效应,增强或减弱药物疗效。
简单来说,槲皮素通过“抑制代谢+改变转运+协同药效”这三种方式,影响药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄,从而改变药物的血药浓度(AUC)和最终疗效/毒性。
1
槲皮素与抗癌药物的相互作用
槲皮素与抗癌药物的相互作用具有“双刃剑”特性,既可能增强疗效,也可能增加毒性风险。
✔ 作用机制总结:
槲皮素通过以下途径影响抗癌药物效果:
•抑制P-gp和BCRP表达,逆转肿瘤细胞的多药耐药性。
•增加caspase-3活性和Bax/Bcl-2比值,促进肿瘤细胞凋亡。
•减少ROS相关损伤,发挥抗氧化保护作用。
•抑制NF-κB通路,增强抗炎和抗肿瘤效果。
槲皮素与抗肿瘤药物用于治疗癌症
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doi.org/10.1007/s43450-022-00347-6
2
槲皮素与降糖药物的相互作用
槲皮素本身具有一定的降糖活性,与降糖药物联用时可能产生协同效应,增强降糖效果,但有时也会增加低血糖风险。
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✔ 临床意义:糖尿病患者在服用降糖药物期间,若同时使用槲皮素补充剂,应密切监测血糖变化,警惕低血糖发生,必要时调整药物剂量。
3
槲皮素与抗生素的相互作用
槲皮素与抗生素的相互作用较为复杂,可能增强或减弱药效,或影响药物代谢。
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特别提示:槲皮素还可通过改变肠道菌群组成影响口服抗生素的代谢和吸收,可能导致药效不稳定。
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槲皮素与心血管药物的相互作用
槲皮素与多种心血管药物存在显著相互作用:
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!极高风险组合:地高辛与槲皮素的相互作用已在动物实验中证实可导致猝死,临床应避免合用。
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槲皮素与降脂药物(他汀类)的相互作用
他汀类药物是CYP3A4和OATP的底物,易受槲皮素影响。
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✔ 临床建议:服用他汀类药物的患者,若同时使用槲皮素补充剂,应密切监测肌痛、乏力等症状,定期检查肌酸激酶(CK)水平,警惕肌病和横纹肌溶解症的发生。
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槲皮素与精神药物的相互作用
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槲皮素与凝血药物的相互作用
槲皮素具有抑制血小板聚集和抗凝血作用,与抗凝药物联用时可能增加出血风险。
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!特别警告:华法林与槲皮素的相互作用具有高度风险,可能导致严重出血事件,临床上应避免将高剂量槲皮素与华法林联用。
▸ 槲皮素药物相互作用的特点与风险因素
⑴ 剂量依赖性
槲皮素和药物相互作用具有明显的剂量依赖性:
膳食摄入(低剂量):日常饮食中摄入的槲皮素(如每天食用洋葱、苹果等)剂量较低(通常为数毫克至数十毫克),一般不会产生显著的药物相互作用。
补充剂(高剂量):当槲皮素以补充剂形式高剂量摄入时(通常为500mg/天以上),药物相互作用风险显著增加,可能产生临床意义的影响。
⑵ 个体差异大
不同个体对槲皮素与药物相互作用的反应存在显著差异,主要影响因素包括:
肠道菌群组成:肠道菌群可代谢槲皮素,不同菌群结构可能导致槲皮素代谢产物和暴露量的差异。
基因多态性:CYP450酶系(如CYP3A4、CYP2C19)和转运蛋白的基因多态性可影响其活性,导致药物代谢和转运的个体差异。
基础疾病状态:肝肾功能不全可能影响槲皮素和药物的代谢排泄,增加相互作用风险。
⑶ “体外强,体内不一定强”
许多槲皮素的药物相互作用在体外实验中显示显著效果,但在人体研究中可能观察不到同等程度的影响。这是因为:
•槲皮素在体内会被快速代谢,生物利用度较低;
•体外实验中槲皮素浓度通常高于体内可达到的实际浓度;
•肠道首过效应和组织分布特性可能减弱其体内作用。
因此,不能单纯根据体外研究结果推断槲皮素在人体内的药物相互作用强度。
小编的话
槲皮素是一种具有多种生物活性的天然黄酮类化合物,通过抑制CYP450代谢酶、干扰转运蛋白功能和产生药效学协同/拮抗作用,可与多种药物发生相互作用。这些相互作用在高剂量补充剂使用时尤为显著,可能影响药物疗效或增加不良反应风险,尤其是与地高辛、华法林、降糖药和抗癌药等联用时需特别谨慎。
对于大多数健康人群,通过日常饮食适量摄入槲皮素是安全的,无需过度担忧。但对于需要长期服用药物的慢性病患者,特别是服用上述高风险药物的人群,应避免自行使用槲皮素补充剂,必要时在医生指导下使用,并进行密切监测,以确保用药安全有效。
槲皮素作为一种广泛存在于天然食物中的多酚类活性成分,其摄入方式与体内利用效率近年来逐渐受到关注。尽管槲皮素具有多种潜在健康益处,但其实际生物效应在很大程度上受到吸收效率、生物利用度及个体差异的限制。
基于此,有必要对槲皮素的合理摄入途径、补充剂使用时机以及提高其利用率的关键因素进行系统梳理,以更科学地指导其在营养与健康管理中的应用。
吃进去≠被身体用上
在讨论”怎么补”之前,我们必须面对一个重要的科学事实——槲皮素的口服生物利用度极低。
原因包括:
所以,补充槲皮素的核心逻辑从来不是”吃多少”,而是”吃对形式 + 吃得更容易被吸收 + 让肠道菌群帮你加工“。接下来的内容都围绕这个逻辑展开。
1
从天然食物获取:最安全、最推荐的基础方式
✔ 哪些食物富含槲皮素?
槲皮素广泛存在于植物性食物中,但含量差异巨大。以下数据来自数据库及文献汇总:
槲皮素的主要来源
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doi: 10.3390/ph16071020.
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几个值得记住的要点:
✔ 怎么吃才能留住更多槲皮素?
知道吃什么只是第一步,怎么吃同样关键——甚至更关键。
第一,少加工、少去皮: 槲皮素集中在植物表皮和外层组织中。苹果带皮吃、洋葱只去最外层干皮,是最简单的保量策略。煮沸会显著降低槲皮素含量,储存12天的洋葱会损失约33%。因此,优先选择生食,若需烹调,应以快炒或短时蒸煮为宜。
第二,搭配一点脂肪:槲皮素虽非典型脂溶性物质,但具有较强脂溶性,与膳食脂肪同服可使其生物利用度提高约2倍。实际应用中无需精确控制脂肪摄入,简单搭配如橄榄油拌洋葱、西兰花配坚果或苹果蘸花生酱即可。
第三,长期规律摄入远比一次猛吃重要: 口服槲皮素糖苷后,消除半衰期约为11–28小时,这意味着它不会在体内长期蓄积。一次性大量摄入后其水平会迅速回落,而每日少量、持续补充更有助于维持稳定血药浓度,从而发挥抗炎和抗氧化作用。
✔ 天然食物的隐性优势
为什么始终推荐以食物为基础?不只是因为”天然”这个标签,而是有实实在在的科学理由:
简而言之,日常保健和轻度抗炎需求,食物完全够用。
2
补充剂:什么时候才真正有意义?
✔ 谁需要考虑补充剂?
如果你的情况属于以下任何一种,单纯靠食物可能不够:
✔ 补充剂的最大痛点:吸收差
普通槲皮素苷元补充剂面临和食物一样的问题——甚至更严重,因为食物中的糖苷形式反而比苷元更容易吸收。
好在,科学的进步已经提供了一些解决方案:
①先进制剂
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②改变化学形式:槲皮素寡糖苷比苷元吸收率高约 20 倍,比芦丁高 10 倍,比单糖苷高 2 倍。这实际上更接近天然食物中槲皮素的存在形式。
③简单搭配策略:
✔ 安全上限
推荐每日最大剂量为1200mg。1000 mg/天持续 12 周的临床试验未观察到显著副作用,但超过12周的长期安全性数据目前仍然缺乏。
高剂量(>1 g/天)可能引起头痛、胃肠不适、四肢刺痛感,长期大剂量还可能增加肾结石风险(与草酸盐代谢物有关)。此外,槲皮素可抑制甲状腺过氧化物酶和 5′-脱碘酶 I 型,甲状腺功能异常者需格外谨慎。
3
被严重低估的关键变量:肠道菌群
未被小肠吸收的槲皮素进入结肠后,需要特定肠道细菌将其”拆解”为更小的活性分子。目前已鉴定出多个关键菌种:
这些细菌产生的代谢产物——二羟苯乙酸(DOPAC)、原儿茶酸、3-(3,4-二羟基苯基)丙酸等——是槲皮素在体内发挥许多生物学效应的重要”功臣”。
✔ 菌群代谢物增强抗肿瘤免疫
2025 年发表在 Cell Metabolism 上的研究揭示了一个令人振奋的机制:槲皮素被肠道菌群代谢产生的 二羟苯乙酸(DOPAC),可通过激活 KEAP1-NRF2 通路增强 CD8⁺ T 细胞的抗肿瘤免疫功能,并与免疫检查点阻断疗法产生协同效应。
这意味着,槲皮素的抗癌潜力可能高度依赖于你的肠道菌群能否将它转化为 DOPAC。
✔ 个体差异较大
由于每个人的肠道菌群组成不同,对槲皮素的代谢能力存在巨大差异。抗生素破坏菌群后,槲皮素的生物活性显著降低。这解释了一个常见困惑:为什么有人吃了槲皮素觉得效果明显,有人却毫无感觉——不是槲皮素没用,而是你的菌群”加工厂”产能不同。
✔ 怎么优化?养好你的菌群
好消息是,槲皮素与肠道菌群的关系是双向的:槲皮素也能反过来调节菌群组成——降低厚壁菌门/拟杆菌门比值,增加 Akkermansia、双歧杆菌和乳杆菌等有益菌。但要启动这个正向循环,你需要同时做好两件事:
一句话总结:养菌群就是养槲皮素的效果。
✔ 黄金搭配:让槲皮素发挥更大效用
槲皮素 + 维生素C:这是最经典、证据最充分的组合。维生素C不仅能与槲皮素产生协同抗氧化效应,还能稳定槲皮素分子、减缓其氧化降解。
槲皮素 + 多酚:天然食物中,槲皮素从不孤军奋战。白藜芦醇、儿茶素(绿茶)、花青素(浆果)等多酚类与槲皮素存在协同抗炎效应。与其追求单一成分的高剂量,不如通过多样化的植物性饮食构建一个”多酚朋友圈”。
槲皮素 + 膳食脂肪:搭配脂肪可提升约2倍生物利用度。不需要大量油脂,一小勺橄榄油或几颗坚果即可。
一句话总结
槲皮素不是”吃得越多越好”的简单营养素,而是一个依赖吸收效率和肠道菌群加工的功能性成分。
最优策略是:以天然食物为根基,用科学搭配提升吸收,在特定需求下谨慎选择高生物利用度补充剂——同时,永远别忘了照顾好你肠道里那些默默帮你”加工”槲皮素的小小细菌。
来自蔬菜水果中的槲皮素作为一种天然多酚类活性成分,在抗氧化、抗炎、心血管保护、神经保护、抗肿瘤及代谢调节等领域展现出了广泛的潜在益处。
肠道菌群对槲皮素而言是一个精密的活性转化工厂。与此同时,槲皮素也能反过来调节菌群组成,促进有益菌增殖、抑制致病菌、增加短链脂肪酸生成并修复肠屏障,形成一个双向互促的循环。
个体菌群特征可以预判个体对槲皮素的代谢能力,例如关键降解菌(如E. ramulus、Flavonifractor plautii等)的丰度,从而实现”因人制宜”的个性化推荐。
未来槲皮素菌群代谢产物的药理活性值得更深入的研究,尤其是在抗肿瘤免疫、神经保护等方面的具体机制和临床转化潜力。此外,如何通过益生元、益生菌或菌群移植等手段定向优化肠道菌群,以提升槲皮素的生物利用度,值得持续关注和探索。
注:本账号内容仅供学习和交流,不构成任何形式的医疗建议。
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谷禾健康

