综述：微藻来源生物活性化合物对肠道菌群调节的影响

《Current Opinion in Food Science》：The impact of microalgae-derived bioactive compounds on gut microbiota modulation

本综述系统阐述了微藻来源的多糖、肽、多不饱和脂肪酸（PUFAs）、多酚等生物活性化合物通过调节肠道菌群（如促进有益菌、抑制病原菌）、产生短链脂肪酸（SCFAs）等代谢物，进而改善代谢、增强免疫、预防慢性疾病（如肥胖、2型糖尿病、NAFLD）的潜力与机制，并讨论了其生物利用度、安全性等挑战及在功能性食品开发中的应用前景。

　　

微藻来源生物活性化合物对肠道菌群调节的影响

引言

面对水资源有限、耕地减少以及全球人口持续增长的挑战，寻找安全可持续的食物来源以满足日益增长的需求已成为21世纪最紧迫的挑战之一。微藻，作为光合生物，被视为“未来的作物”，它们能在从水生到陆生（包括荒地和非耕地）的多种环境中茁壮成长，并对气候变化具有韧性。通过光捕获作用，二氧化碳（CO₂）能被转化为多种化合物，包括蛋白质、脂质、维生素、抗氧化剂和色素，这些具有健康促进效应的物质可用于功能性食品的开发。尽管有这些优势，仍需考虑其安全性，包括微囊藻毒素、有毒蛋白质和过敏原的潜在生物累积。因此，对新的微藻蛋白进行全面的风险评估是必要的，以符合EC Regulation 258/97和EU Recommendation 97/618 EC的要求。

微藻的种类包括绿藻（Chlorophyta）、硅藻（Bacillariophyta）、褐藻（Ochrophyta）、裸藻（Euglenophyta）、隐藻（Cryptophyta）、定鞭藻（Haptophyta）、甲藻（Dinophyta）、红藻（Rhodophyta）和蓝细菌（Cyanobacteria）。在众多可用的微藻物种中，螺旋藻（Spirulina）、小球藻（Chlorella）和三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）已被深入研究。此外，由于其特性和生长条件，螺旋藻预计是生物资源市场中商业化程度最高的物种，预计2025年全球市场价值达5.226亿美元，到2032年将达到8.846亿美元。微藻富含不饱和脂肪酸、蛋白质、碳水化合物、色素和其他生物活性化合物，作为可持续食物来源具有巨大潜力。微藻能够产生多种生物活性化合物，包括多糖、生物活性肽、脂质（如n-3长链多不饱和脂肪酸(PUFAs)）、维生素和色素（如β-胡萝卜素、虾青素、藻蓝蛋白和岩藻黄质），这些物质的健康促进效应可用于功能性食品的开发。通常，微藻生物活性化合物对应着一些潜在的健康益处，包括增强口腔、心血管、大脑、胃肠道和免疫功能，并可能有助于预防糖尿病、高胆固醇血症和肥胖等非传染性疾病。微藻资源的可持续开发和利用对于解决人类的能源和营养需求可能至关重要。

肠道菌群通过辅助营养代谢、免疫功能和疾病预防在整体健康中扮演重要角色，但其失调可能导致炎症和有害的代谢效应。例如，遗传和胰岛素抵抗等主要因素，以及病毒、药物和不良生活方式等次要因素，都可能通过影响肠-肝轴而导致非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）。在这方面，精准营养涉及根据人类需求定制微量营养素的摄入，微藻可作为一种有前景的饮食策略，用于管理肠道菌群失调及其相关并发症。肠道菌群失调与2型糖尿病、肥胖、非酒精性肝病及其他心脏代谢疾病的发展有关。此外，肠道菌群的改变也与多种疾病的发病机制相关，包括癌症、关节炎、自闭症、抑郁、焦虑、睡眠障碍、HIV、高血压和痛风。微藻复杂、多层的细胞壁，由多糖、蛋白质、脂质和无机盐组成，构成了一个必须被有效、安全且环保地破坏的显著屏障，以提取其高价值组分。微藻中的大多数生物活性化合物参与口腔-胃肠道-肠道中的消化行为，并在结肠中与肠道菌群相互作用。此外，微藻的这种特性使其能够抵抗肠道的消化过程，并有效地与肠道菌群相互作用。

