《Frontiers in Immunology》：The role of natural products in the intestinal barrier: a bibliometric analysis from 2004 to 2025
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背景： 关于天然产物通过多靶点保护肠道屏障作用的研究日益增多。然而，该领域的知识结构图谱和新兴前沿尚未得到充分表征。研究人员开展了一项文献计量学分析，并绘制了天然产物在肠道屏障保护研究中的全球研究格局。
方法： 采用预设的主题检索策略，研究人员从Web of
背景： 关于天然产物通过多靶点保护肠道屏障作用的研究日益增多。然而，该领域的知识结构图谱和新兴前沿尚未得到充分表征。研究人员开展了一项文献计量学分析，并绘制了天然产物在肠道屏障保护研究中的全球研究格局。
方法： 采用预设的主题检索策略，研究人员从Web of Science核心合集（Web of Science Core Collection, WoSCC）和PubMed中检索了2004年1月1日至2025年11月6日期间发表的文献。研究人员使用CiteSpace、VOSviewer、R（Biblioshiny）和SCImago Graphica对完整记录及引证文献进行了分析，以量化国家/机构/作者的年度产出与合作情况，并通过引文和共被引分析评估期刊和文献的影响力。研究人员还通过同构关键词共现、聚类和突现检测，揭示了该领域研究主题的演变。
结果： 研究人员共纳入1,679条记录。共有63个国家为该领域的发展做出了贡献，其中中国在产出/论文数量和影响力方面均处于领先地位（682篇论文；15,987次被引），其次是美国和英国。高影响力期刊包括《Food & Function》和《Nutrients》。关键词分析强调，肠道菌群、炎症和氧化应激是核心支柱，而NF-κB信号通路是关键机制枢纽。多酚是研究最多的类别，白藜芦醇是具有代表性的跨机制化合物。
结论： 该领域的研究规模正在迅速扩大，并以肠道菌群为核心，将免疫炎症和氧化应激通路与紧密连接完整性和黏膜修复联系起来。未来的工作应加强跨国合作，并优先开展严谨的转化和临床验证。
4.1 研究结果总结
本研究系统检索了WoSCC和PubMed中2004年1月1日至2025年11月6日期间发表的与天然产物和肠道屏障功能相关的文献，经严格筛选后共纳入1,679篇论文进行综合文献计量和可视化分析。总体而言，2004年至2025年期间年发文量稳步增长，2020年后显著加速。这一拐点可能归因于高通量测序技术的快速应用、多组学方法成本的下降以及无菌小鼠模型等因果验证工具的广泛应用。这些技术的成熟和技术与经济壁垒的降低，为研究人员从肠道菌群-宿主屏障相互作用的角度阐明天然产物调节肠道屏障功能的机制提供了必要的方法学基础。共有63个国家为该领域研究做出了贡献，但科学产出呈现出显著的国家和区域聚集性。中国以682篇论文和15,987次被引位居第一，且发文量前十的机构均来自中国。然而，机构合作网络分析显示，合作联系主要局限于国内，国际合作相对有限。作者合作网络也支持这一观察：已识别的6,346名研究人员之间的合作大多局限于单个机构或国内研究团队，广泛的跨国和跨学科作者网络尚未形成。