膳食可溶性多糖與膽汁酸相互作用的研究進(jìn)展

楊立娜，王子義，雒明朔，姜淑慧，蔡文琪，朱丹實，馬 濤，劉 賀

（渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧錦州121013）

0 引言

隨著人類社會的進(jìn)步，人類社會的疾病譜也在發(fā)生變化，現(xiàn)階段心腦血管疾病已經(jīng)成為引起人們死亡的主要疾病.引起心腦血管疾病的原因多種多樣，膽固醇過高是重要的誘因，而膽固醇過高除了引起心腦血管疾病，還會增加人們患脂肪肝、腎結(jié)石的幾率.研究表明人體血清膽固醇每高出正常水平1 mmol，心血管疾病的患病風(fēng)險增加35%，血清總膽固醇每降低1%，發(fā)生冠心病的危險性可減少2%～3%［1］.降低心腦血管疾病發(fā)病風(fēng)險的方法主要是減少攝入高熱量食物來降低低密度脂蛋白膽固醇的攝入，除此之外，每天適量攝入水果蔬菜，主食要粗細(xì)搭配等飲食習(xí)慣也至關(guān)重要.粗糧如藜麥，具有很好的防治“三高”癥狀、肥胖等功能［2］.在日常膳食中，果蔬和糧食中的可溶性多糖降膽固醇作用十分顯著.通過人們對多糖生物學(xué)功能的逐步深入研究，人們認(rèn)為在繼蛋白質(zhì)工程、基因工程后，生物化學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域中最后一個巨大的科學(xué)前沿以多糖為重點的糖工程.有人預(yù)測，21世紀(jì)是“多糖生命科學(xué)”的時代，這種想法已被越來越多國內(nèi)外學(xué)者認(rèn)同［3］.大量的研究已經(jīng)證明，攝入一定量的可溶性多糖會增加膽汁酸在糞便中的比率［4］.膽汁酸從膽囊中釋放進(jìn)入小腸，在小腸中促進(jìn)食物中脂肪的消化吸收，在膽汁酸作用完畢后，會發(fā)生膽汁酸的重吸收現(xiàn)象，可溶性多糖與膽汁酸發(fā)生作用從而阻止膽汁酸的重吸收.膽汁酸的重吸收被阻止會導(dǎo)致部分膽汁酸排出體外，為維持體內(nèi)膽汁酸的水平會消耗膽固醇合成新的膽汁酸，達(dá)到了降低膽固醇的目的.因此，本文綜述了可溶性多糖與膽汁酸互作機制的研究進(jìn)展，以期為防止膽固醇的吸收提供新思路.

1 可溶性多糖

多糖廣泛存在于自然界的多種生物體中，可分為植物多糖、動物多糖和微生物多糖，是一類由多個糖分子通過糖苷鍵鏈接而成的天然高分子多聚物［5］.可溶性多糖的結(jié)構(gòu)單位是單糖，其結(jié)構(gòu)單位主要以α-1，4-糖苷鍵和β-1，4-糖苷鍵連接成骨架，以α-1，6-糖苷鍵連接成多糖的支鏈.

如表1所示，在自然界種存在各種各樣的多糖，其功能也是多樣，如多糖可作為表面活性劑對乳液穩(wěn)定性產(chǎn)生影響［6］.張劍等［7］研究金針菇多糖制備過程中的抗氧化能力，發(fā)現(xiàn)金針菇多糖對羥自由基抑制最強，DPPH（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl）自由基抑制次之，總抗氧化能力最弱，且純化程度越高的多糖抗氧化能力越弱.陳琛等［8］對天麻多糖的抑菌能力進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)天麻多糖具有廣譜抑菌活性，無論對革蘭氏陽性菌，還是革蘭氏陰性菌或真菌均有抑制效果，其中對革蘭氏陰性菌的抑菌效果更明顯.可溶性多糖的生物學(xué)活性已經(jīng)被大量研究，除了抗氧化和抗菌作用外，還有降膽固醇、降血糖、抗衰老等作用，其中降膽固醇的作用更引人注目.

