低聚木糖的生理活性研究進(jìn)展

王 立， 薛臘梅， 李 言， 錢海峰， 張 暉， 齊希光， 吳港城

（江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

低聚木糖，又稱木寡糖，是一種功能性低聚糖[1]，由2～10個(gè)木糖分子通過β-1，4糖苷鍵連接而成，相對(duì)分子質(zhì)量一般在200～300左右[2]。低聚木糖具有良好的理化性質(zhì)，如具有較高的耐熱和耐酸性能[3-5]；甜度約為蔗糖的40%～50%，可作為食品甜味劑[6]；粘度比其他低聚糖低，可降低水分活度[7]；在水溶液中可以形成螺旋狀結(jié)構(gòu)，增大持水能力，改善食品流變學(xué)特性[8-10]；有良好的抗凍性能，可解決食品不耐凍藏的問題[11]。

低聚木糖一般是由木聚糖水解而得[12]，常見的制備原料有小麥、甘蔗等農(nóng)作物秸稈以及玉米芯、稻殼等加工副產(chǎn)物[13]。目前，國內(nèi)低聚木糖的生產(chǎn)大多以玉米芯為主要原料，其次是小麥麩皮[14]。低聚木糖的制備一般包括三個(gè)步驟：木聚糖的提取、木聚糖的水解、低聚木糖的分離和純化[15]。提取方法有化學(xué)法和酶法兩種[16-18]，目前基本以兩種方法結(jié)合的提取方式為主[19-20]。

低聚木糖除了具有較好的理化性質(zhì)外，其作為益生元所表現(xiàn)的生理活性也是各界學(xué)者研究熱點(diǎn)之一[21]。大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明了低聚木糖在抗齲齒[22]、調(diào)節(jié)血糖[23]、降血脂[24]、降膽固醇[25]、調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)[19]、抗癌癥[26]、抗炎癥[27]、提高免疫[28]、抗氧化[29]、促進(jìn)鈣吸收[30]等方面的健康作用，另外，也有較多報(bào)道其能夠有效預(yù)防肥胖、心血管疾病、動(dòng)脈粥樣硬化以及腸道疾病[31-32]。由于其有效攝入量比其常見功能性低聚糖低得多，低聚木糖也被稱為“超強(qiáng)雙歧因子”[33]。關(guān)于低聚木糖的慢性毒理學(xué)研究顯示，其在人、狗以及大鼠等動(dòng)物中無任何毒性表現(xiàn)，LD50值大于 32 g/kg[34]，NOAEL 值超過 3 000 mg/kg，說明低聚木糖幾乎無毒[35-36]。

從已有的大量報(bào)道看，圍繞低聚木糖生理活性方面的研究主要集中在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等一些數(shù)據(jù)指標(biāo)方面，雖然對(duì)其作用機(jī)制有一些推測，但很不明確，部分甚至還存在著爭議，還有待進(jìn)一步研究。作者綜述了近年來低聚木糖生理活性的相關(guān)研究工作，并分析了其中存在的問題，以期為低聚木糖的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用提供依據(jù)。

1 調(diào)節(jié)血糖

低聚木糖在動(dòng)物的胃或腸道中不被消化吸收，因此，低聚木糖的攝入不會(huì)導(dǎo)致血糖的升高，攝入的低聚木糖大多到達(dá)大腸部位，在大腸中被部分微生物發(fā)酵利用。已有較多研究結(jié)果證實(shí)其在降血糖方面的功能性，并從胰島素、生長素、饑餓素、短鏈脂肪酸以及與脂肪組織的關(guān)系等方面解釋其調(diào)節(jié)血糖的機(jī)制。但是也有一些報(bào)道稱低聚木糖的攝入對(duì)機(jī)體血糖變化不明顯，甚至有報(bào)道稱低聚木糖在哺乳動(dòng)物和嚙齒類動(dòng)物、患有糖尿病等高血糖人群和健康人群之間產(chǎn)生不同的作用[37]。