有人在的地方就有江湖,这也同样适用于细菌。
单个细菌的行动往往只是徒劳,然而当它们在一起的时候,集体行动的能力令人刮目相看。
细菌使用化学物质作为它们的“语言”,使用化学通讯来区分自己的物种和其他物种。
实际上它们看不到,并不知道彼此在那里,但它们可以测量化学物质的浓度。
当这些化学物质的水平达到临界水平时,会向细胞内部传递一个信号,该信号会提醒每个细菌细胞及其他在附近的细菌同胞,告诉它们已达到“法定人数”。

然后,整个细菌群作为一个大的、协调的群体,去执行单个细菌无法完成的任务。
以上就是所谓的“ 群体感应 ”。
微生物细胞群体密度的增加使微生物之间的细胞间通讯成为可能,从而产生群体感应信号。

生物发光、毒性因子产生、次级代谢产物产生、DNA摄取能力、生物膜形成等,这些都离不开群体感应。
如果有一两个细菌进入我们体内,它们释放出一些有毒物质或毒素,对于我们几乎没啥影响。
但是如果它们“略施计谋”,等待并计算自己的数量,等到大量细菌一起分泌毒素,攻击人体,那么就可能会压倒人的免疫系统。
它们可以利用群体感应启动致病性。
干扰群体感应有可能阻止有害细菌的致病。当然,促进群体感应,特别是有益细菌,也可以使我们更健康,并可能产生有价值的药品和工业产品。
本文我们详细了解一下细菌世界里的各种故事,群体感应期间会发生什么,群体感应如何影响宿主,群体感应在生物膜的形成中发挥什么作用,与哪些疾病相关,该如何利用群体感应控制疾病从而利于人体健康。
群体感应(简称QS)是细菌细胞与细胞之间的交流过程,涉及到细胞外信号分子自诱导剂(AIs)的产生、检测和响应。AIs使细菌能够感知和响应时间和连续环境,并通过改变基因表达来协调菌落的行为。


doi: 10.3748/wjg.v27.i42.7247
说起群体感应,就要了解以下三个主要的信号分子。
1. AHL(酰基高丝氨酸内酯Acyl-Homoserine Lactones)
在革兰阴性菌中由AHL介导
AHL是由合成酶复合物产生的,AHL可以通过膜自由扩散。AHL被其细胞内受体识别,复合物与靶基因调控元件结合。
许多革兰氏阴性细菌利用LuxI/LuxR型群体感应系统,产生一系列AHL信号,当与同源LuxR同源物结合时,这些信号可调节控制多种性状的基因的表达。LuxR同系物可与一系列AHL结合。

图片来源:Wikimedia Commons
2.自诱导肽 AIP(Autoinducing Peptides)
在革兰阳性菌中的由AIP介导
在革兰氏阳性细菌中,群体感应通常由称为自动诱导肽(AIPs)的小分泌肽控制。AIP由核糖体作为前体肽合成,然后加工并主动运出细菌细胞。
AIP传感涉及与细菌膜中的传感器激酶信号受体结合,然后使控制靶基因转录的细胞质反应调节器磷酸化。
AIP控制革兰氏阳性细菌的一系列细菌功能,包括枯草芽孢杆菌的产孢和能力,以及金黄色葡萄球菌的毒力。
3. AI-2(Autoinducer 2)
在革兰阴性菌和革兰阳性菌中均能由AI-2介导,细菌世界里的“通用语言”
Al-2存在于一些革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌中。AI-2需要一种转运蛋白才能进出细胞。现在人们普遍认为,AI-2在革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌中都是一个重要的信号,但其信号活性仅限于具有特定AI-2受体的细菌。
AI-2控制多种细菌功能,包括哈维氏弧菌的发光和许多细菌的生物膜形成。
除了以上三种之外,当然也有其他一些信号分子,例如:
研究人员从luxS/AI-2细菌性肠出血性大肠杆菌中纯化了一种假定的自诱导信号AI-3。进一步的研究证实,AI-3的合成独立于LuxS(AI-2合酶)。
AI-3是属于吡嗪酮家族的几种产物。苏氨酸脱氢酶(Tdh)介导的AI-3信号产生和氨基酰基tRNA合成酶相关的自发环化是两个基本反应。
不同细菌种类采用的主要群体感应系统


doi.org/10.3390/microbiolres12040068
肠道是一个特别动态的环境,许多观点表明群体感应是肠道生态系统中的一个新角色。
微生物群具有极其稳定的结构。肠道微生物群的稳定性取决于群体感应。
▸在正常生理条件下,群体感应可能有助于肠道细菌的空间分布
肠道细菌分布和群体感应信号

doi.org/10.3389/fmicb.2021.611413
在回肠(小肠)中,乳酸杆菌和变形杆菌是最丰富的细菌。大肠杆菌属于变形杆菌,通过AI-2、吲哚和AHL信号与其他细菌进行通信。
在盲肠隐窝中,可以发现厚壁菌,包括梭状芽孢杆菌、乳酸杆菌、肠球菌、变形杆菌和放线杆菌。该区域可能存在AIP、AHL、吲哚、AI-2和AI-3。
在近端结肠的远端,一条薄而致密的带(交错层)将细菌与上皮分离。近端结肠的交错层主要为毛螺菌科和瘤胃菌科。
从横结肠到直肠,粘液增加并分为两层。厚壁菌、拟杆菌、放线菌、变形菌和疣微菌门生活在松散的黏液层中。
▸肠道菌群如何利用群体感应来生存?
根据已发表的研究,可以推断,盲肠和近端结肠的隐窝和横向皱襞中的聚集物的大小大于肠腔中的聚集物,在肠腔中,粪便不断被肠道运动挤压。生活在这里的厚壁菌可能会产生足够的群体感应信号,通过AI-2影响自己的群落以及邻近物种。
厚壁菌
约83.33%的厚壁菌含有LuxS蛋白直系同源物,这是一种产生AI-2的必要合成酶,而拟杆菌中仅在16.83%发现。这种AI-2生产能力的显著差异可能加强厚壁菌的竞争优势,使其能够支配盲肠和近端结肠。
拟杆菌
在拟杆菌中,B. thetaiotaomicron从膳食中植物多糖或无多糖的黏液聚糖中获取碳源。它们有很高的代谢能力,在粘液和管腔中同样复制自己。然而,由于缺乏LuxS直系同源物(KEGG碱基),它们发现很难与其他物种竞争,如梭状芽孢杆菌和乳酸杆菌等,它们利用AI-2形成生物膜或自我生长。
▸同样是大肠杆菌,生活在粘液比管腔获取更多铁,这离不开群体感应AI-2
粘液驻留细菌和管腔共生细菌种类繁多,通常分布在不同的生态位中,营养素的利用方式不同。
同样是大肠杆菌,它在外粘液中能够快速复制;而在肠腔中,由于有限的糖苷水解酶,大肠杆菌保持在固定相。
粘液是分离细菌和肠上皮的物理保护屏障,并不断更新。内粘液层周转迅速,最终转化为松散的外粘液层。外层通过肠道运动与结肠内容物一起排出。下一轮的食物伴随着潜在的粘液,使细菌重新定居。
AI-2分子调节生物膜的形成,并允许一些细菌(如双歧杆菌和乳酸杆菌)粘附和富集。在粘液周转期间,生活在粘液中的大肠杆菌细胞选择性增殖,而不是从管腔内容物中重新定居。
此外,AI-2信号与细菌的铁代谢调节有关,包括放线杆菌、弧菌和双歧杆菌。
研究表明,相对管腔而言,定植于粘液中的大肠杆菌可以利用更多的铁,这可能是由于在粘液中暴露更多的AI-2信号所致。
群体感应信号可能有助于共栖肠道细菌相互协作,增强抵抗入侵者定殖的能力,并通过调节某些物种的相对丰度来保持动态平衡。当然这是一个需要进一步探索的研究领域。
在肠道这样一个网络化、复杂的生态系统中,宿主不断与数以万亿计菌群相互作用。 细菌的交流必须从一个大的角度来看待。群体感应如何影响宿主?
可以通过两种方式:直接或间接。
细菌和宿主之间通过群体感应分子的对话


