膳食纖維對(duì)肥胖相關(guān)的腸道微生態(tài)的影響

楊海燕 葛聲

摘 要：研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生態(tài)的改變與肥胖等代謝性疾病相關(guān)。膳食纖維作為飲食的一部分，通過(guò)在腸道的作用改變腸道菌群比例及豐度、改善炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)腸道激素及脂質(zhì)代謝來(lái)改善肥胖，但膳食纖維在防治肥胖方面的推薦攝入量、種類(lèi)及與腸道菌群的作用機(jī)制還需進(jìn)一步研究。本文對(duì)膳食纖維對(duì)肥胖相關(guān)的腸道微生態(tài)的影響的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞：膳食纖維;肥胖;腸道微生態(tài)

腸道微生態(tài)的改變與肥胖密切相關(guān)，如腸道菌群可通過(guò)它在能量收獲、代謝信號(hào)和炎癥反應(yīng)中的作用可以改善肥胖及其相關(guān)代謝疾病[1-3]。研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生態(tài)從嬰兒狀態(tài)不斷發(fā)育與成熟，到3歲左右達(dá)到成人水平，之后便處于動(dòng)態(tài)平衡中[4]，而這種狀態(tài)會(huì)受各種環(huán)境因素的影響，包括宿主的遺傳、飲食、生活方式等可影響腸道微生態(tài)，從而影響身體的健康。膳食纖維作為飲食的一部分，與腸道微生態(tài)的改變息息相關(guān)?？扇苄岳w維是由具有凝膠形成能力的水溶性元素（菊粉、果膠、樹(shù)膠和低聚果糖等）組成的，可被腸道微生物利用，特別是結(jié)腸菌群，這種纖維因此被稱(chēng)為可發(fā)酵纖維[5]。富含膳食纖維的食物通常有較低的能量密度，直接通過(guò)腸道物理效應(yīng)，延遲了胃內(nèi)容物的排空，增加飽腹感和減少能量攝入從而控制體重，同時(shí)還有改善血糖、降膽固醇、通便等功能[6]。越來(lái)越多的試驗(yàn)表明，膳食纖維，特別是水溶性纖維與肥胖相關(guān)的腸道微生態(tài)密切相關(guān)，目前研究較多的有低聚果糖（FOS）、菊粉、麩皮和谷物纖維等，其中FOS及菊粉也屬于益生元，可以非常高效地增殖腸道益生菌的數(shù)量，調(diào)節(jié)腸道菌群的平衡。

1 膳食纖維對(duì)腸道微生態(tài)的影響

已有大量研究探討了肥胖患者的腸道微生態(tài)失調(diào)的現(xiàn)象，如肥胖個(gè)體的腸道中厚壁菌群增加，擬桿菌群減少，菌群的多樣性下降。在人體重要的共生菌中，除了擬桿菌門(mén)和厚壁菌門(mén)與肥胖相關(guān)，還有許多其他微生物如雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬等與肥胖也相關(guān)[7-8]。一項(xiàng)設(shè)計(jì)12個(gè)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)的薈萃分析[9]，持續(xù)時(shí)間2～17周，共涉及609名肥胖參與者，結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，可溶性膳食纖維最多可以幫助降低BMI 0.84 kg/m2，減重2.52 kg，減脂0.41%，在膳食中加入可溶性膳食纖維，可改善肥胖患者的體重。目前越來(lái)越多的研究表明，膳食纖維能夠?qū)δc道微生態(tài)產(chǎn)生影響來(lái)預(yù)防肥胖。