在期刊层面，《Nutrients》以1,012次被引位居首位，凸显了其在该领域证据综合和知识传播中的领先作用。《Food & Function》以33篇论文成为最高产的期刊，其总链接强度显著高于发文量相近的期刊，表明其作为食品来源天然化合物与肠道屏障功能研究的更专业平台，同时展现出连接化学、生物学和医学的更强跨学科特征。关键词共现网络为该领域的底层知识结构提供了直接证据。“肠道菌群”占据核心位置，拥有最高的总链接强度和出现频次，并与“炎症”和“氧化应激”等机制关键词共同构成了该领域的核心知识框架。同时，“NF-κB”作为连接微生物信号与炎症反应的关键信号节点。这些发现共同表明，“肠道菌群-炎症-氧化应激”轴是天然产物调节肠道屏障功能的核心机制框架。在单一天然产物中，白藜芦醇表现出最高的总链接强度与出现频次之比，提示其与多个研究主题高度关联，已成为探索肠道屏障调控相互关联机制的代表性模型化合物。关键词突现分析进一步揭示了该领域研究重点的演变。早期阶段突现关键词以经典炎症介质为主，反映研究主要关注天然产物对关键信号通路的直接调控。中期阶段研究转向屏障结构相关主题，表明分子机制与肠道屏障功能的整合日益增强。近年来，“天然产物”和“免疫”等关键词的持续突现表明，免疫调控及其与肠道屏障稳态的耦合已成为该领域最活跃的研究前沿。然而，“小鼠”、“体外”和“细胞”等关键词的高频出现凸显了一个重要研究空白：当前证据仍主要来源于动物和细胞研究，而临床证据相对有限。最常被研究的化合物，如小檗碱、姜黄素和白藜芦醇，主要在受控实验条件下作为分离分子进行研究。然而，在临床实践中，这些化合物通常作为植物提取物或传统中药处方的组成部分给药，而非纯化的单体。从化学复杂的配方简化为单一化合物不可避免地简化了药理学背景，可能消除被认为是传统草药重要特征的协同作用、缓冲效应和多组分调控。此外，本分析识别的主要机制框架反映了现代以靶点为导向的生物医学范式，包括NF-κB、Nrf2、氧化应激和紧密连接信号通路。相比之下，草药的临床传统应用通常以辨证论治和方剂配伍为指导，治疗决策基于方剂与患者证候的对应关系，而非孤立的化合物-靶点相互作用。因此，从简化实验系统获得的机制证据可能难以直接转化为临床处方策略。
4.2 肠道菌群在肠道屏障功能中的调控作用
肠道菌群的核心作用得到了关键词共现网络的强力支持。越来越多的证据已确定肠道菌群是肠道屏障稳态的上游调节因子。从结构上看，肠道菌群和肠道屏障紧密相连，可组织为从肠腔向深层组织延伸的三个功能层。最外层是黏液层，包含共生微生物、抗菌肽和分泌型免疫球蛋白A。中间层由特化的单层肠上皮细胞组成，作为核心物理屏障。最内层是固有层，包含先天性和适应性免疫细胞。当菌群失调由饮食、药物或疾病诱发时，微生物代谢物的改变、黏液屏障的破坏、紧密连接的瓦解以及促炎信号的上调常常协同发生。这一系列事件增加了肠道通透性，导致渗漏性肠道表型，促进微生物相关分子组分易位至固有层，激活常驻免疫细胞，引发黏膜和全身低度炎症，最终促进多种疾病的发生和进展。
4.2.1 结构完整性的调控