doi: 10.3748/wjg.v27.i42.7247
▸直接的方式:
群体感应分子可以通过与宿主细胞(如上皮细胞或免疫细胞)的直接接触(全箭头,左)影响宿主,如铜绿假单胞菌群体感应分子3-oxo-C12-HSL那样,它可以自由进入哺乳动物细胞。
▸间接的方式:
当达到细菌群落内的阈值浓度时,群体感应自动诱导剂会同步群体行为,如肠出血性大肠杆菌中的毒力和附着消除策略,从而间接影响宿主(上图虚线箭头,中间)。
此外,群体感应分子可以通过对具有不同代谢特性的其他细菌种群的影响,间接改变宿主(右虚线箭头)
细菌代谢改变有益的代谢产物,如短链脂肪酸和胆汁酸。通过调节肠道微生物群组成,群体感应可以通过促进有害或有益细菌间接影响肠道生理学。
例如,AI-2通过促进厚壁菌生长来调节失调菌群。体外和体内的一些研究描述了肠道病原体如何通过群体感应向共生体发出信号,并触发毒素、毒力因子和生物膜的表达。
此外,AI-3控制使肠出血性大肠杆菌通过附着和清除过程引起损伤的基因。
以上是群体感应影响宿主的途径。接下来我们来看,肠道细菌的群体感应给宿主带来的影响具体表现在哪些方面?
目前研究其对宿主的影响,主要包括屏障功能、炎症过程、致癌作用这三方面。
群体感应分子对肠上皮屏障功能不同参数的影响


doi: 10.3748/wjg.v27.i42.7247
铜绿假单胞菌群体感应分子3-oxo-C12-HSL诱导多种细胞类型的凋亡,包括上皮细胞,促进肠道屏障的破坏。此外,3-oxo-C12-HSL破坏紧密连接,从而导致细胞旁通透性增加,并影响粘蛋白的产生。而3-oxo-C12:2-HSL和色氨酸代谢物吲哚保护紧密连接。
与OCTN2结合的枯草芽孢杆菌CSF也通过激活HSP27信号来减少细胞死亡,从而促进肠道屏障的完整性。
群体感应分子对肠道屏障功能和免疫反应的影响

doi: 10.3748/wjg.v27.i42.7247
3-oxo-C12-HSL刺激中性粒细胞的化学吸引和吞噬并诱导细胞死亡,其对免疫细胞的促炎或抗炎作用更为复杂。
除了对肠道屏障的作用外,群体感应分子在肠道免疫室的不同因子也产生作用,该免疫室参与与上皮室的复杂串扰,以维持对肠腔内容物的适当免疫反应。
群体感应分子对不同细胞类型炎症的影响