本综述旨在全面阐述微藻来源的生物活性化合物及其对肠道菌群的调节作用。所有引用的文献均指微藻或微藻来源的生物活性化合物。将特别关注体外（in vitro）或体内（in vivo）的研究发现，以更好地推动和理解本综述。

微藻来源生物活性化合物与肠道菌群调节

在微藻对肠道菌群健康的影响中，先前的研究确定了其在疲劳和抗疲劳方面的作用。当疲劳存在于啮齿动物和人类时，病原菌的增加和有益菌的减少并存，并且在干预抗疲劳食物后报告了肠道菌群的变化。微藻被公认为有前景的蛋白质来源，并且富含生物活性化合物、多糖、生物活性肽、脂质、多酚等。

这些化合物通过多种机制调节肠道菌群。微藻多糖，如来自螺旋藻的藻蓝蛋白，可以作为益生元，促进双歧杆菌（Bifidobacterium）和乳酸菌（Lactobacillus）等有益菌的生长，同时抑制拟杆菌门（Bacteroidetes）等条件致病菌的增殖。这些有益菌发酵多糖产生短链脂肪酸（SCFAs），如乙酸、丙酸和丁酸。SCFAs不仅为结肠细胞提供能量，还具有抗炎特性，并有助于维持肠道屏障完整性，防止有害物质进入血液循环。

微藻来源的生物活性肽通过酶解或发酵从微藻蛋白质中释放出来，展现出抗菌活性，特别是针对大肠杆菌（Escherichia coli）和沙门氏菌（Salmonella）等病原菌。它们还可以调节免疫反应，并影响菌群代谢途径。多不饱和脂肪酸（PUFAs），尤其是n-3系列（如EPA和DHA），具有抗炎作用，能够增加产生SCFAs的细菌丰度，并减少与炎症相关的细菌种类。多酚和色素（如虾青素、岩藻黄质）则通过其抗氧化和抗炎特性间接影响菌群，保护肠道细胞免受氧化应激，并创造一个有利于有益菌生长的环境。

此外，微藻提供的必需微量元素（如维生素和矿物质）是许多细菌酶促反应所必需的，从而支持菌群的正常代谢功能。微藻生物活性化合物的综合作用有助于纠正肠道菌群失调（Dysbiosis），即菌群组成和功能的不平衡状态，这种状态与多种慢性疾病相关。

挑战与考量

尽管微藻来源的生物活性化合物为肠道菌群调节提供了充满希望的机会，但在其广泛应用之前必须解决若干挑战和考量。一个主要挑战是生物利用度（Bioavailability），例如多酚和类胡萝卜素在胃肠道中的吸收率低且稳定性有限，这可能降低其有效性。此外，个体肠道菌群的复杂性和变异性可能导致对微藻干预的不同反应，突出了个性化营养方法的重要性。

安全性是另一个关键问题。虽然微藻通常被认为是安全的，但必须仔细评估潜在污染物（如重金属）和过敏原的存在。工业规模化生产也面临挑战，包括开发高效、环保且经济的生物活性化合物提取方法，同时保持其生物活性。微藻细胞壁的坚韧结构使得提取过程复杂化，需要创新的破壁技术。

最后，需要更多的临床研究来验证在人类中观察到的有益效果，并确定最佳剂量和给药方案。监管框架也需要明确，以确保微藻产品的安全性和有效性。

结论与未来展望

总之，微藻来源的生物活性化合物在调节肠道菌群和改善人类健康方面具有巨大潜力。通过涉及微生物组成转变、代谢物（如SCFAs、色氨酸衍生物）产生和免疫调节的机制，这些化合物影响着广泛的生理过程。源自微藻的多糖、肽、多不饱和脂肪酸、多酚、色素和必需微量元素展现出益生元、抗菌、抗炎和抗氧化特性，共同促进肠道稳态。

未来的研究应侧重于临床验证，以确认微藻在人类中的功效和安全性。需要优化提取方法以提高生物活性化合物的产量和生物利用度。探索个性化营养方法，考虑个体菌群组成、遗传和健康状况，对于最大化微藻干预的益处至关重要。此外，将微藻整合到功能性食品、膳食补充剂甚至治疗干预措施中，为利用这种可持续资源应对全球健康挑战提供了令人兴奋的前景。通过持续的研究和开发，微藻有望在促进肠道健康和整体福祉方面发挥重要作用。