本文系Food Science and Human Wellness原创编译，欢迎分享，转载请授权。

Abstract

便秘是一种常见的肠道疾病。奇异果能有效预防便秘。然而，还没有研究确定猕猴桃如何预防便秘。在两周内，本研究中的小鼠连续口服管饲猕猴桃、洛哌丁胺或两者的组合。这项研究发现，猕猴桃组的粪便比便秘的小鼠含有更多的水。此外，奇异果可以加快胃肠传输（GI），缩短通过第一次黑色粪便所需的时间，并显著提高体质量增加。在Cajal间质细胞（ICC）和结肠组织中，发现血管活性肠肽（VIP）、环磷酸腺苷（cAMP）、蛋白激酶A（PKA）和水通道蛋白3（AQP3）的蛋白表达发生变化。AQP3蛋白表达水平低于便秘组。猕猴桃可以降低厚壁菌门与拟杆菌门的比例，提高肠道微生物群的多样性和数量。通过影响肠道微生物群和VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路，猕猴桃预防便秘。

Introduction

每周排便少于三次，排便复杂，粪便坚硬干燥，胃痛，恶心，消化不良和腹胀都是便秘的迹象。 随着生活节奏的加快，社会压力的增加，以及现代文化中不良的饮食习惯，大约70%的人处于亚健康状态，经常出现消化系统不适，便秘是最常见的类型。 便秘也可以由药物，不洁的生活，滥用泻药，荷尔蒙问题和身体其他部位的疾病引起。 便秘具有高度复杂的病因，涉及患者的肠功能受损。 结果造成不同程度的心理压力，影响患者的生活质量。 目前，泻药主要用于治疗便秘，尽管这种治疗方法可能有一些不良的副作用，包括收缩性腹泻和药物依赖。 因此，从源头上预防便秘，减少便秘及通便副作用对人体的危害，已成为新的研究热点。 增强肠道健康的最关键方法是通过饮食预防便秘。 尽管如此，目前还没有针对功能性食品（尤其是浆果）的临床试验或科学研究。

首先，排便时间和肠推进值是衡量肠道生理活动的重要指标，由于便秘的发生与结肠动力问题有关，因此有利于评估小鼠便秘的程度。首次排便时间缩短和推进速度增加表明便秘改善。有人认为，持续性便秘与神经递质和水通道水平密切相关。血管活性肠肽（VIP）是一种重要的肠道神经递质，可控制肠道运动和肠液代谢。VIP与相应的受体结合，使ATP转化为环磷酸腺苷（cAMP），然后激活cAMP依赖性蛋白激酶A（PKA），使细胞内水通道蛋白3（AQP3）磷酸化。水运输系统和便秘的发展都与AQP3密切相关。因此，识别VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路的改变至关重要。P物质（SP）水平降低，SP是一种兴奋性神经肽，可刺激排便，与结肠感觉功能障碍密切相关。便秘可能是由于结肠感觉功能受损导致直肠顺应性增加所致。结肠的平滑肌受到一种叫做胃动素（MTL）的肠激素的刺激而收缩，这会加快肠内容物通过它的速度。为了缓解便秘，5-羟色胺（5-HT）促进与肠道运动相关的细胞的产生。

改变肠道微生物群组成，并使肠道对病原体和内毒素更具渗透性。便秘会导致有害细菌繁殖，排泄物在小肠中停留的时间比平时长得多，并且会伤害其他器官。肠道健康与Cajal间质细胞（ICC）有关。便秘和肠功能障碍将由肠中ICC的含量和结构的改变引起。

益生元一直是调节肠道健康、治疗便秘的研究热点，对桑葚等浆果类也有研究。本文的材料是猕猴桃，一种非常独特的浆果。果实风味鲜明，果形小，幼果皮绿色，老果皮深绿色，表面光滑无毛，成熟后果肉呈绿色或黄绿色。猕猴桃（Actinidia acutte）是猕猴桃科多年生雌雄异株落叶藤本浆果。猕猴桃整体健康，含有多种维生素、蛋白质和脂肪，其VC含量是苹果和梨的80～100倍。猕猴桃也是药食同源植物，其果、茎、根、叶均具有治疗意义，其多糖和类黄酮具有润肠清肠的功效。

此外，猕猴桃可以降低血糖，调节肠道健康，支持胎儿发育，预防和治疗白色内部疾病。野生猕猴桃资源分布在中国、日本、俄罗斯和朝鲜半岛。猕猴桃猕猴于19世纪末从日本抵达美国，并于20世纪被种植用于贸易。野生猕猴桃资源在我国辽宁、山东、吉林、黑龙江等省尤为丰富。本研究选用辽宁省丹东市的“龙城2号”为材料。