doi: 10.3748/wjg.v27.i42.7247
自体诱导剂AI-2和AI-3通过分别诱导免疫介质TNSF9和白细胞介素(IL-8)的表达,对巨噬细胞产生促炎作用,而3-oxo-C12:2-HSL可减少上皮细胞产生IL-8。
所有这些群体感应分子如何在生理环境中穿过肠道屏障和/或到达体内免疫细胞仍有待澄清。
越来越多的证据表明,肠道微生物群失调在大肠癌的发展中起着重要作用。条件致病菌较多促进肠道炎症,这是大肠癌发病的驱动因素之一。
一些驱动病原体,如脆弱拟杆菌,可以促进强烈的Th17炎症反应。这种促炎微环境可能有利于条件致病菌(如梭杆菌属)的定植。因此,梭杆菌优势生物膜与人类结直肠癌相关。
总之,这些发现支持多微生物相互作用和细胞间通讯可能在大肠癌的发展中发挥重要作用。然而,在大肠癌期间,细菌如何与自身和宿主进行沟通仍不清楚。
最近的研究,为群体感应分子AI-2在大肠癌细胞间通讯中的作用提供了新的见解。
首先,与人类大肠癌周围正常组织相比,肿瘤中的AI-2浓度增加。根据CRC TNM(肿瘤结节和转移)评分,这些水平也与疾病的进展相关。
CD4-TnAi的表达与肿瘤细胞的免疫反应呈负相关。
在分子水平上,已证明AI-2通过TNFSF9信号通路诱导U987衍生巨噬细胞的体外M1极化。
这些发现表明,AI-2可能是与免疫肿瘤微环境相关的一个重要因素,并阐明了群体感应系统在大肠癌发展和进展中的作用。
有趣的是,哺乳动物上皮细胞能够产生模拟AI-2效应的AI-2类似分子,这说明了细菌-宿主串扰的复杂性。因此,更好地了解参与肿瘤发生的群体感应分子,可能是提高我们对大肠癌发生机制的认识的一个机会。
以上是群体感应对宿主的影响,那么对于群体感应的影响,宿主有没有什么回应?下面章节我们继续来看。
宿主细胞除了受到细菌群体感应分子的调控外,还通过反击对群体感应信号作出反应。
肠上皮细胞分泌模拟AI-2的信号类似物
当受细菌衍生的可溶性分子影响时,肠上皮细胞可以分泌模拟AI-2的信号类似物,从而影响肠道细菌。当缺乏AI-2信号产生的LuxS突变株与从结肠组织分离的上皮细胞共培养时,发现通常由AI-2诱导的lsr基因转录增加。这归因于肠上皮细胞生产的AI-2模拟物。
此外,这些信号与上皮紧密连接损伤有关。上述结果表明,宿主衍生的AI-2模拟物可能与肠道细菌粘附和上皮屏障破坏有关。
宿主分泌的分子可以被细菌利用,作为肠道微环境中的群体感应信号
儿茶酚胺等宿主激素可促进细菌生长。Epi/NE可由群体感应系统的QseC受体感知。最近的研究表明,其他肾上腺素能受体包括QseE和CpxA在内,它们与 QseC 在系统发育图谱上存在显着差异,它们也充当受体发挥作用。
1-辛酰基-rac-甘油(OCL),一种在哺乳动物胃肠道中含量丰富的单酰甘油,形成三酰甘油,并作为化学伴侣稳定大肠杆菌中的SdiA,使其具有基础活性。
脂肪酸抑制生物膜,影响群体感应
脂肪酸(FAs)广泛存在于各种生物体中,其化学结构与扩散信号因子(DSF)家族相似。一些革兰氏细菌将DSF用作生物膜形成和毒力的群体感应信号。FAs与DSFs相似,可抑制细菌生物膜或其他群体感应依赖性基因的表达,并影响AHL和AI-2信号转导。
常见的人体病原体,包括伯克霍尔德菌、铜绿假单胞菌、弧菌、幽门螺杆菌和沙门氏菌,都利用DSF。其中一些药物专门针对胃肠系统。在小肠缺乏物理屏障的情况下,化学屏障在分离小肠中的细菌和上皮细胞,从而保护宿主免受病原体感染方面起着关键作用。胆汁中的FAs还可以模拟群体感应信号来调节细菌生物膜的形成。
以上是细菌通过群体感应和宿主之间的互相交流,具体到疾病中,这些交流是怎么运作的?
铜绿假单胞菌是一种作用于人体组织的条件致病菌。它通过三个主要的群体感应系统起作用,包括两个AHL依赖的LuxI/LuxR型系统和一个假单胞菌喹诺酮类信号(PQS)系统。
铜绿假单胞菌利用AHL信号家族中的N-3-氧代-十二烷基-高丝氨酸内酯(3O-C12-HSL)和N-丁基-L-高丝氨酸内酯(C4-HSL)控制300多个基因,其中许多基因参与毒力调节。PQS系统与生物膜的形成有关。
当铜绿假单胞菌感染人体时,上述群体感应信号与人体细胞相互作用,导致包括中性粒细胞、巨噬细胞以及上皮细胞在内的免疫细胞发生生理和功能变化。
与缺乏AHL产生的突变铜绿假单胞菌菌株相比,含有3O-C12-HSL和C4-HSL的野生型菌株促进巨噬细胞吞噬。3O-C12-HSL导致细胞体积增加,这与水通道蛋白9(AQP9)的上调有关,AQP9是炎症性肠病(IBD)的一种慢性炎症标记物。
研究分析了健康受试者和出现炎症发作或病情缓解不足的IBD患者的粪便。使用液相色谱法和质谱法检测这些样品中的AHL。
在AHL中,3-oxo-C12:2在健康组中显著富集,与伴有FLARE的IBD患者相比,IBD缓解组中含量更高。与3-oxo-C12(3O-C12-HSL)不同,3-oxo-C12:2可以减少IL-1β刺激的肠上皮细胞中IL-8的分泌,但对上皮细胞旁通透性没有影响(图2)。
此外,3-oxo-C12:2水平与粪杆菌、类球梭状芽孢杆菌和细梭状芽孢杆菌的较高计数呈正相关。这些细菌种类很罕见,属于厚壁菌,尤其是普拉梭菌F.prausnitzii。事实上,一项早期研究报告称,口服活的 F.prausnitzii 或其上清液可降低2,4,6-三硝基苯磺酸(TNBS)结肠炎的严重程度。F.prausnitzii的抗炎作用部分是由于其分泌的代谢物阻止IL-8的产生。
与CDI阴性腹泻患者相比,艰难梭菌感染(CDI)患者的粪便中含有高水平的吲哚和艰难梭菌毒素诱导的群体感应信号肽。这表明艰难梭菌利用群体感应信号调节其在胃肠道的感染,并且该群体感应信号与吲哚的产生有关。
然而,艰难梭菌缺乏色氨酸酶基因,这有助于吲哚的生成。随后的研究结果表明,艰难梭菌可能利用毒素诱导的群体感应信号来调节吲哚产生菌的相对丰度,并为其生存创造有利的环境。
同时,共生肠道细菌的吲哚耐受性低于艰难梭菌,共生肠道细菌的恢复将受到抑制,从而为艰难梭菌的定植和扩张提供更有利的环境。
理论上,AHL仍然是使用群体感应中的天然分子调节微生物群组成和肠道炎症的良好候选方法。AHL信号可能涉及有助于控制肠道炎症的不同途径,例如抑制NF-κB、调节、抑制MAPK激活、增加调节性T细胞诱导、减少促炎细胞因子和调节上皮屏障中的连接复合物。
事实上,使用群体感应分子可以在代谢和炎症疾病中的肠道生态系统紊乱的两个组成部分(肠道微生物群和宿主反应)中发挥作用。基于AHL的群体感应已经作为治疗应用存在,用于动态控制革兰氏阴性菌群,尤其是在传染病中。其他群体感应分子可以扩展为潜在的临床治疗方法,用于治疗与肠道微生物群相关的疾病,尤其是涉及生物膜形成和抗生素耐药性相关。
当然以上只是从群体感应的角度来了解其与疾病之间的关联,我们知道,疾病的发生发展不止这些因素,还包括其他的,比如说致病菌生物膜的存在,会使某些致病菌难以清除,与疾病的发生有关。
为什么生物膜的存在会使某些致病菌难以清除?我们前面阐述的群体感应与生物膜是不是类似?它们之间又有什么样的联系?
下一章节我们继续了解。
在了解群体感应与生物膜的关联之前,我们先了解一下生物膜是什么?
生物膜是粘附在表面上的细胞外基质,由核酸、蛋白质、多糖和脂质的复合物组成。
约 80% 导致慢性感染的细菌都能产生生物膜,它是一种重要的毒力机制,可诱导对抗菌剂的耐药性和逃避宿主免疫系统。
许多细菌物种,包括病原菌都能产生生物膜,如金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等,它们通过产生生物膜,变得对细胞外应激条件更具抵抗力,更能生存下去,所以生物膜是微生物的一种有用的适应。
它们更好的生存能力对人类来说可不是好事,一般来说,生物膜内的微生物比以单细胞存在时更难根除。这主要是由于生物膜相关的细胞外网络、代谢休眠和其他潜在机制介导的耐受性。
参与生物膜形成的细菌种类及其生物效应的例子

doi: 10.15190/d.2019.13
形成生物膜的细菌嵌入在由细胞外聚合物(EPS)构成的自生黏液基质中。这种生长模式可以改变细菌的生物学和生理特性,如繁殖、生长、基因转录率和对抗生素的耐药性。
生物膜的形成需要五个成熟阶段:

doi.org/10.3390/microbiolres12040068
小蓝点和大蓝点代表抗生素浓度不同的区域(表示存在梯度),灰色区域是细菌可以在低浓度抗生素下存活的“避难所”,有利于产生耐药性。
(i) 浮游细菌在表面的初始附着(可逆)
(ii)产生和分泌EPS和/或其他对接方式,以及驱动从可逆到不可逆的过渡附着的特定粘附素(例如,鞭毛、自转运蛋白、菌毛、卷曲纤维和F型结合菌毛)
(iii)作为超级细胞结构的生物膜结构的早熟
(iv)微菌落的晚熟和进化为成熟生物膜
(v) 细胞从生物膜上分离并分散到周围环境中
所有这些过程都受到不同细胞间信号分子的严格调控,这些信号分子负责种群密度依赖的基因表达,这些基因表达会深刻影响生物膜的形成过程。
生物膜的成熟与细胞外聚合物物质的积累并行。最后一步涉及到细菌菌株从微菌落分离,可能导致在不同位置形成一个新的生物膜菌落。
以上我们可以看到,群体感应和生物膜形成是细菌的两种群体行为。
由于生物膜聚集体中的细胞非常相似,并通过自生的细胞外基质相互连接,因此生物膜代表了与群体感应相关的生态环境。
一些研究表明,群体感应信号分子在革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的生物膜形成中起着重要作用。
S. oralis 34 产生的AI-2信号分子已被证明是口腔链球菌34 和Antinomyces naeslundiiT14V 形成生物膜所必需的。AI-2介导的群体感应也参与大肠杆菌生物膜的形成、运动基因的调节、鞭毛的合成和趋化性。
乳糖可诱导蜡样芽孢杆菌生物膜,观察到AI-2产生的乳糖以剂量依赖性方式增加。而其他研究表明,添加外源AI-2可以削弱金黄色葡萄球菌生物膜的形成。
低浓度的AI-2可以促进猪链球菌生物膜的形成,但高浓度的AI-2显示出抑制作用。
细菌生物膜的形成是一个动态的分层过程。粘附在宿主表面是细菌生物膜形成的第一个也是关键的阶段。细菌通常有两种粘附表面的方式:
(i)通过外膜粘附蛋白与宿主表面结合;
(ii)胞外多糖(EPS)对宿主表面的粘附,如多糖细胞间粘附(PIA)。
以目前研究较多的铜绿假单胞菌为例,我们具体来看群体感应对生物膜形成的影响。
铜绿假单胞菌的群体感应非常复杂,可以由转录调节器(MvaT和RsaL)、转录后调节器(RsmA)、σ因子因子(RpoN和RPO)甚至其他群体感应系统(PQS系统)进行调节。
在LasI/LasR-RhlI/RhlR系统调节的功能中,有几种与生物膜形成相关的毒力因子,如鼠李糖脂、凝集素和铁载体。鼠李糖脂被证明是维持生物膜聚集所必需的,它影响一种称为“聚集”的表面运动,这种运动与生物膜的形成有关。
LecA和LecB是两种依赖群体感应的碳水化合物结合凝集素,已被证明会影响生物膜的形成,突变菌株无法形成成熟的生物膜。
群体感应控制的铁载体,如吡啶,不能产生这种影响生物膜聚集体形成的铁螯合剂。
与野生型铜绿假单胞菌形成的生物膜聚集性大的特点不同,lasI突变株产生的生物膜结构均匀,结构平坦,多层细胞密集。
在生物膜形成过程中,PQS群体感应系统负责增加细胞外DNA(eDNA)的产生,eDNA可与基质中带正电的EPS相互作用,产生生物膜。在PQS缺陷突变体中,生物膜聚集体不能充分发育。
因此,铜绿假单胞菌的三个群体感应调节系统可以影响生物膜的形成,并具有一定的促进作用。
微生物感染与群体感应介导的生物膜密切相关,群体感应信号分子参与各种细菌生物膜的形成、成熟和功能调节。那么,治疗微生物生物膜相关的感染可以从群体感应入手,群体感应抑制可作为对抗生物膜感染的有效工具。
通常,群体感应可通过以下三种方式受到抑制:
(1) 延迟或阻断群体感应信号分子的产生(细菌利用QSI阻断AIs);
(2) 使用QSMs同系物阻断受体。例如,从革兰氏阴性菌Rheinhemiera aquimaris QSI02中获得的活性二酮哌嗪环(Trp-Ser),不仅可以降低由QS调节的紫罗兰素的生物合成能力(67%),还可以降低弹性蛋白酶活性、铜绿假单胞菌生物合成和PAO1的生物膜形成能力。可能是环(Trp-Ser)比通常的革兰氏阴性信号分子(AHLs)更容易与lasR受体结合;
(3) 在氧化压力下,群体感应信号分子的酶降解,例如通过酰化酶和乳糖酶降解类似于AHL的群体感应信号更有效。这些策略已被证明是降低细菌致病性和生物膜的有效方法,有可能提高细菌对抗生素和噬菌体等抗菌剂的敏感性。
群体感应抑制剂影响生物膜的形成

doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109742
以上是群体感应通过影响生物膜生成来阻止细菌感染,其他只要能干扰群体感应的物质,也可以作为微生物感染的治疗方式。
通过靶向细菌群体感应系统,可以开发新的治疗策略。
与健康人相比,大肠腺瘤和结直肠癌(CRC)患者的结肠粘膜和粪便中观察到更高的AI-2水平。重要的是,发现AI-2浓度随着大肠癌的进展而增加,这表明其有可能成为大肠癌临床筛查的新标志物。
另一项关于烧伤部位感染的最新研究集中于铜绿假单胞菌群体感应系统。烧伤常伴有肠道菌群失调、肠道完整性受损、免疫失调和细菌肠外移位。铜绿假单胞菌是烧伤后感染的主要病原体。其毒性产物可延长肠道功能障碍,加重全身感染。
研究人员观察到,在使用MvfR拮抗剂抑制MvfR转录因子后(一种控制该菌株毒力的重要群体感应相关转录调节因子),肠道功能障碍得到改善,铜绿假单胞菌传播减少。
事实上,抗菌治疗策略已经开始从使用抗生素扩展到开发基于群体感应系统的抑制剂,如抗毒性或抗生物膜。这些抑制剂或类似物内源性存在于细菌或真核细胞中。
一个例子是鼠尾草酸,它是金黄色葡萄球菌群体感应系统的一种特殊抑制剂。它存在于迷迭香叶中,可以在低浓度下抑制Agr表达和金黄色葡萄球菌毒力。
综上,这些研究指出了难治的传染病药物开发的新潜力。下面列举一些小分子物质,通过干扰细菌群体感应系统,从而达到抑制致病菌的效果。
具有酚类结构的黄酮类化合物有槲皮素、山柰酚、黄芩素等。黄酮类单体对细菌群体感应和生物膜均显示出抑制活性。
研究表明,这是由于黄酮类骨架中存在的两个羟基基团,阻止LasR/RhlR受体与信号分子的结合,从而抑制群体感应系统。
▸槲皮素
槲皮素是一种天然存在的黄酮醇,普遍存在于蔬菜和水果中。64μg/mL槲皮素显著抑制铜绿假单胞菌生物膜的形成,并且当槲皮素的浓度为16μg/mL时与阿奇霉素浓度为32 μg/mL具有相同效应的生物被膜抑制作用。
PCR显示lasI、 lasR、rhlI 和 rhlR等群体感应相关基因与相关毒力因子基因的mRNA表达水平均显著降低。
利用计算机分子对接技术,观察到槲皮素与LasR受体蛋白通过竞争性结合方式与LasR受体蛋白进行结合,且槲皮素比信号化合物结合更为牢固。
▸山柰酚
研究显示,64 μg/mL山奈酚对生物膜形成的抑制率为 80%,粘附降低约75%,说明山柰酚可影响生物被膜形成的粘附阶段。
柚皮素、山柰酚和槲皮素均显著抑制信号分子诱导的生物发光,槲皮素和柚皮素对哈维氏弧菌生物膜的形成有抑制作用。
▸黄芩素
研究了40种中药及天然来源的黄酮化合物,对耐药鲍曼不动杆菌菌株的体外抑菌作用和生物膜形成能力的影响,结果显示黄芩素和汉黄芩苷具有良好的抑菌效果。
其最低抑菌浓度(MIC)分别为0.0625和0.125 mg/mL, 黄芩素对鲍曼不动杆菌生物膜的形成具有明显抑制作用。
32、64 μg/mL黄芩素下调群体感应系统调节因子agrA、RNAIII和sarA等基因的mRNA表达水平,明显抑制生物膜的形成。
有研究报道,一些苯甲酸衍生物如没食子酸、香草酸、肉桂酸等可通过群体感应系统调节细菌的致病性和毒力。
▸肉桂酸
亚MIC的肉桂酸(CA)显著影响细菌的群集运动和生物被膜完整性, 减少EPS的产生。CA对LasR和RhlR受体均有拮抗作用,从而影响细菌群体感应活性。
▸没食子酸
Luis等研究结果显示,4 μg/mL的没食子酸可使金黄色葡萄球菌菌株的生物膜形成减少约40%。Srivastava等研究结果表明,没食子酸、香草酸等 中药单体的合成衍生物可抑制群体感应系统和生物膜的形成。
萜类化合物是甲戊二羟酸衍生的一类化合物。从植物中提取的萜类化合物有香芹酚、丁香酚、芳樟醇,甘草次酸、熊果酸和白桦脂酸等。
▸香芹酚
百里香精油中含有较高的单萜类化合物香芹酚和麝香草酚,可抑制紫色杆菌的紫色菌素产生。亚MIC的香芹酚和麝香草酚可以显著减少紫色杆菌CV026中信号分子的产生。
L-香芹酮是一种单萜,是传统香料植物的主要成分。亚MIC的L-香芹酮可显著减少蜂房嗜血杆菌在聚丙烯和锌表面形成生物膜。
▸丁香酚
丁香酚可以显著降低紫色杆菌CV026中的紫色菌素生成;亚MIC的丁香酚可抑制铜绿假单胞菌弹性蛋白酶、绿脓菌素的产生和生物膜的形成。
将丁香酚转化为纳米乳状态后对群体感应的抑制显著增强,亚MIC的丁香酚纳米乳剂对紫色杆菌中的紫色菌素生成可抑制约50%。
Joshi等通过分子对接技术将丁香酚与高丝氨酸内酯合成酶(ExpR)和调节蛋白(ExpI)进行对接,观察到丁香酚与受体蛋白的对接效果优于呋喃酮C-30等已知的抑制剂,因此推断丁香酚的作用机制可能是通过与ExpI/ExpR蛋白的结合,抑制信号分子的产生。
▸芳樟醇
芳樟醇具有显著的抗菌活性,MIC值在2 μg/mL~8 μg/mL之间;亚MIC的芳樟醇对紫色杆菌的群体感应系统有抑制作用。此外,芳樟醇可以减少鲍曼不动杆菌生物膜的形成和降低其粘附性。
100 μg/mL香豆素及其衍生物能够显著抑制紫色杆菌CV026的紫色菌素产生和铜绿假单胞菌生物膜的形成;在7种香豆素衍生化合物中,含6,7二羟基和7-羟基的化合物对生物膜形成的抑制活性更强。
▸小檗碱
小檗碱亦称黄连素,是中药黄连抗菌作用的主要有效成分。1/2MIC和1/4MIC小檗碱显著下调大肠杆菌群体感应系统相关基因luxS、pfS、hflX、ftsQ和ftsE,对生物膜的形成表现出明显的抑制作用。扫描电镜结果显示,菌株经处理后,粘附性下降,菌体形态也发生改变。
▸苦参碱
苦参碱明显抑制大肠杆菌群体感应系统;2.56 mg/mL苦参碱能显著降低大肠杆菌的LuxS 、 sdiA等群体感应相关基因和生物被膜相关基因的mRNA表达水平;在对大肠杆菌外膜蛋白ompA基因和群体感应基因表达的双重抑制作用下,使细菌不易产生聚集和粘附。
除上述提及的中药单体外,硫类化合物、苯丙素类化合物和单宁类等中药单体均具有群体感应抑制作用。