1.1 改變腸道菌群比例及豐度

各種因素（如宿主基因型、免疫狀況和健康狀態(tài)）會(huì)影響腸道微生態(tài)，主要驅(qū)動(dòng)因素是宿主飲食[10-12]。食用膳食纖維已被證明可改變腸道菌群的比例。Alessandra等[13]采用激光捕獲顯微切割技術(shù)，發(fā)現(xiàn)結(jié)腸菌群具有精細(xì)的空間結(jié)構(gòu)，其組成和多樣性沿縱軸（近端-遠(yuǎn)端）和橫軸（黏液-腸腔）成梯度改變。同時(shí)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，飲食缺乏膳食纖維，在縱軸上腸內(nèi)微生物的多樣性降低，近端結(jié)腸變形桿菌增加，遠(yuǎn)端結(jié)腸硬毛菌增加，菌群對(duì)膳食纖維代謝產(chǎn)物也進(jìn)一步增加。在橫軸上黏液相鄰的菌群也隨著飲食缺乏膳食纖維而減少，同時(shí)伴隨著黏液層變薄、杯狀細(xì)胞減少。在動(dòng)物及人群實(shí)驗(yàn)同樣得到證實(shí)。Shen等[14]將200只雄性小鼠分成對(duì)照組（生理鹽水）、低劑量谷物β-葡聚糖組（0.35 g/kg）、高劑量谷物β-葡聚糖組（0.7 g/kg），6周后，發(fā)現(xiàn)高劑量組與對(duì)照組和低劑量組相比，腸道內(nèi)乳酸桿菌、雙歧桿菌增多，腸桿菌科數(shù)目減少（P<0.05）。一項(xiàng)納入2 099名健康成人受試者的64項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的薈萃分析表明，與安慰劑/低膳食纖維組相比，高膳食纖維組的糞便中雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬增加，其中果聚糖和低聚半乳糖能顯著增加雙歧桿菌屬和乳酸桿菌屬的數(shù)量[15]。推測(cè)膳食纖維能夠改變不同菌群在腸道內(nèi)的比例，目前研究較多的是低聚糖、抗性淀粉和化學(xué)合成纖維，其他類(lèi)別的膳食纖維對(duì)腸道菌群是否有類(lèi)似作用還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

研究發(fā)現(xiàn)，隨著飲食中膳食纖維的攝入的減少，腸道菌群的豐度會(huì)降低，而當(dāng)膳食纖維的攝入增多，腸道菌群的豐度會(huì)增多[16-18]。隨后Wu等[19]進(jìn)行一項(xiàng)針對(duì)10位受試者喂養(yǎng)控制的研究，所有受試者開(kāi)始都是類(lèi)桿菌腸型（高蛋白和脂肪），隨后予以低脂肪/高纖維飲食10 d，結(jié)果表明，低脂或高纖維飲食的24 h內(nèi)，微生物組成發(fā)生了可檢測(cè)的變化，但沒(méi)有一個(gè)人穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換為普雷沃泰氏菌（碳水化合物）腸型。因此，在飲食干預(yù)的10 d里，我們沒(méi)有看到兩個(gè)以飲食極端為特征的腸型組之間的穩(wěn)定轉(zhuǎn)換。隨后的研究表明，低膳食纖維飲食模式引起腸道菌群豐度的減少不會(huì)隨著飲食的結(jié)構(gòu)改變而完全恢復(fù)。研究者將10只小鼠高膳食飲食6周后，隨機(jī)分到實(shí)驗(yàn)組（低膳食飲食7周，隨后再高膳食飲食4周）和對(duì)照組（高膳食飲食11周），結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，低膳食飲食7周后有60% （208個(gè)中的124個(gè)）的菌群數(shù)量減少2倍以上，最后有58個(gè)菌群隨著高膳食飲食的重新攝入而恢復(fù)。隨后研究者繼續(xù)將實(shí)驗(yàn)組的小鼠進(jìn)行繁殖后代，繁殖的后代在斷奶后就喂養(yǎng)高膳食纖維飲食，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，后代小鼠并沒(méi)有糾正上一代小鼠腸道菌群豐度的損失，并且在上一代中通過(guò)切換高膳食纖維飲食能夠恢復(fù)的菌群，在子代中大多數(shù)都沒(méi)有恢復(fù)，丟失的菌群大部分來(lái)自與肥胖相關(guān)的擬桿菌目，并且隨著繁殖代數(shù)增加，腸道菌群豐度進(jìn)行性減少[20]，表明飲食中膳食纖維攝入的減少對(duì)腸道菌群的豐度影響深遠(yuǎn)。

1.2 改善炎癥反應(yīng)