本研究检查了猕猴桃是否可以通过调节洛哌丁胺诱导的便秘小鼠和ICC实验中的VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路和肠道微生物群组成来预防便秘。这些发现表明，猕猴桃可以作为一种不同的方法来治疗便秘。这有利于促进临床试验，并导致猕猴桃的开发。

Results

VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路在ICC实验中的表达

这项研究的目的是确定猕猴桃如何减少便秘。为了改善小鼠肠道的健康，猕猴桃可以促进小鼠生长，改变粪便状况，上调与肠道运动直接相关的兴奋性神经递质，并调节肠道植物群。大多数关于便秘的早期研究使用动物。基于上述研究结果，本研究将ICC细胞检测与VIP-cAMP-PKA-AQP3通路调控相结合，探讨猕猴桃预防便秘的机制。结合细胞和动物研究提供了一个新的视角，在体外和体内预防便秘。

猕猴桃通过下调VIPcAMP-PKA-AQP3通路预防便秘。在3、6、12 h不同时间，猕猴桃组的VIP、cAMP、PKA、AQP3 mRNA相对水平最低（图1～4）。猕猴桃组VIP、cAMP、PKA和AQP3蛋白的表达分别在第3、6和12 h显著低于Con组。然而，在Lop组中，这一比例明显更高。肠神经的中心靶细胞是ICC。参与胃肠起搏和肌电活动的扩散，促进神经信号的传递，控制胃肠运动，猕猴桃组在3、6、12 h时的微量蛋白表达量均显著低于Con组。然而，在Lop组中，这一比例明显更高。肠神经的中心靶细胞是ICC。参与胃肠道起搏和肌电活动的扩散，促进神经信号的传递，控制胃肠道的运动。

猕猴桃预防便秘症状的功效

猕猴桃组中的小鼠比对照组中的小鼠重得多。相比之下，便秘小鼠的体质量要轻得多（图5A）。与对照组相比，猕猴桃组经历了最快的首次黑便发作，降低了47.3%（图5B）。在3 h内，猕猴桃组的粪便数量分别增加了30%（Con）、30%（猕猴桃＋Lop）和150%（Lop）（图5C）。此外，猕猴桃浆果的消耗增加了粪便含水量，其分别比对照组、猕猴桃＋Lop组和Lop组高18.8%、9.3%和110.3%（图5D）。猕猴桃组具有最显著的GI率，其分别比对照组、猕猴桃＋Lop组和Lop组高25.0%、10.5%和46.2%（图5E）。

蠕动的程度取决于肠道推进的速度，它主要负责促进肠道内容物的通过。大便会更有效地排出，排便速度更快；否则更容易发生便秘。根据一项研究，猕猴桃通过加速消化推进来减少便秘。研究表明，补充双歧杆菌可显著降低排便频率和一致性，并通过增加肠道运输时间和粪便质量来缓解便秘。第一次黑屎排泄的时间，即通过小肠和大肠的总运输时间，反映了粪便通过肠道的时间长度。大便中水分过多，在结肠中滞留时间过长是导致便秘的主要原因之一。因此，对便秘的调节效果较好与首次黑便排便时间较短有关。与我们的研究结果一致，双歧杆菌缩短了第一次大便的时间，从而缓解了便秘。

图5 猕猴桃对体质量及排便参数之影响

猕猴桃调节血清和结肠组织中的神经递质水平

研究人员在小鼠血清和结肠样本中检测了与肠道功能密切相关的神经递质成分，以进一步评估猕猴桃预防便秘的能力。如图6所示，猕猴桃组在血清和结肠样品中具有最高量的神经递质，而Lop组具有最低的神经递质水平。与便秘小鼠相比，猕猴桃组小鼠血清和结肠组织中SP含量分别增加了76.5%和36.9%。与Lop组的血清和结肠样品相比，猕猴桃组的MTL和5-HT水平分别升高了90.6%和52.0%，61.8%和55.9%。

多种神经递质参与胃肠运动的复杂过程和反应。证实结肠中存在兴奋性神经递质受体，接受神经递质并促进肠道运动。增加兴奋性神经递质水平会促进肠道运动，缓解便秘。在洛哌丁胺诱导的便秘大鼠中，补充牛磺酸-木糖可显著提高血清SP和MTL水平。在洛哌丁胺诱导的大鼠中。能有效提高MTL和SP水平，缓解便秘。当给药不同的魔芋甘露聚糖低聚糖时，苯甲酸乙酯诱导的便秘小鼠血清中MTL和SP水平较高。以前的研究仅仅检查了血清或结肠样本中兴奋性神经递质的变化。这项研究彻底检查了小鼠血清和结肠样本的神经递质改变。