1.1 低聚木糖對(duì)血糖的調(diào)節(jié)作用

雖然普遍認(rèn)為低聚糖等益生元能改善血糖水平，但對(duì)于低聚木糖能否改善高血糖患者或調(diào)解健康人群的血糖水平，有不同的報(bào)道結(jié)果。Sheu等人[38]研究發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者攝入低聚木糖8周后能顯著降低血糖水平；Wang等人[39]發(fā)現(xiàn)，攝入5%的低聚木糖能顯著降低肥胖小鼠的血糖；鄔敏辰等人[40]發(fā)現(xiàn)，玉米芯制備的低聚木糖有助于降低四氧嘧啶引發(fā)糖尿病小鼠血糖水平；Broekaert等人[41]研究發(fā)現(xiàn)，谷物來源的阿拉伯-木糖-低聚糖、低聚木糖和阿拉伯木聚糖均能有效改善哺乳動(dòng)物的血糖水平；Siddhartha等人[42]發(fā)現(xiàn)阿拉伯木聚糖不能改善高血糖肥胖小鼠的血糖水平，但是能改善其葡萄糖耐量。

對(duì)健康人群來說，大量研究結(jié)果表明，低聚糖對(duì)血糖水平的影響不顯著[37]。Kevin C[43]研究麥麩阿拉伯糖-木糖-低聚糖益生作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，健康人群分別攝入2.2、4.8 g/d劑量的阿拉伯糖-木糖-低聚糖3周后，血糖和胰島素水平比空白組有所降低，但沒有顯著性差異；同樣，Wang等人[39]也發(fā)現(xiàn)在健康小鼠膳食中加入5%的低聚木糖6周后，血糖水平較正常膳食的健康小鼠沒有顯著性降低；Chung等人[44]在健康老年人體實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，連續(xù)攝入4 g/d的低聚木糖8周，空腹血糖水平?jīng)]有變化。在其他動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中也有類似現(xiàn)象，Paula Enes等人[45]發(fā)現(xiàn)，低聚木糖對(duì)歐洲鱸魚的葡萄糖耐量和血漿葡萄糖水平?jīng)]有顯著影響；Hoseinifar等人[46]也得到了相似的結(jié)果，低聚果糖和菊粉對(duì)幼年白鯨的血漿葡萄糖水平?jīng)]有影響。但也有研究[47]稱攝入高劑量的阿拉伯木聚糖能夠改善健康人群、2型糖尿病患者、葡萄糖耐受量受損人群以及糖尿病大鼠的血糖水平。

1.2 低聚木糖對(duì)血糖影響機(jī)制的研究

盡管目前對(duì)于低聚糖改善人和其他動(dòng)物血糖水平的機(jī)制有很多爭論，但大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為低聚糖調(diào)節(jié)血糖的機(jī)制與其在腸道中的發(fā)酵過程有關(guān)。Broekaert等人[39]認(rèn)為，低聚木糖調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物的血糖和血脂代謝取決于其在結(jié)腸中的發(fā)酵過程。也有一些研究認(rèn)為低聚木糖通過降低血漿葡萄糖水平和增強(qiáng)胰島素敏感性來改善葡萄糖耐量[48]。鄔敏辰等人[6]推測低聚木糖降低糖尿病小鼠血糖水平可能與恢復(fù)胰島功能有關(guān)。還有學(xué)者報(bào)道[49]，低聚木糖的攝入能夠調(diào)節(jié)胰腺的胰島素排泄。Delzenne等人[50]認(rèn)為，哺乳動(dòng)物攝入低聚木糖后，經(jīng)腸道中有益菌發(fā)酵產(chǎn)生大量的丙酸能夠刺激腸道的激素胰高血糖素樣肽1（GLP-1）的產(chǎn)生，從而刺激胰島素的分泌進(jìn)而增加肝臟糖原的合成以及降低血漿葡萄糖水平。

低聚木糖不能被動(dòng)物胃腸道消化吸收，而是在大腸中被腸道中雙歧桿菌等有益菌發(fā)酵利用并產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸等有機(jī)酸[39]。Anderson和Bridges等人[51]認(rèn)為短鏈脂肪酸除促進(jìn)丙酸糖酵解外，也會(huì)通過抑制丙酮酸羧化酶降低糖異生，同時(shí)，他們也發(fā)現(xiàn)乙酸和丁酸等能夠增加大鼠分離肝細(xì)胞中乳酸產(chǎn)生葡萄糖的量[52]，這些研究結(jié)果說明，低聚木糖能夠間接影響血糖水平。Tina Skau Nielsen[53]在研究阿拉伯木聚糖改善豬的血糖實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，攝入膳食纖維可導(dǎo)致皮下脂肪細(xì)胞的大小以及分布面積發(fā)生變化，進(jìn)而影響血糖的動(dòng)態(tài)平衡。Rizkalla S等人[54]在對(duì)重度肥胖人群的研究中也發(fā)現(xiàn)，皮下脂肪組織形態(tài)（平均脂肪大?。┡c血漿胰島素、血漿葡萄糖和胰島素抗性呈正相關(guān)。同時(shí)，低聚木糖屬于水溶性膳食纖維，被機(jī)體攝入后會(huì)延遲胃排空，增加飽腹感，因此會(huì)降低血糖和血脂反應(yīng)[55]。血漿生長素水平以及?；L素水平的相對(duì)濃度的變化在維持體重和能量平衡方面有一定影響[56-57]，且生長素還能降低血壓以及改善內(nèi)皮細(xì)胞功能[58]。低聚木糖的攝入會(huì)對(duì)生長素和饑餓素水平產(chǎn)生影響，從而影響食欲，進(jìn)而起調(diào)節(jié)血糖的作用。