目前的研究認(rèn)為，脂多糖（LPS）是誘導(dǎo)肥胖及胰島素抵抗相關(guān)低度炎性反應(yīng)的觸發(fā)因子。LPS主要由腸道菌群中革蘭陽(yáng)性菌生成，它與位于肝細(xì)胞和脂肪細(xì)胞中的TLR4受體結(jié)合，激活Myd88/NF-κB信號(hào)通路，誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子釋放，導(dǎo)致炎性細(xì)胞因子的合成，從而產(chǎn)生內(nèi)毒素血癥[21-22]。此外，肥胖導(dǎo)致的菌群失調(diào)會(huì)提高腸道通透性，LPS入血增加，進(jìn)一步加重炎癥反應(yīng)，即腸道屏障對(duì)于控制炎癥也有重要意義。目前研究高膳食纖維飲食可能是一種減少炎癥反應(yīng)的改善措施。一項(xiàng)研究表明，與對(duì)照組（標(biāo)準(zhǔn)飼養(yǎng)）相比，HF（高脂喂養(yǎng)，脂肪含量49.5%）組小鼠IL-1α、IL-1β、IL-6均明顯升高，HF-FOS組（高脂飲食中添加膳食纖維FOS的重量比例為10%）與HF組相比，IL-1α和IL-6細(xì)胞因子血漿水平趨于正?；?。我們還發(fā)現(xiàn)體重、內(nèi)臟脂肪質(zhì)量及脂肪組織促炎細(xì)胞因子與雙歧桿菌呈負(fù)相關(guān)[23]。同樣，一項(xiàng)對(duì)93名肥胖患者進(jìn)行23周的自身對(duì)照臨床試驗(yàn)[24]，受試患者保持正常日?；顒?dòng)模式及避免服用藥物（如抗生素），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，飲食加入膳食纖維（主要抗性淀粉、半纖維素、低聚糖）后平均減重（5.79±4.64）kg，C反應(yīng)蛋白（CRP）、促炎細(xì)胞因子[腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白細(xì)胞介素6（IL-6）、白介素1b（IL-1b）降低和胰島素敏感性改善（P<0.05）。糞便樣品測(cè)序結(jié)果顯示，雙歧桿菌科增加，腸道通透性（以乳果糖/甘露醇比值衡量）降低。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌及乳酸桿菌可使腸道內(nèi)受損的緊密連接蛋白水平恢復(fù)正常狀態(tài)，并降低炎癥因子的水平[25]。推測(cè)膳食纖維的攝入增加了雙歧桿菌的數(shù)量，降低腸道黏膜通透性，并減少LPS入血，從而降低炎癥反應(yīng)。

1.3 調(diào)節(jié)腸道激素

高纖維食物會(huì)增加飽腹感，并減少能量攝入，但其機(jī)制尚不完全清楚，可能與食欲相關(guān)的腸道激素變化有關(guān)，特別是胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）和多肽YY（PYY）。這些蛋白是由腸內(nèi)L細(xì)胞分泌，在回腸和結(jié)腸上皮密度最高[26]。PYY及GLP-1通過(guò)抑制神經(jīng)肽Y（NPY）和激活下丘腦弓狀核（ARC）中的阿片黑素原皮質(zhì)醇（POMC）神經(jīng)元，通過(guò)延緩胃排空來(lái)影響食欲和飽腹感[27]。在一項(xiàng)研究中，補(bǔ)充FOS（每天16g，持續(xù)2周）降低了主觀饑餓評(píng)級(jí)（P<0.01），這與健康成年人餐后血漿PYY、GLP-1水平的升高有關(guān)[28]。而且，與麥芽糊精相比，攝入FOS 12周（每天21 g）導(dǎo)致的體重減輕（1.03 kg，P<0.01），這也與餐后血漿PYY、GLP-1水平的升高及能量攝入減小29%有關(guān)[29]。另外，膳食纖維在腸道發(fā)酵產(chǎn)物短鏈脂肪酸（SCFA）也參與其中，SCFA依賴(lài)于GPR41和GPR43的方式可刺激L細(xì)胞分泌PYY和GLP-1[30-31]。嚙齒動(dòng)物基因敲除模型突顯了SCFA受體GPR43在GLP-1和PYY分泌中的重要性，與野生型GLP-1相比，剔除GPR43的小鼠體內(nèi)GLP-1的活性比基礎(chǔ)水平降低了43%（P<0.01），葡萄糖灌胃后GLP-1的水平降低了47%（P<0.01）[31]。這些發(fā)現(xiàn)腸道激素對(duì)食欲和飽腹感的影響，可能會(huì)導(dǎo)致更多關(guān)于可發(fā)酵多糖和PYY釋放的人體研究。