2 膽汁酸

2.1 來源、結(jié)構(gòu)與分類

膽汁酸是膽汁的重要成分，在肝細(xì)胞中由膽固醇轉(zhuǎn)化而來，是肝臟清除膽固醇的主要方式［16］.膽汁酸的合成有經(jīng)典途徑和替代途徑，經(jīng)典途徑是膽汁酸合成的主要途徑.首先，膽固醇在膽固醇7α-羥化酶的催化下轉(zhuǎn)化為7α-羥膽固醇，然后經(jīng)過12α羥化和27α羥化后，使其側(cè)鏈斷裂，分別生成膽酸和鵝脫氧膽酸，隨后與?；撬岷透拾彼峤Y(jié)合生成結(jié)合型初級膽汁酸，隨膽汁流入膽道在膽囊貯存，在發(fā)揮出其功能后，最終在結(jié)腸微生物的作用下發(fā)生去羥基化，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的次級膽汁酸（脫氧膽酸和石膽酸）［17］.替代途徑占人體總膽汁酸合成的18%.由甾醇27α羥化酶和甾醇12α羥化酶啟動，最終生成鵝脫氧膽酸［18］.膽汁酸的分類如表2所示［17］.

表2 膽汁酸的分類

2.2 功能與危害

膽汁酸具有多種生理功能，除了在脂肪和脂溶性維生素的吸收、轉(zhuǎn)運和分配中發(fā)揮重要作用外，還可以調(diào)節(jié)葡萄糖代謝和胰島素信號通路［17，19-20］，參與粘膜免疫和炎癥反應(yīng)［21］，促進(jìn)肝臟再生等［17］.但是過多的膽汁酸和某些類型的膽汁酸會對人體的健康產(chǎn)生危害.例如，脫氧膽酸的去羥基化反應(yīng)產(chǎn)生了對肝細(xì)胞有毒的石膽酸，而石膽酸與結(jié)腸癌的發(fā)生有關(guān)［22］；血液和糞便中高濃度的脫氧膽酸會導(dǎo)致DNA損傷，增加膽固醇性膽結(jié)石、結(jié)腸癌和肝癌的發(fā)病風(fēng)險［23-24］.除此外，膽汁酸對細(xì)胞也有毒害作用，具體作用機制可能與細(xì)胞能量衰竭和氧自由基作用有關(guān).

食物中的脂肪先經(jīng)過膽汁酸的乳化作用，隨后被脂肪消化酶所消化.消化產(chǎn)物被包含在膽汁酸形成的微粒中，通過小腸中的絨毛膜被吸收.膽汁酸促進(jìn)脂肪消化吸收的作用機理如下：（1）膽汁酸分子獨特的兩性結(jié)構(gòu)使膽汁酸具有較強的表面活性，膽汁酸在構(gòu)型上內(nèi)有親水性的羥基及羧基，外有疏水性的烷基.因此膽汁酸能使油水兩相間的表面張力降低，并形成脂肪酸乳糜顆粒，擴大了脂肪和脂肪酶的接觸面積，從而加快了脂類的消化速度［25-26］；（2）胰腺分泌的脂肪酶需要被膽汁酸激活才能轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘闹久?胰脂肪酶的蓋子結(jié)構(gòu)需要結(jié)合膽汁酸才會被打開，從而使其中催化基團(tuán)暴露出來.胰脂肪酶空間結(jié)構(gòu)的變化也使其最適pH發(fā)生變化，由最初發(fā)揮的最佳pH值范圍為8～9轉(zhuǎn)為6～7，因此能在pH值為6～7的小腸中發(fā)揮作用.并且在脂肪的吸收過程中，腸上皮細(xì)胞可以識別膽汁酸，使脂肪酸-膽汁酸復(fù)合物進(jìn)入小腸絨毛膜內(nèi)，從而提高了脂肪的吸收率［27］.

膽汁酸對細(xì)胞的毒性作用的靶點是線粒體.在膽汁酸毒性試驗中，出現(xiàn)了線粒體通透性改變、細(xì)胞色素C釋放和ATP合成受阻現(xiàn)象［28-29］.膽汁酸通過質(zhì)子層作用或破壞膜序列而誘導(dǎo)膜對質(zhì)子的通透性改變，誘導(dǎo)鈣從線粒體中釋放到細(xì)胞中，而細(xì)胞內(nèi)鈣的突然增加可能導(dǎo)致鈣依賴蛋白水解作用增強，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡.此外，在高鈣和氧化應(yīng)激條件下會觸發(fā)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放，引起H2O等小分子突然涌入，導(dǎo)致膜電位改變，線粒體腫脹和外膜破裂，釋放膜間隙促凋亡蛋白.細(xì)胞色素C釋放造成呼吸鏈中損害的電子流在輔酶Q-復(fù)合物Ⅲ水平下促進(jìn)電子外露，增加活性氧的生成.活性氧通過降低線粒體膜電位及促使線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放作為細(xì)胞凋亡信號分子［30］.