從以上研究結(jié)果看，低聚木糖對(duì)血糖水平有一定的調(diào)節(jié)作用，對(duì)高血糖、糖尿病或者葡萄糖耐受受損人群來說，低聚木糖的攝入對(duì)降低血糖水平有積極作用，這也與大多數(shù)研究的結(jié)論一致。但是對(duì)于嚙齒類動(dòng)物來說，爭論比較大，低聚木糖的攝入是否同樣也能降低高血糖嚙齒動(dòng)物的血糖水平有待進(jìn)一步驗(yàn)證。另外，對(duì)于健康人群來說，普遍的研究結(jié)果顯示，低聚木糖的攝入對(duì)血糖水平稍有降低，但是并不顯著。對(duì)于一些學(xué)者實(shí)驗(yàn)結(jié)果上的差異，可能是受低聚木糖的攝入量的不同、實(shí)驗(yàn)期不夠長、甚至是蛋白質(zhì)的攝入量等因素的影響[59]。

2 降低血脂、血清膽固醇

對(duì)脂質(zhì)代謝的調(diào)控是低聚木糖的重要生理作用之一[39]。在研究低聚木糖在調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的具體作用時(shí)，一般通過甘油三酯、總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇、高密度脂蛋白膽固醇、白色脂肪組織質(zhì)量或者與脂肪代謝相關(guān)的基因表達(dá)等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)[38]。

2.1 低聚木糖對(duì)脂質(zhì)代謝的影響

大量研究表明，低聚木糖能有效降低肥胖人群的脂質(zhì)水平，如Sheu等人[38]稱連續(xù)攝入4 g/d的低聚木糖8周后，2型糖尿病患者的脂肪水平有顯著性降低。Wang等人[39]發(fā)現(xiàn)低聚木糖能降低高脂肪膳食的肥胖小鼠的總膽固醇、低密度脂蛋白、甘油三酯水平，增加高密度脂蛋白水平。Wolever等人[60]稱可溶性膳食纖維的攝入能夠降低高膽固醇患者的膽固醇水平。同樣，Siddhartha等人[40]在對(duì)高脂膳食小鼠分別飼喂0.5、1.0 g/kg劑量的阿拉伯木聚糖10周后，發(fā)現(xiàn)甘油三酯、總膽固醇、非酯化脂肪酸、低密度脂蛋白膽固醇以及總血脂水平都有所降低，并通過組織學(xué)觀察和油紅染色實(shí)驗(yàn)證實(shí)了阿拉伯低聚木糖的攝入能夠降低小鼠的脂肪合成，但高密度脂蛋白膽固醇和動(dòng)脈粥樣硬化指數(shù)沒有顯著性變化。Garcia等人[61]稱肥胖人群攝入5 g/d的阿拉伯木聚糖后，血清甘油三酯濃度顯著性降低，但是非酯化脂肪酸水平?jīng)]有顯著性改變。Gunness等人[62]在研究阿拉伯木聚糖對(duì)豬的脂質(zhì)代謝影響中發(fā)現(xiàn)，甘油三酯水平顯著性降低，但是總膽固醇、低密度脂蛋白和高密度脂蛋白水平?jīng)]有變化。

從以上結(jié)果可以看出，低聚木糖對(duì)脂質(zhì)代謝起到一定的調(diào)控作用，但是在不同的實(shí)驗(yàn)對(duì)象和攝入劑量條件下，血脂水平的變化有所不同。Cloetens等人[41]發(fā)現(xiàn)正常血脂的健康人群在攝入10 g/d的阿拉伯糖-木糖-低聚糖3周后，脂肪水平?jīng)]有顯著變化。