1.4 調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝

研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OS可以通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群而降低 T2DM遺傳性肥胖小鼠的脂肪含量，提高瘦素敏感性。同樣，在糖尿病大鼠模型中，攝入低聚半乳糖可以降低血清甘油三酯、總膽固醇含量[32]，這可能與SCFA有關(guān)。膳食纖維在結(jié)腸中經(jīng)腸道菌群的發(fā)酵可產(chǎn)生代謝產(chǎn)物SCFA，主要成分為乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽及醋酸鹽等。SCFA可通過(guò)抑制肝脂肪合成酶活性，促進(jìn)降解膽固醇的膽固醇氧化酶的生成，從而降低血清膽固醇[33-34]。Edward等[30]將49名超重成年人隨機(jī)分成25名干預(yù)組（菊粉-丙酸酯）和24名對(duì)照組（菊粉），為期實(shí)驗(yàn)24周，結(jié)果表明，兩組之間的體重增加有顯著差異，干預(yù)組25名參與者中有1名體重增加超過(guò)基線體重的3%，而對(duì)照組24名參與者中有6名（25%）（P=0.036）;雖然這項(xiàng)研究的主要目的是研究SCFA防止體重增加，但注意到加入丙酸酯組（SCFA的一種成分）在24周后體重減輕更大，對(duì)照組0.38 kg（95% CI：0.95～1.72）與干預(yù)組1.02 kg（95% CI：2.10～0.04）（P=0.099），盡管這種效果在兩組之間沒(méi)有顯著差異，但發(fā)現(xiàn)菊粉-丙酸酯組內(nèi)臟脂肪組織分布的變化（以總脂肪組織含量的百分比表示）明顯低于菊粉對(duì)照補(bǔ)充劑（P=0.027）。

2 膳食結(jié)構(gòu)的選擇

研究表明，高脂肪高熱量的西式飲食會(huì)增加厚壁菌門(mén)的數(shù)量和脂肪并減少腸道菌群的多樣性[35]。多項(xiàng)研究均表明，地中海飲食可預(yù)防肥胖[36-38]。一項(xiàng)納入16項(xiàng)研究評(píng)估地中海膳食對(duì)體重影響的薈萃分析，涉及了3 436名參與者，干預(yù)隨訪時(shí)間大于4周，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照膳食相比，地中海膳食顯著降低了 1.75 kg 體重，并且在對(duì)地中海膳食組內(nèi)進(jìn)行的敏感性分析顯示，地中海膳食在能量攝入較低、體力活動(dòng)較高或干預(yù)隨訪時(shí)間長(zhǎng)的分組中，體重的改善更為顯著[39]。一項(xiàng)納入18項(xiàng)共7 186名受試者的薈萃分析顯示，地中海飲食的干預(yù)可減少中心性肥胖的可能性。目前，中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)提出中國(guó)居民攝入的膳食纖維量平均為30 g/d，大約是目前成年人膳食纖維攝入量的2倍，但目前各國(guó)膳食纖維的推薦量尚未統(tǒng)一。因此，人們對(duì)發(fā)現(xiàn)天然纖維的新來(lái)源可能越來(lái)越感興趣，這些不同種類(lèi)的纖維中的一些可以作為功能性成分來(lái)獲得對(duì)健康有益的食品。

3 結(jié)論

高膳食纖維飲食可通過(guò)影響腸道微生態(tài)從而預(yù)防和改善肥胖，同時(shí)對(duì)預(yù)防或減緩肥胖相關(guān)并發(fā)癥也具有重要意義。目前的研究?jī)H限于少數(shù)膳食纖維種類(lèi)的作用，深入了解其他膳食纖維種類(lèi)對(duì)腸道微生態(tài)的影響有待進(jìn)一步研究。腸道微生態(tài)是一個(gè)復(fù)雜、受多種因素影響的環(huán)境，膳食纖維對(duì)腸道微生態(tài)不同方面的影響之間也存在一定的內(nèi)在聯(lián)系，所以膳食纖維對(duì)腸道微生態(tài)影響機(jī)制還需進(jìn)一步研究?！?/p>

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Abstract：Some researches have found that the changes of intestinal microecology are connected with metabolic diseases such as obesity.As a part of diet，dietary fiber can affect obesity by changing the proportion and richness of intestinal flora，improving inflammatory reaction，regulating intestinal hormones and lipid metabolism.However，the recommended intake and types of dietary fiber and the mechanism of action with intestinal flora need to be further studied.This article reviewed the research progress on the effects of dietary fiber on intestinal microecology related to obesity.

Keywords：dietary fiber;obesity;intestinal microecology