作用于细菌群体感应系统的中药单体的抗细菌感染,与传 统的抗菌中药相比具有剂量明确、副作用少等特点。
但是,中药单体抗细菌感染的研究主要局限于体外实验,研究方式过于单一,具体作用机制的研究还不够深入,研究多集中在观察与验证上;但细菌感染机制是复杂的,中药单体的作用机制也是多样性的,因此需要更进一步研究。
此外,大部分中药单体通常在较高的浓度发挥抗菌或抗毒力作用,这也增加了产生毒性的风险并且在体内也难以达到有效的浓度,对其进行适当的结构修饰合成中药单体衍生物则表现出对群体感应活性抑制更高,同时降低了药物浓度,这为后续抗菌药物研发提供新的思路。
由于目前临床常规使用的抗菌药物不足以对抗耐药性细菌感染,因此抗菌药物与中药单体联合用药是提高耐药细菌感染疗效的新策略。
小檗碱与亚胺培南和美罗培南联用时89%表现为协同抗菌作用;黄芩苷联合替加环素则100%协同抗菌作。
姜黄素降低头孢他啶和环丙沙星的MIC;姜黄素和头孢他啶组合具有协同抗菌效应,姜黄素和环丙沙星组合具有相加效应。
头孢他啶单独和与姜黄素联合使用时,群体感应系统的lasR基因的mRNA表达水平显著降低。
文献报道,阿奇霉素具有群体感应拮抗活性,2 μg/mL阿奇霉素可能通过影响自身诱导分子的合成,抑制铜绿假单胞菌PAO1的群体感应并能减少毒力因子的产生。1/4和1/16MIC的阿奇霉素、庆大霉素和姜黄素单独和联合用药均可显著降低生物膜形成能力。
阿奇霉素单独和与姜黄素联合作用时,lasR基因的表达水平显著下降。阿奇霉素单独给药和与姜黄素联合给药使群体感应系统的rhlI基因的mRNA表达分别降低60%和67%.
头孢吡肟、头孢他啶和亚胺培南等抗菌药物具有群体感应抑制活性。
亚MIC的阿奇霉素、美罗培南、头孢吡肟和哌拉西林/他唑巴坦对群体感应依赖性毒力因子的影响,结果所有菌株的群体感应依赖性毒力因子(如生物被膜、绿脓
菌素、蛋白酶、溶血素和DNase生成)均明显降低。
亚MIC多西环素显著降低紫色杆菌的紫色菌素产量(70%),4 μg/mL多西环素显著抑制生物被膜的生成
(72.8%),并显著降低铜绿假单胞菌的弹性蛋白酶(67.2%)、绿脓菌素(69.1%)产量以及群集运动(74%) 。
亚MIC红霉素对紫色杆菌群体感应系统的抑制率为84%,红霉素抑制群体感应的机制可能是与AbaI自身诱导剂合成酶结合而阻止信号分子合成。
许多中药单体通过作用于细菌群体感应系统而发挥抗感染作用;当与抗菌药物联合应用于细菌感染,不仅可产生协同抗菌和协同抗群体感应作用,还能提高抗感染的疗效、降低单一药物的剂量、减少不良反应,逆转细菌的耐药性。
将群体感应抑制剂中药单体与抗菌药物联合应用,成为恢复抗菌药物对细菌敏感性的一种新策略。中药单体种类繁多,抗感染作用机制复杂多样,还需要对其更深入研究,为临床多重耐药菌引起的感染提供新的治疗药物。
除中药外,益生菌也能作为群体感应的干扰剂,通过群体感应来预防病原体定植和黏膜感染。
另一方面,对于益生菌,我们更多的是希望延长它们在肠道中的停留时间并最大限度地发挥益生菌的作用。
生物膜的形成依赖于粘附、自聚集和共聚集作为细菌的重要特征。益生菌最理想的特性是其良好的粘附性,可延长它们在肠道中的停留时间,从而有效增强屏障功能,维持肠上皮稳态,增加黏液分泌、改善肠蠕动来保护或治疗肠道疾病。
益生菌对肠道菌群和宿主生理具有恢复或保护作用,例如,在存在生态失调或微生物群受到干扰的情况下,缓解胃肠道症状。
IBD患者菌落生物膜的平均密度比健康人高100倍。核梭杆菌以侵袭性生物膜的形式引起肠道疾病。同时,在感染CRC和IBD的邻近健康组织中也出现了成熟的生物膜。
生物膜可能是肠道疾病的早期预警信号。在某种程度上,生物膜提供了一个保护性环境,促进宿主防御机制的逃避,并进一步加剧疾病。虽然抗生素可以去除大多数有害细菌的生物膜,但生物膜在慢性伤口愈合过程中可以快速再生,表明生物膜中存在持久性细胞。
厚的多微生物致病性粘膜生物膜的生长标志着健康微生物群和疾病微生物群之间的过渡。
大肠杆菌Nissle 1917具有良好的生物膜形成能力,其生物膜形成能力强于肠致病性大肠杆菌(EPEC)和肠毒性大肠杆菌(ETEC),并在生物膜形成过程中与这些菌株竞争。因此,大肠杆菌Nissle 1917可作为一种益生菌用于治疗各种肠道疾病。
双歧杆菌
双歧杆菌是人类健康中最重要的益生菌之一,具有LuxS/AI-2 群体感应系统,产生包括AI-2在内的群体感应信号分子,并促进生物膜的形成。
添加碳水化合物后,双歧杆菌中AI-2的生成量正增加至89.45%。对感染产志贺毒素大肠杆菌(STEC)O157:H7的小鼠施用短双歧杆菌,通过产生高浓度的乙酸(56 mM)抑制STEC的Stx毒素表达,显示出强大的抗感染活性。
乳酸杆菌
植物乳杆菌中也存在LuxS/AI-2 群体感应系统和细菌素的产生,植物乳杆菌是一种控制一些重要区域(如肠道和阴道)微生态平衡的益生菌,在保持食品质量方面也有实际应用。
一些病原体对植物乳杆菌群体淬灭系统敏感(例如,铜绿假单胞菌PAO1/ATCC 27853,耐甲氧西林金黄色葡萄球菌ATCC 43300),该系统对金黄色葡萄球菌的生物膜形成和铜绿假单胞菌的绿脓菌素生成表现出最大的活性。
用铜绿假单胞菌感染小鼠烧伤皮肤模型,并用植物乳杆菌上清液处理。结果显示,感染后5、10和15天,铜绿假单胞菌在皮肤、肝脏和脾脏中的定植受到抑制,这表明局部益生菌给药已经阻止了病原体的血液传播。
体内研究表明,不同益生菌(例如干酪乳杆菌酪蛋白亚种ATCC 393、乳乳杆菌罗伊氏亚种ATCC 23272、植物乳杆菌植物亚种ATCC 14917和唾液乳杆菌ATCC 11741)对口腔病原体变形链球菌具有抗链球菌活性。
研究人员开发了一种牛奶模型,以研究LAB的抗李斯特菌活性(抗单核细胞增生李斯特菌),使用具有AI-2分子的沙克乳杆菌Lactobacillussakei和植物乳杆菌。
群体感应系统可能在生物膜的组织、形成和成熟阶段发挥关键作用;因此,它可以被视为开发新型抗菌剂的一个有吸引力的目标。
乳酸菌菌株——QS拮抗剂