另外對(duì)于非哺乳動(dòng)物，Paula Enes等人[63]在益生元對(duì)歐洲鱸魚的血糖和血脂的代謝實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，低聚木糖能降低蘋果酸酶 （ME）、脂肪酸合成酶（FAS）、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PD）等脂肪合成酶的活性，從而降低脂肪合成。另有報(bào)道稱功能性低聚糖有降低肉雞脂肪水平的作用[49]。

2.2 低聚木糖對(duì)血脂影響的機(jī)制

有大量關(guān)于低聚木糖對(duì)血脂代謝的研究報(bào)道，許多學(xué)者也從不同的角度解釋了其作用機(jī)制，目前的研究主要是從生長素水平、短鏈脂肪酸水平、肝臟中與脂質(zhì)代謝相關(guān)酶活性和基因的表達(dá)以及膽汁酸等方面來解釋低聚木糖影響脂質(zhì)代謝的。

低聚糖的攝入會(huì)降低總的生長素和?；L素水平，而?；L素水平的降低會(huì)降低食物的攝入量由此改善肥胖并控制代謝[64]。Garcia等人[61]稱餐后生長素水平不受胰島素調(diào)控，反而受脂肪攝入的影響，小腸中長鏈甘油三酯的存在會(huì)抑制生長素的分泌，說明其調(diào)控機(jī)制也取決于營養(yǎng)負(fù)荷和接觸營養(yǎng)物質(zhì)的腸道的長度[65]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，生長素水平的變化與甘油三酯的變化一致，說明阿拉伯木聚糖能通過調(diào)節(jié)生長素來間接調(diào)控血脂和脂肪的消化[61]。

Ooi等人[66]稱腸道中微生物發(fā)酵低聚木糖產(chǎn)生的短鏈脂肪酸影響膽固醇的代謝，其中丙酸被腸道吸收后進(jìn)入血液中通過門靜脈到達(dá)肝臟，進(jìn)而在肝臟中降低膽固醇的合成以及改善胰島素的敏感，從而調(diào)節(jié)機(jī)體脂質(zhì)代謝。低聚木糖被腸道微生物發(fā)酵后產(chǎn)生的短鏈脂肪酸乙酸和丙酸對(duì)脂質(zhì)代謝的影響機(jī)制是相反的，因?yàn)閮烧呤歉偁幮赃M(jìn)入肝細(xì)胞[67]。但腸道微生物發(fā)酵低聚糖等益生元的模式和到達(dá)肝臟中的乙酸和丙酸的相對(duì)量是否與益生元調(diào)節(jié)脂肪代謝的能力有關(guān)有待進(jìn)一步研究證明。

Siddhartha等人[40]認(rèn)為，小鼠膽固醇的降低既與肝臟中HMG CoA還原酶 （β-羥-β-甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶）的表達(dá)降低有關(guān)，也與丙酸含量的增加有關(guān)。他們發(fā)現(xiàn)小鼠在高脂膳食后，與肝脂質(zhì)代謝的相關(guān)基因 FASN、ACC、SREBP-1c和HMGCOA-R等的表達(dá)會(huì)增加，而阿拉伯木聚糖攝入后會(huì)降低這些基因的表達(dá)，并降低與內(nèi)臟白色脂肪組織脂肪細(xì)胞肥大相關(guān)的PPAR-γ和 C/EBP-α的表達(dá)。

另外，也有研究從膽汁酸角度解釋低聚木糖降血脂的機(jī)制。Wolever等人[62]認(rèn)為，低聚木糖等益生元的攝入降低高膽固醇患者的膽固醇水平的機(jī)制是膽汁酸的過量排泄，但也有研究顯示，排泄物中過量的膽汁酸只是在短期的干預(yù)（2 d或24 h）中出現(xiàn)[67-68]。Gunness等人[62]發(fā)現(xiàn)，阿拉伯木聚糖能降低血漿甘油三酯的水平，并給出3種可能的解釋：1）可能通過降低膽汁酸數(shù)量來降低甘油三酯消化率；2）可能通過限制甘油三酯的乳化而降低其消化率；3）阿拉伯木聚糖可能通過影響法尼基衍生物X受體（FXR）活性來結(jié)合膽汁酸，進(jìn)而影響甘油三酯吸收。另外他們還發(fā)現(xiàn)阿拉伯木聚糖的攝入能夠顯著增加豬的熊去氧膽酸含量，預(yù)防膽固醇型膽結(jié)石。