图6 猕猴桃能提高血清和结肠组织中兴奋性神经递质的水平

VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路表达的动物实验

实时定量PCR和Western blot方法对于鉴定分子途径至关重要。使用RT-qPCR和Western blot检查了与结肠水摄取和胃肠道神经系统相关的几种基本调节剂（包括VIP、cAMP、PKA和AQP3）的表达，以确定猕猴桃是否对洛哌丁胺诱导的肠组织损伤具有保护作用。值得注意的是，猕猴桃组的VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路的值比便秘小鼠相对较低（图7）。

便秘的三个主要致病原因是肠道微生物群失衡，肠道运动功能障碍和认知应激。近年来，脑-肠-微生物组轴（BGMA）系统已成为便秘病理生理学的重要研究课题。VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路是最重要的信号网络之一。AQP3具有独特的水转运功能，与细胞中水的分泌、吸收和平衡直接相关。通过控制结肠上皮细胞中AQP3的量，VIP可影响结肠中的水代谢，从而影响结肠VIPcAMP-PKA-AQP3信号传导途径。与本研究的结果一致，高比容多糖降低了血清VIP水平，并下调了肠道中cAMP、PKA和AQP3蛋白的表达。

肠组织参数的表征

免疫组化法检测结肠组织VIP、cAMP、PKA和AQP3的变化。与便秘小鼠相比，猕猴桃组的VIP、cAMP、PKA和AQP3均显著降低，分别为73.9%、27.0%、60.0%和60.0%（图8）。免疫组化结果显示，猕猴桃果可抑制VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路，从而抑制便秘的发生。

由于免疫组织化学检测，结肠组织中必需成分表达的分析结果更容易理解。识别炎症变量是早期便秘研究的IHC分析的主要焦点。假小链双歧杆菌的免疫组化染色改善了葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎，显示p-p65、TLR4、p65、p-IκB、IκB等炎症标志物的表达显著降低。用组织化学染色法检测经壳聚糖处理或不经壳聚糖处理的便秘小鼠中Claudin-1、ENaC-γ和CD45的表达。结果显示，便秘小鼠肠黏膜及粘膜下层T淋巴细胞明显升高。经低聚壳聚糖处理后，免疫激活由洛哌丁胺引起。此外，IHC研究已经完成了肠收缩和胃肠道运输的神经方面。魔芋低聚糖通过增加肠道组织中c-kit蛋白和干细胞因子的表达，改善胃肠蠕动，治疗便秘。

猕猴桃改变肠道微生物群的组成

对来自4个实验组的小鼠的粪便进行16S rDNA测序，以研究猕猴桃如何通过改变肠道细菌生态系统来减少小鼠的便秘。Shannon、Simpson和Chao1指数都是α多样性的例子。Chao1指数显示了肠道微生物群的多样性。样品之间肠道微生物群的差异由Simpson和Shannon指数反映。猕猴桃组的Chao1、Simpson和Shannon指数均高于Lop组，猕猴桃浆果可能能够提高粪便微生物群的物种多样性和丰度（图9A）。厚壁菌门和拟杆菌门是仅在门水平上最普遍的两个分类群，其次是变形菌门和放线菌门（图9B）。用猕猴桃提取物处理降低了厚壁菌门的丰度，但增加了拟杆菌门的丰度。随后，使用相互作用主成分分析（PCA）来评估粪便微生物群落复杂性的变化和各种样品中的结构改变。基于PCA的发现证明了猕猴桃组和Lop组的肠道微生物群之间的实质性差异（图9C）。通过热图分析，在属水平上探讨了猕猴桃果对粪便植物群的调节作用。结果，图9D显示了20个显著不同属的丰度。普雷沃氏菌，螺杆菌，瘤胃球菌，粪球菌在猕猴桃组比在洛普组更普遍。

通过神经元信号传导途径，肠道细菌可以影响中枢神经系统功能。肠道微生物群的发酵作用支持各种神经递质的多样性，并控制宿主释放信号分子。通过释放神经递质，下丘脑刺激胃肠壁内的初级感觉神经元，并导致异常的肠道植物群。神经递质通过引起神经元再次通信来促进肠道细菌。对便秘机制的研究必须包括对肠道微生物群的彻底检查。

便秘相关指标与肠道细菌相对丰度的相关性研究

计算斯皮尔曼相关系数以研究与便秘相关的指标之间的关系。如图10所示，体质量和排便参数（粪便数量、粪便含水量和GI率）与拟杆菌属呈正相关。兴奋性神经递质（SP，MTL和5-HT）在结肠和血清样品中的水平也呈正相关拟杆菌。因此，拟杆菌促进小鼠体质量增加，改善粪便状态，并增加与肠道密切相关的兴奋性神经递质。放线菌与VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路的表达呈正相关。