肠上皮单层及相邻上皮细胞间的紧密连接构成了肠道的物理屏障。紧密连接由Claudins、Occludin和zonula occludens-1等蛋白组成。其中，Claudin家族成员形成电荷选择性离子孔道，决定屏障通透性。肠道菌群在维持肠道屏障功能中发挥关键作用。菌群来源的代谢物，特别是短链脂肪酸和胆汁酸，激活宿主上皮受体，从而调节紧密连接蛋白的表达和定位，同时促进黏液分泌以增强肠道屏障完整性。丁酸盐作为结肠上皮细胞的主要能量来源，通过激活AMPK和MLCK/MLC2信号通路增强紧密连接蛋白表达，促进上皮细胞增殖和屏障修复。相反，肠道菌群失调可直接损伤肠上皮细胞，损害屏障完整性并增加肠道通透性。紧密连接蛋白的完整性依赖于跨膜蛋白与支架蛋白的协同组装。多种天然产物通过不同但往往趋同的机制保护和恢复肠道屏障完整性。槲皮素促进细胞骨架组织并增强多种紧密连接蛋白的表达。6-姜酚通过上调Claudin-4、Occludin和ZO-1表达并降低肠道通透性来恢复肠道屏障功能。姜黄素已被证明能增强人肠上皮Caco-2细胞中ZO-1和Claudin-1的表达，从而恢复上皮结构、改善屏障功能、降低细胞旁通透性。肠道黏液层是覆盖肠上皮表面的凝胶状屏障，通过防止机械损伤、化学刺激和生物侵害在维持肠道稳态中发挥核心保护作用。肠道菌群在维持黏液层稳态中发挥关键的协调作用，通过促进杯状细胞分泌黏蛋白来保持黏液层的厚度和质量。机制研究表明，多种天然产物对黏液屏障具有保护作用。姜黄素促进酸性肠黏液的分泌，改善肠黏膜屏障的结构完整性和免疫功能。黄蜀葵多糖通过调节嗜黏蛋白阿克曼菌的丰度来增强肠道黏液屏障并减轻肠道炎症，刺激杯状细胞分泌MUC2，从而保持黏液层完整性。
4.2.2 化学屏障的调控
肠道化学屏障与机械屏障互补，共同维持肠道微生态稳态，是先天免疫与肠道菌群之间的关键界面。该屏障由肠道菌群来源的代谢物、酶和宿主分泌分子组成的防御系统构成。杯状细胞分泌的黏蛋白2是小鼠和人类肠道化学屏障的主要成分。除黏蛋白外，防御素和溶菌酶等抗菌肽以及分泌型免疫球蛋白A通过灭活或抑制病原微生物来增强化学屏障的保护功能。肠道菌群发酵膳食纤维产生的短链脂肪酸是肠道化学屏障的关键组分。短链脂肪酸通过多种机制和靶点促进杯状细胞合成和分泌黏蛋白，选择性上调肠道杯状细胞中MUC基因的表达，并刺激小肠潘氏细胞分泌α-防御素，从而增强肠道化学屏障。短链脂肪酸还能降低肠道管腔pH值，在酸性条件下高浓度短链脂肪酸抑制病原菌的生长和增殖。此外，菌群来源的色氨酸代谢物，包括吲哚及其衍生物，通过激活芳香烃受体促进白细胞介素-22分泌，从而诱导抗菌肽产生。肠道菌群还通过产生抗菌蛋白颗粒来限制肠道炎症期间病原体的过度扩张。此外，肠道菌群将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸，通过其抗菌活性重塑微生物群落，间接减少产内毒素菌的丰度。分节丝状菌诱导派氏集合淋巴结内生发中心激活并促进免疫球蛋白A类别转换，是sIgA产生的最强诱导剂之一。通过结合病原体和毒素，sIgA以非炎症机制将其捕获在黏液层内，并通过肠道蠕动促进其清除。
4.2.3 免疫屏障的调控
肠道免疫屏障由分布于肠道相关淋巴组织中的免疫细胞组成，包括巨噬细胞、T淋巴细胞、先天淋巴样细胞和固有层淋巴细胞，以及派氏集合淋巴结、肠系膜淋巴结和分泌至肠腔的免疫效应分子。除分泌黏液外，杯状细胞还通过释放免疫调节因子参与黏膜免疫调节。黏液屏障功能障碍和杯状细胞数量或功能异常与肠道炎症密切相关。肠上皮细胞通过模式识别受体识别微生物相关分子模式，并将这些信号传递给黏膜免疫细胞，从而协调对共生微生物的免疫耐受与对入侵病原体的保护性免疫应答。肠道菌群来源的代谢物作为上游信号分子参与调节肠道免疫屏障。