3 優(yōu)化腸道菌群、預(yù)防腸道疾病

一直以來攝入膳食纖維的健康作用被認(rèn)為與大腸中微生物對(duì)其發(fā)酵有密切關(guān)系[69]。低聚木糖在大腸中被有益菌利用，過程中產(chǎn)生的短鏈脂肪酸對(duì)機(jī)體健康有重要意義，不僅對(duì)腸道健康有影響，更重要的是還影響低聚木糖發(fā)揮其他生理功能[39]。

3.1 低聚木糖對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)作用

張軍華[70]研究發(fā)現(xiàn)，低聚木糖的生理活性主要是來源于平均聚合度較小的組分，且木三糖的體外增殖雙歧桿菌的效果要高于木二糖、木五糖和木六糖以及混合的低聚木糖。有報(bào)道稱[71]決定增殖雙歧桿菌能力大小的主要因素是碳源的種類，而不是碳源的濃度。研究發(fā)現(xiàn)[72]，低聚木糖在腸道中對(duì)雙歧桿菌的增殖效果和葡萄糖接近，所不同的是其僅能夠增殖雙歧桿菌等有益菌。另外，低聚木糖對(duì)雙歧桿菌的增殖效果大約是其他功能性低聚糖的20倍，且選擇性更高[73]。

Manuel等人[74]發(fā)現(xiàn)，樺木來源的低聚木糖體外發(fā)酵能顯著增殖雙歧桿菌的數(shù)量，且能增殖葡萄球菌尤其是Staphylococcus hominis，這種葡萄球菌能夠產(chǎn)生抑菌素，抑制相應(yīng)的致病菌如金黃色葡萄球菌和幽門螺桿菌。Chen等人[75]發(fā)現(xiàn)巨芒來源的低聚木糖能增加雙歧桿菌、乳酸桿菌和大腸桿菌的數(shù)量，而不影響產(chǎn)氣莢膜梭菌等病原菌的數(shù)量。Hald等人[76]發(fā)現(xiàn)攝入阿拉伯木聚糖后，糞便中的雙歧桿菌數(shù)量顯著增加，而乳桿菌、梭狀芽胞桿菌和嗜黏蛋白阿克曼氏菌的量沒有明顯變化。Buruiana等人[77]從玉米秸稈中提取的低聚木糖對(duì)乳酸桿菌和擬桿菌增殖也非常顯著。Kevin等人[42]發(fā)現(xiàn)，低聚木糖的攝入能夠顯著增加人體腸道中雙歧桿菌的數(shù)量，但是對(duì)乳酸桿菌、擬桿菌和梭菌屬的數(shù)量影響并不明顯。

不同學(xué)者研究低聚木糖對(duì)腸道中微生物種類和數(shù)量上的影響有不同的結(jié)果，可能是因?yàn)樗梅椒ǖ牟町怺78]。實(shí)驗(yàn)周期長短也是影響因素之一[77]，黃思思[79]在研究木聚糖在大鼠腸道的代謝特性研究中發(fā)現(xiàn)，鼠便中木聚糖酶的活性在飼喂木聚糖6周后才趨于穩(wěn)定。因此，我們認(rèn)為在評(píng)價(jià)低聚木糖對(duì)腸道微生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用時(shí)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)周期最好要連續(xù)6～8周，而在以人為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的研究中，更要注意長期的膳食干預(yù)。另外，也要考慮腸道中的微生物種群結(jié)構(gòu)的變化與低聚木糖的來源、生產(chǎn)方式、純度以及宿主腸道中原本的微生物種群構(gòu)成等多方面因素有關(guān)[78]。

3.2 低聚木糖促進(jìn)腸道健康的機(jī)制

低聚木糖在腸道中選擇性增殖雙歧桿菌等有益菌被認(rèn)為與維生素的產(chǎn)生、免疫刺激和降低腸道運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間以及降低膽固醇等多方面有關(guān)[80]，腸道中雙歧桿菌的增殖也會(huì)抑制病原菌的生長繁殖，產(chǎn)生某些消化性的酶，并幫助機(jī)體重建腸道菌群[81]。低聚木糖對(duì)腸道健康的作用還表現(xiàn)在有機(jī)酸的大量產(chǎn)生，如乙酸、丙酸和丁酸等短鏈脂肪酸[82]，以及其他的有機(jī)酸如乳酸、琥珀酸、甲酸、異丁酸、戊酸、己酸和異己酸等[83]，這些有機(jī)酸在預(yù)防各種腸道疾病中發(fā)揮重要作用。Aachary和Prapulla[84]認(rèn)為，由攝入低聚木糖引發(fā)的雙歧桿菌增殖是維護(hù)腸道健康、預(yù)防腸道疾病的重要原因。研究發(fā)現(xiàn)[88]，攝入低聚木糖后，腸桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌等數(shù)量有明顯降低，進(jìn)而有效降低這些有害菌群引起的防腸道疾病發(fā)生幾率[85]。