为了更好地了解肠道细菌的种类和丰度与便秘发病率之间的关系，斯皮尔曼相关分析也被用于早期的便秘研究。乳果糖调节肠道微生物群和肠道代谢产物在治疗便秘小鼠中的相关性分析显示，大多数在属水平上发生变化的肠道细菌（肠道完整性和运动性、炎性细胞因子、肠道代谢产物）与便秘密切相关，与理化特性密切相关。根据斯皮尔曼相关性分析，在便秘小鼠中，与肠道代谢产物合成相关的肠道细菌受到影响，该分析在被壳寡糖改变的27个细菌属与便秘相关的生物标志物之间进行。这些发现意味着便秘小鼠肠道微生物群结构的重塑可能与壳寡糖对肠道代谢产物产生的调节作用有关。研究表明，蜂蜜处理后小鼠结肠组织中的神经递质水平与微生物有关。洛哌丁胺诱导的小鼠便秘可以通过蜂蜜补充调节神经递质和肠道微生物群来缓解，这与我们的研究结果一致。

早期对便秘的研究是在便秘已经发生，结肠损伤仍然存在的情况下进行的。因此，在肠道受到影响之前采取主动行动阻止肠道损伤对肠道健康至关重要。白藜芦醇和高纤维饮食都被认为可以预防便秘，尽管潜在的机制和效果尚不清楚。由于猕猴桃没有副作用，而且在人体中具有生物活性，因此根据上述研究，研究猕猴桃预防便秘的能力至关重要。本研究建立了一个特殊的“ICC细胞-动物模型-微生物”系统，研究猕猴桃的便秘预防机制，支持猕猴桃作为便秘的替代治疗方法，也可以为功能性浆果的临床试验和商业化提供帮助。

Conclusion

该研究证明了对便秘小鼠的有益预防作用，特别是增强小鼠的粪便健康并促进其肠道蠕动。猕猴桃可以调节VIP-cAMP-PKA-AQP3信号通路，改变肠道细菌的组成，改善肠道健康。这些结果表明，猕猴桃可以作为治疗便秘的候选药物。

Preventive effect of kiwi berry (Actinidia arguta) on loperamide-induced constipation

Jiyue Zhang1, Bin Li1, Ningxuan Gao, Haikun Li, Xingyue Cui, Hanqian Jiang, Siyi Tang, Chenyu Jin, Jinlong Tian*

College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China

1 Both authors contributed equally.

*Corresponding author.

Abstract

Constipation is a common intestinal disease. Kiwi berries can effectively prevent constipation. However, studies have yet to be done to determine how kiwi berries prevent constipation. For two weeks, mice in this study were continually orally gavaged with kiwi berry, loperamide, or a combination of the 2. This study found that the kiwi group’s feces had more water than the constipated mice. In addition, kiwi berries can speed up gastrointestinal transit (GI), shorten the time it takes to pass the first dark stool, and dramatically enhance body weight gain. In the interstitial cells of Cajal (ICC) cells and colon tissues, alterations in the protein expression of vasoactive intestinal peptide (VIP), cyclic adenosine monophosphate (cAMP), protein kinase A (PKA), and aquaporin-3 (AQP3) were found. At 3, 6, and 12 h of ICC cells and mouse colon, the kiwi group’s VIP, cAMP, PKA, and AQP3 protein expression levels were lower than those of the constipated mice. The kiwi berry can decrease the Firmicutes to Bacteroidetes ratio and boost the diversity and quantity of gut microbiota. By inf luencing the gut microbiota and VIP-cAMP-PKA-AQP3 signaling pathway, kiwi berries prevent constipation.

Reference:

ZHANG J Y, LI B, GAO N X, et al. Preventive effect of kiwi berry (Actinidia arguta) on loperamide-induced constipation[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(3): 1410-1421. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250119.

翻译：农梦琪（实习）

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片来源：图虫创意

为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社将与陕西师范大学、新疆农业大学、浙江海洋大学、甘肃农业大学、大连民族大学、西北大学于2024年10月14-15日在陕西西安共同举办“2024年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。

长按或微信扫码了解详情

为加强企业主导的产学研深度融合，促进食品科研成果转化和服务地方经济产业，由全国糖酒会主办，北京食品科学研究院、中国食品杂志社和中粮会展（北京）有限公司承办的“食品科技成果交流会”将于2024年10月29-31日糖酒会期间在深圳国际会展中心举办 ，以当前食品科技发展趋势和食品产业发展的重点科技需求为导向，针对食品产业发展面临的重大科技问题，交流和借鉴国外经验，为广大食品科研工作者和生产者提供新的思路，指明发展方向。

长按或微信扫码进行注册

会议招商招展

联系人：杨红；电话：010-83152138；手机：13522179918（微信同号）