《Journal of Functional Foods》：Beta vulgaris L. extract and betanin alleviate dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis in mice by enhancing the intestinal barrier and regulating the gut microbiota to suppress inflammation
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本研究针对溃疡性结肠炎(UC)治疗困境，探讨甜菜根提取物(RE)及其主要色素甜菜苷(BN)的干预效果。结果表明高剂量RE(900 mg/kg)和BN(50 mg/kg)能显著改善DSS诱导的结肠炎症状，其机制涉及增强肠道屏障功能、抑制NF-κB通路炎症反应、调节肠道菌群平衡并促进短链脂肪酸(SCFA)产生。该研究为植物提取物治疗炎症性肠病提供了新的理论依据。
在当今社会，炎症性肠病(IBD)的发病率呈现持续上升趋势，其中溃疡性结肠炎(UC)作为一种慢性复发性肠道炎症性疾病，给患者的生活质量带来了严重负担。目前临床常用的抗炎药物、免疫抑制剂等治疗方法虽然能够缓解症状，但往往伴随着皮疹、头痛、发热和恶心等一系列不良反应，这使得开发新型有效且安全的治疗策略成为当务之急。
肠道作为人体最大的免疫器官，其健康状态与肠道微生物群的平衡密切相关。数万亿微生物在肠道内形成复杂的生态系统，通过相互作用维持着肠道环境的稳定。当这种平衡被打破，即出现菌群失调(dysbiosis)时，会导致免疫系统过度激活，特别是核因子κB(NF-κB)信号通路的异常活化，进而引发炎症反应。同时，菌群失调还会减少短链脂肪酸(SCFA)的产生，这些由膳食纤维经微生物发酵产生的代谢产物不仅是结肠上皮细胞的主要能量来源，还能维护肠道黏膜健康，增强屏障功能，并通过其抗炎特性调节免疫反应。
近年来，植物提取物及其活性成分因其在调节肠道菌群和治疗炎症性疾病方面的潜力而受到广泛关注。红甜菜根(学名Beta vulgaris L.)作为一种传统功能性食品，富含甜菜红素(betalains)、硝酸盐、维生素和矿物质等多种生物活性成分。其中，甜菜苷(betanin)作为甜菜根中的主要色素成分，约占总甜菜红素的75-95%，已被证实具有抗炎和抗氧化特性。历史记载表明，甜菜的使用可以追溯到古埃及、希腊和罗马时期，罗马人曾用其叶子作为食物，根部则用于治疗便秘和肠道问题。
尽管先前的研究表明甜菜根制剂或甜菜苷补充能够通过减轻炎症反应和氧化应激来缓解实验性结肠炎，但大多数研究主要关注临床症状、炎症标志物或组织学结果，关于甜菜根提取物和甜菜苷如何调节UC相关的肠道菌群失调和微生物代谢功能，科学界仍知之甚少。
为了解决这一知识空白，来自韩国济州国立大学的研究团队在《Journal of Functional Foods》上发表了一项研究，系统探讨了甜菜根提取物(RE)及其主要活性成分甜菜苷(BN)对葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的小鼠溃疡性结肠炎的保护作用及潜在机制。
研究人员采用了一系列关键技术方法开展此项研究。他们通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析了甜菜根提取物的活性成分；建立了DSS诱导的小鼠结肠炎模型，并将实验动物分为健康组、DSS模型组、DSS+低剂量RE组(300 mg/kg)、DSS+高剂量RE组(900 mg/kg)和DSS+BN组(50 mg/kg)；通过组织病理学分析(苏木精-伊红染色和阿利新蓝-过碘酸雪夫染色)评估结肠组织损伤；采用蛋白质印迹法(Western blot)检测紧密连接蛋白和炎症通路相关蛋白表达；通过酶联免疫吸附试验(ELISA)测定血清炎症因子水平；利用16S rRNA测序技术分析肠道菌群组成和多样性；通过气相色谱(GC)测定盲肠短链脂肪酸含量；并采用PICRUSt2工具预测微生物代谢功能。
3.1. RE中的活性化合物分析
通过GC-MS分析，研究人员从甜菜根提取物中鉴定出了多种代谢物，包括氨基酸、糖类、脂肪酸、有机酸和其他生物活性化合物。其中，氨基酸及其衍生物最为丰富，包括L-丙氨酸、天冬氨酸和丝氨酸等；糖和糖醇类如山梨糖和L-艾杜醇也含量较高；同时还检测到了脂肪酸(如棕榈酸和硬脂酸)以及有机酸(如琥珀酸和甘油酸)等成分。这些化合物中，γ-氨基丁酸(GABA)、谷氨酰胺等成分已被报道与肠道屏障保护和抗炎活性相关。