Manuel等人[82]研究發(fā)現(xiàn)，低聚木糖能大幅度增加有機(jī)酸含量。Kevin等人[42]也發(fā)現(xiàn)，攝入阿拉伯糖-木糖-低聚糖后乙酸濃度的增加特別顯著。但也有相反的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，Soleimani等人[86]發(fā)現(xiàn)攝入低聚木糖后，實(shí)驗(yàn)組糞便中乙酸、丙酸、乳酸的濃度與對(duì)照組之間沒有顯著性區(qū)別。但也可能是由于低聚木糖產(chǎn)生的短鏈脂肪酸被腸道粘膜吸收至血液中，導(dǎo)致pH和糞便中的短鏈脂肪酸濃度快速變化[86]。

低聚木糖能夠選擇性增殖有益菌可能有以下3個(gè)方面的原因：1）為有益菌提供能源物質(zhì)[86]。低聚木糖幾乎全部能到達(dá)后腸，被雙歧桿菌、乳酸菌等有益菌選擇性利用，尤其是木二糖和木三糖對(duì)青春雙歧桿菌、長雙歧桿菌和嬰兒雙歧桿菌有很高的增殖活性，而腸桿菌、沙門氏菌、梭菌屬等有害菌對(duì)低聚木糖的利用率很低，有的幾乎不能利用[62]。2）增殖的有益菌形成微生物屏障，阻止病原菌定植。有益菌大量增殖后，快速占據(jù)腸上皮粘膜表面通菌細(xì)胞壁的磷壁酸與腸上皮細(xì)胞結(jié)合并保持共生關(guān)系，形成微生物屏障，阻止外來致病菌的定植；同時(shí)，有益菌代謝過程分泌的抑菌素以及過氧化氫、有機(jī)酸等抑菌物質(zhì)對(duì)細(xì)菌、霉菌病毒等有較強(qiáng)的拮抗作用[87]；另外，低聚木糖與腸道細(xì)胞中糖脂或蛋白質(zhì)受體部分結(jié)構(gòu)相似，從而與病原菌的幾丁質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)合，使致病菌無法在腸道中增殖[88]。3）低聚木糖在腸道中被雙歧桿菌等微生物發(fā)酵利用后產(chǎn)生的有機(jī)酸降低腸道的pH，而大多致病菌適宜生長在中性環(huán)境中，從而抑制病原微生物生長繁殖[89]，且致病菌多為兼性厭氧菌，一般存在腸腔中，有益菌發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸進(jìn)一步促進(jìn)腸道的蠕動(dòng)使病原菌排出體外[88]。

4 預(yù)防癌癥

低聚木聚糖等益生元在預(yù)防疾病方面的作用已被大量的研究所證實(shí)[90]。低聚木糖除了調(diào)節(jié)血糖、預(yù)防糖尿病以及降低心血管疾病、動(dòng)脈粥樣硬化等疾病的發(fā)生幾率外，還具有預(yù)防癌癥的作用[91]。低聚木糖在腸道中發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸等有機(jī)酸有一定的預(yù)防腫瘤作用[39]，以及其對(duì)機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)[92]等都是其發(fā)揮預(yù)防癌癥的重要手段。

4.1 抗炎癥、抗腫瘤、增強(qiáng)免疫、保護(hù)肝臟

低聚木糖能增殖腸道中的有益微生物，能夠抑制細(xì)胞培養(yǎng)物和小鼠體內(nèi)的炎性細(xì)胞因子的分泌[93]。血漿中C-反應(yīng)蛋白水平的增加是最終發(fā)展為結(jié)直腸癌的炎癥標(biāo)志[94]，而膳食纖維的攝入能夠有效降低C-反應(yīng)蛋白和促炎細(xì)胞因子IL-6和TNF-α的水平[95]。許多報(bào)道稱[96]添加低聚糖或其他膳食纖維能夠降低結(jié)腸中TNF-α（腫瘤壞死因子）和NF-κβ（促炎細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子蛋白）的表達(dá)。Siddhartha等人[40]發(fā)現(xiàn)，攝入阿拉伯木聚糖10周能顯著降低高脂飲食小鼠相關(guān)炎癥基因 （F4/80，TNF-α，MCP-1，MIP1α，IL-6 以及 NF-κB）的表達(dá)。 Cao等人[97]發(fā)現(xiàn)從小麥木聚糖在小鼠體內(nèi)表現(xiàn)出良好的抗炎癥效果。Mendis等人[98]也驗(yàn)證了小麥阿拉伯低聚糖的抗炎癥活性。