doi.org/10.3390/microorganisms10020350
细菌群体感应和生物膜领域的研究迅速扩大,群体感应在细菌行为中发挥着关键作用,通过细菌-宿主串扰影响感染状态和疾病发展。目前很多临床难以治疗的感染或疾病与细菌的群体感应和生物膜形成有关。大多数病原菌病理反应受群体感应系统的调控。生物膜细菌通过屏障作用、群体感应系统、抗免疫清除机制、特殊的生长特性及独特的微环境、生物膜耐药基因开启等机制形成耐药,造成临床耐药菌株增多,给临床治疗带来严重困难。
上述我们可以看到,利用各种群体感应抑制剂或干扰病原菌群体感应的药物进行治疗,是一种合理且有前景的策略。例如通过群体感应靶向剂调节细菌 群体感应信号传导是控制细菌毒力因子产生和生物膜形成的有效策略。这种新型的非抗生素疗法可以抑制致病基因的表达,预防感染,降低细菌细胞耐药性的风险,近年来得到了广泛的应用。
还可以考虑群体感应分子作为菌群失调相关慢性疾病(如IBD或CRC)的可靠生物标志物。已证明,肠道生态系统中某些AI-1 群体感应分子的存在与细菌群大小直接相关。AHL可以代表细菌水平群体的生物标记物,作为菌群失调的放大镜。
此外,在腺瘤向结肠直肠转移和大肠癌进展期间,AI-2浓度增加。这为使用群体感应系统作为慢性病预防和随访的生物标志物开辟了前景。
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