3.2. RE和BN缓解了DSS诱导的结肠炎小鼠的疾病症状
研究结果显示，DSS干预导致小鼠体重显著减轻(10.4%±5.6%)，而高剂量RE和BN处理分别将体重损失降低至5.9%±3.6%和7.2%±3.9%。DSS还引起结肠长度显著缩短，疾病活动指数(DAI)评分升高，而这些病理变化均被高剂量RE和BN干预所缓解。
3.3. RE和BN减轻了DSS诱导的结肠炎小鼠结肠组织的组织学损伤
组织学分析表明，DSS处理显著增加了结肠组织学评分，减少了杯状细胞数量和黏蛋白浓度，并降低了MUC2 mRNA表达。高剂量RE和BN干预有效逆转了这些变化，恢复了结肠黏膜的结构完整性。
3.4. RE和BN恢复了DSS诱导的结肠炎小鼠的肠道屏障完整性
蛋白质印迹分析显示，DSS处理显著降低了紧密连接(TJ)蛋白claudin-1和occludin的表达水平，而高剂量RE和BN干预则缓解了这种下降。同时，DSS引起的血清内毒素和促炎细胞因子(TNF-α、IL-6和IL-1β)水平升高也被高剂量RE和BN显著抑制。
3.5. RE和BN通过NF-κB通路缓解了DSS诱导的结肠炎小鼠的肠道炎症
在分子机制层面，研究发现DSS干预显著提高了诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和环氧化酶-2(COX-2)的蛋白表达水平，并促进了IκBα和NF-κB p65亚基的磷酸化。高剂量RE和BN处理则有效抑制了这些炎症相关蛋白的表达和NF-κB信号通路的激活。
3.6. RE和BN补充调节了DSS诱导的结肠炎小鼠的肠道菌群
肠道微生物分析显示，DSS处理显著降低了肠道菌群的α-多样性，而高剂量RE和BN干预则表现出恢复多样性的趋势。β-多样性分析表明，高剂量RE和BN显著改变了DSS引起的肠道菌群结构紊乱。线性判别分析效应大小(LEfSe)结果显示，DSS处理降低了Muribaculaceae、Lachnospiraceae和Bacteroides等菌群的丰度，同时增加了Erysipelotrichaceae和Enterobacter等与炎症相关的菌群。高剂量RE和BN则逆转了这些变化，增加了Akkermansia、Lachnospiraceae和Flintibacter等有益菌的丰度。
3.7. RE和BN补充改变了预测的微生物代谢通路
通过PICRUSt2对微生物代谢功能的预测分析发现，高剂量RE和BN改变了氨基酸代谢、能量代谢、脂质代谢以及辅因子和维生素代谢等多条通路。特别值得注意的是，DSS富集的胆汁酸生物合成、核黄素代谢和苯甲酸降解等通路在高剂量RE或BN干预后恢复正常。
3.8. RE和BN补充增加了DSS诱导的结肠炎小鼠盲肠的SCFAs
短链脂肪酸测定结果显示，DSS处理显著降低了盲肠中乙酸、丙酸和丁酸的含量，而高剂量RE和BN干预则促进了所有SCFAs的产生。相关性分析表明，Lachnospiraceae、Muribaculaceae和Ruminococcaceae等菌群与SCFAs呈正相关，而Erysipelotrichaceae和Enterobacter等炎症相关菌群则与SCFAs呈负相关。
研究结论与讨论部分强调，这项研究证实了甜菜根提取物及其主要活性成分甜菜苷能够通过多种机制缓解溃疡性结肠炎。具体而言，它们通过增强肠道屏障功能（增加黏蛋白MUC2表达和紧密连接蛋白occludin、claudin-1水平）、抑制NF-κB炎症通路（降低iNOS、COX-2表达和IκBα、p65磷酸化）、调节肠道菌群平衡（增加有益菌、减少致病菌）以及促进短链脂肪酸产生，从而发挥对结肠炎的保护作用。
特别值得注意的是，高剂量RE(900 mg/kg)和BN(50 mg/kg)表现出相似的功效，尽管RE在改善某些结肠炎相关症状方面略优于BN。这种保护作用与肠道微生物组成的积极变化密切相关，特别是与短链脂肪酸产生相关的细菌增加和短链脂肪酸水平升高有关。
该研究的创新之处在于全面揭示了甜菜根提取物和甜菜苷通过"微生物-代谢物-宿主"轴缓解溃疡性结肠炎的作用机制，为植物提取物治疗炎症性肠病提供了新的理论依据。未来研究可通过粪便微生物移植实验进一步验证肠道菌群在甜菜根提取物和甜菜苷抗结肠炎作用中的因果角色，并深入探讨这些活性成分与宿主免疫细胞或上皮细胞的直接相互作用机制。
这项研究不仅深化了我们对甜菜根健康促进作用的科学认识，也为开发基于天然产物的溃疡性结肠炎治疗策略提供了重要线索，具有显著的学术价值和潜在的应用前景。