低聚木糖能夠顯著增加荷瘤小鼠體內(nèi)的T細(xì)胞和B細(xì)胞的激活潛力以及體液和細(xì)胞介質(zhì)中的免疫能力，進(jìn)而起到抗腫瘤的作用[99]。Akhtar等人[100]發(fā)現(xiàn)，麥麩中提取的阿拉伯木聚糖有促進(jìn)雞的抗體介導(dǎo)的免疫應(yīng)答。Cao等人[101]也報(bào)道了麥麩中阿拉伯木聚糖對(duì)小鼠免疫反應(yīng)的作用。但也有不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，Nielsen等人[53]認(rèn)為阿拉伯木聚糖對(duì)NF-κβ和與炎癥反應(yīng)相關(guān)基因（MCP1、TNFα）的表達(dá)沒有顯著降低作用，同樣對(duì)腸道PPARγ基因的表達(dá)也沒有顯著影響。

當(dāng)肝細(xì)胞受損時(shí)，血液中的谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT）和谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）就會(huì)增加，因此GOT和GPT的水平可用于判斷肝損傷和疾病的敏感指標(biāo)。高脂肪膳食會(huì)顯著增加GOT和GPT[39]，但高脂膳食小鼠攝入低聚木糖后與正常小鼠GOT和GPT的水平?jīng)]有顯著差異，說明低聚木糖的攝入在一定程度上對(duì)肝臟起到了保護(hù)作用。Yamatoya等人[102]也發(fā)現(xiàn)水解的木聚糖能夠降低高脂肪膳食小鼠的GOT活性（33.5%），但是Sheu等人[38]認(rèn)為低聚木糖的攝入并不能改變2型糖尿病患者的GOT和GPT活性。

4.2 預(yù)防癌癥的作用機(jī)理研究

普遍認(rèn)為低聚糖對(duì)機(jī)體的抗炎癥等作用與短鏈脂肪酸有很大關(guān)系，尤其是丁酸[85]。因此，相關(guān)研究也主要從有益菌和短鏈脂肪酸方面來解釋其抗炎癥、抗腫瘤和增強(qiáng)免疫的作用機(jī)制[106]。

低聚木糖通過增殖雙歧桿菌而增加機(jī)體的免疫功能[111]。雙歧桿菌能夠增加外周白細(xì)胞數(shù)量和NK細(xì)胞數(shù)量，同時(shí)，低聚木糖能夠提高血液單核細(xì)胞數(shù)、血清堿性磷酸酶活性、溶菌酶活性，且雙歧桿菌作為免疫佐劑，有識(shí)別PP淋巴結(jié)的功能，可以激活腸道淋巴結(jié)，誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞通過淋巴管外流，機(jī)體的免疫系統(tǒng)通過淋巴循環(huán)而被活化[55]；低聚木糖還可以作為外來抗原對(duì)機(jī)體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生有效持久的刺激，促進(jìn)免疫器官細(xì)胞分裂和發(fā)育[103]。

有益菌利用低聚木糖過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸能夠調(diào)節(jié)免疫因子和抗體，從而提高機(jī)體的免疫功能[104]。短鏈脂肪酸能夠結(jié)合并激活過氧化物酶體增殖物激活受體（PPARγ），而 PPARγ 能拮抗 NF-κβ 信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)[105]，從而在機(jī)體的腸道中起到抗炎癥的作用，PPARγ 的表達(dá)與包括小鼠[106]、豬[107]和人[108]的炎癥性腸道疾病等多種疾病的病理有關(guān)。另外，腸道微生物產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸可以調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞與單核細(xì)胞的增殖和程序行死亡過程，進(jìn)而抑制B細(xì)胞（NF-κB）中核轉(zhuǎn)錄因子的活性，NF-κB 與機(jī)體多種炎癥和免疫基因的表達(dá)有關(guān)[108]。研究報(bào)道[90]丁酸具有調(diào)節(jié)抗原呈遞細(xì)胞活性的功能，乙酸有促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖的作用，被廣泛應(yīng)用于抗腫瘤制劑。靜脈注射乙酸溶液能提高NK細(xì)胞的細(xì)胞毒作用，提高機(jī)體對(duì)病原體的殺傷力[109]。另外，低聚糖直接與免疫細(xì)胞表面的糖受體結(jié)合，刺激免疫細(xì)胞分化，增加活性[111]。研究發(fā)現(xiàn)低聚糖直接與NK表面的凝集素受體結(jié)合而提高NK的細(xì)胞毒作用[110]。