短链脂肪酸通过多种机制发挥免疫调节作用，包括激活G蛋白偶联受体GPR41、GPR43和GPR109A，以及抑制组蛋白去乙酰化酶。短链脂肪酸主要通过GPR41激活和HDAC抑制促进CD4+ T细胞和先天淋巴样细胞中缺氧诱导因子-α和芳香烃受体的表达，从而刺激白细胞介素-22的产生。IL-22随后促进上皮修复、诱导抗菌肽表达并增强黏膜屏障功能。此外，短链脂肪酸等代谢信号促进肠道微生物的IgA包被，而不会引发过度炎症反应，从而限制细菌粘附和侵袭。肠道菌群在胆汁酸代谢中也发挥重要作用。次级胆汁酸激活Takeda G蛋白偶联受体5以调节肠道干细胞介导的上皮更新，同时通过法尼醇X受体和TGR5信号通路增强紧密连接完整性。FXR的激活抑制NF-κB介导的促炎细胞因子转录，而TGR5激活抑制炎症小体组装。多酚类天然产物到达结肠后，被肠道菌群生物转化为具有更高生物利用度和增强生物活性的代谢物，选择性调节肠道菌群的组成和代谢谱，从而减轻肠道炎症并改善肠道屏障功能。
微生物屏障
肠道菌群通过多种机制抑制病原体增殖，包括营养竞争、生态位排斥和诱导宿主免疫应答，这些机制统称为定植抵抗。定植抵抗描述了共生菌群防止病原体定植和过度生长的能力。本质上，它是共生菌群提供的一种肠道防御机制，共生微生物直接与病原体竞争生态位和营养资源。例如，双歧杆菌产生乙酸，增强上皮介导的肠道防御。越来越多的证据表明，天然产物可以通过调节肠道菌群来增强定植抵抗。蔓越莓原花青素通过非杀菌性抗粘附机制有效抑制致病性大肠杆菌对肠上皮的粘附。熊果酸也被证明可通过重塑肠道微生物群落、增加产短链脂肪酸菌的丰度并增强肠道屏障功能来改善小鼠的肠道损伤和菌群失调。肠道菌群不仅是肠道屏障完整性的上游调节因子，也是肠道免疫屏障信号输入的主要来源。未来研究预计将超越单纯改善肠道屏障功能，转向阐明免疫网络与屏障稳态之间的相互作用，特别是关注天然产物通过“肠道菌群-代谢物-信号通路-屏障功能”整合轴调节肠道疾病的机制。
4.3 天然产物在肠道屏障调控中的通路中心机制
在关键词共现网络中，“NF-κB”和“氧化应激”分别代表炎症和氧化应激模块的中心节点，而“多酚”和“白藜芦醇”则凸显了天然产物在该信号网络中的突出作用。天然产物对肠道屏障的保护作用通常遵循“肠道菌群重塑-信号转导-屏障应答”的序贯机制。具体而言，天然产物首先重塑肠道微生物群落及其代谢谱，随后菌群来源的代谢物激活受体介导的信号传导和炎症/抗氧化枢纽通路，这些信号随后传递至化学和免疫屏障，最终导致紧密连接蛋白表达的稳定和上皮再生与修复的促进。例如，丁酸盐通过激活Caco-2细胞单层中的AMP活化蛋白激酶来增强肠道屏障功能，从而促进紧密连接组装。同样，黄酮类化合物通过激活胆汁酸受体和调节紧密连接蛋白表达发挥屏障保护作用。
4.3.1 TLR4/TNF–NF-κB–MLCK轴连接免疫炎症与紧密连接渗漏
在本研究中，NF-κB相关信号通路表现出高共现性和强突现强度，表明NF-κB是天然产物调节肠道屏障功能的核心分子靶点。NF-κB是调控促炎反应的主转录因子。其过度激活诱导大量促炎细胞因子的产生，包括TNF-α、IL-1β和IL-6，这些因子抑制ZO-1和Occludin等紧密连接蛋白的合成，从而降低紧密连接蛋白表达并增加肠上皮通透性。TNF-α进一步通过NIK/IKKα/NF-κB p50/p65信号轴激活MLCK基因转录，破坏紧密连接结构并增加细胞旁上皮通透性，从而将免疫炎症信号转化为物理屏障损伤。