5 其他

低聚木糖除了上述的生理作用外，還有很好的抗氧化活性[111]。其抗氧化性主要體現(xiàn)在增加非酶抗氧化物質(zhì)含量和提高抗氧化酶的活性及水平[38]。研究發(fā)現(xiàn)[39]，低聚木糖能顯著性降低高脂肪膳食小鼠和正常小鼠的血清、心臟和肝臟中的氧化型谷胱甘肽（GSSH）水平、丙二醛（MDA）水平，增加還原型谷胱甘肽（GSH）水平。研究還發(fā)現(xiàn)[112]，攝入低聚木糖后能夠顯著增加高脂膳食小鼠心臟中SOD（超氧化物歧化酶）、CAT（過氧化氫酶）和 GSH-Px（谷胱甘肽過氧化物酶）等抗氧化酶的活性和水平，且與正常小鼠無顯著性差異。研究報(bào)道[113]機(jī)體的抗氧化能力與血脂代謝密切相關(guān)，因此提高機(jī)體的抗氧化能力為預(yù)防和治療動(dòng)脈粥樣硬化以及心腦血管疾病提供了新途徑。同時(shí)，低聚木糖還有預(yù)防齲齒的作用[78]，低聚木糖不能被口腔內(nèi)變異鏈球菌等細(xì)菌分解，與蔗糖同時(shí)使用時(shí)還能防止蔗糖被齲齒病原菌作用而生成不溶于水的高分子葡聚糖形成牙垢[114-115]。另外，低聚木糖與其他營養(yǎng)物質(zhì)有良好的配伍性，可增加鈣、鎂以及礦物質(zhì)元素的吸收[14]，低聚木糖與鈣同時(shí)攝入時(shí)能顯著增加鈣的吸收率[31]。低聚木糖能夠促進(jìn)機(jī)體對(duì)礦物質(zhì)的吸收，原因是低聚木糖促進(jìn)腸道有益菌的增殖，有益菌分泌的酶如植酸酶能促進(jìn)腸道中礦物質(zhì)離子的解離，提高腸道對(duì)該礦物質(zhì)的吸收率。另外，有益菌對(duì)低聚木糖的發(fā)酵降低腸道的pH值，使鈣鎂的溶解度升高，促進(jìn)這些元素的吸收，低聚木糖還能通過對(duì)結(jié)腸膜細(xì)胞的刺激作用，提高腸道對(duì)礦物質(zhì)的吸收。因此，低聚木糖可作為兒童、孕婦、老年人等特殊群體的食物的添加劑[120]。

6 展望

圍繞低聚木糖在血糖、血脂、膽固醇、腸道菌群、腸道疾病、癌癥、免疫等方面已開展較多的研究，并取得了一些研究結(jié)果，但仍存在著一些問題需要進(jìn)行深入研究。1）不同原料來源的低聚木糖在結(jié)構(gòu)上會(huì)有所不同，進(jìn)而導(dǎo)致生理活性的不同，有效結(jié)構(gòu)或者功能基團(tuán)有待進(jìn)一步研究明確；2）制備方法的不同也會(huì)造成最終產(chǎn)品中帶入取代基的不同，如阿魏酸，這些基團(tuán)對(duì)于低聚木糖生理活性的影響還沒有徹底解釋清楚；3）雖然通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)得到了這些生理活性指標(biāo)，但其機(jī)制尚未清晰，大多還處于推測階段；4）現(xiàn)有生理活性研究基本以動(dòng)物實(shí)驗(yàn)或者細(xì)胞實(shí)驗(yàn)為主，人體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。因此，在今后的研究中，可以從以下幾個(gè)方面開展針對(duì)性研究：1）比較不同來源的低聚木糖，通過對(duì)其結(jié)構(gòu)的深入分析，明確有效結(jié)構(gòu)或基團(tuán)；2）以保留活性結(jié)構(gòu)或基團(tuán)為指標(biāo)，優(yōu)化制備工藝；3）進(jìn)一步深入研究這些生理活性的作用機(jī)制，在此基礎(chǔ)上開展人體相關(guān)的研究。