3 可溶性多糖與膽汁酸的互作機制

3.1 膽汁酸重吸收

在體內(nèi)95%以上的排入腸道的膽汁酸可以被重新吸收回肝腸循環(huán)［31］，僅5%的膽汁酸隨著糞便排出.在回腸部位對結(jié)合型膽汁酸以主動重吸收為主，重吸收的膽汁酸會經(jīng)門靜脈回到肝臟，最終被肝細(xì)胞吸收.在膽汁流入小腸后，排入腸道內(nèi)游離膽汁酸（石膽酸除外）通過擴散作用在小腸和結(jié)直腸部位被動重吸收，通過小腸刷狀緣的頂端Na+依賴膽汁酸轉(zhuǎn)運體，結(jié)合膽汁酸在回腸中以主動重吸收的方式進(jìn)入小腸黏膜細(xì)胞，并結(jié)合回腸膽汁酸結(jié)合蛋白，由基底膜終末腔面的有機溶質(zhì)轉(zhuǎn)運體α/有機溶質(zhì)轉(zhuǎn)運體β吸收入門靜脈［32］，轉(zhuǎn)運到竇狀隙，由鈉-?；撬峁厕D(zhuǎn)運體吸收入肝細(xì)胞，再經(jīng)膽鹽輸出泵的作用膽汁酸被分泌入膽小管，隨著新的膽汁分泌.回腸腔內(nèi)存在的細(xì)菌會使一些結(jié)合的膽汁酸發(fā)生降解，從而導(dǎo)致從空腸開始并貫穿整個小腸的游離膽汁酸的被動吸收［33-34］.逃過腸道吸收的膽汁酸在大腸內(nèi)進(jìn)行細(xì)菌酶轉(zhuǎn)化，形成繼發(fā)性膽汁酸.這個過程被稱為腸肝循環(huán)，每天發(fā)生4到12個周期［35］.

3.2 可溶性多糖阻止膽汁酸重吸收的分子機理

Sijo J.Thandapilly等［36］將高、低兩種分子量的大麥β-葡聚糖作為志愿者的日糧，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高分子量的大麥β-葡聚糖增加了志愿者糞便中次級膽汁酸石膽酸的含量.Yanan Wang等［37］為了判斷β-葡聚糖是通過影響膽固醇的吸收、合成還是打斷膽汁酸的代謝途徑來降低膽固醇，通過穩(wěn)定同位素法發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖不影響膽固醇的吸收，β-葡聚糖是通過打斷膽汁酸代謝而降低血液膽固醇水平.B.Drzikova等［38］發(fā)現(xiàn)隨著燕麥中β-葡聚糖含量的上升，結(jié)合膽汁酸的能力也隨之增強.還有其他研究表明，攝入一些粘性的可溶性多糖會增加膽汁酸的排泄，導(dǎo)致血漿總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇的含量顯著降低，但是不影響高密度脂蛋白的含量［39］.可溶性多糖降膽固醇的可能機制是多糖通過吸附膽汁酸阻止其回到肝腸循環(huán)中，與此同時，肝臟中膽固醇代謝和膽汁酸的合成速度加快，膽固醇的消耗增加［40］.因此，人體利用膽固醇增加膽汁酸的合成來維持膽汁酸池的平衡.

在體外實驗中，有研究表明不同黏度的可溶性多糖對?；悄懰岬奈胶坎煌遗c膽汁酸的結(jié)合能力隨著黏度的增加而增加，其作用機制可能是膽汁酸被吸附在可溶性多糖形成的網(wǎng)絡(luò)上［41-43］.如圖1A所示，可溶性多糖與膽汁酸在分子水平上的相互作用，從而將膽汁酸吸附.但關(guān)于其結(jié)合方式，是單純的物理吸附還是和化學(xué)吸附尚未探索清楚.另一種猜測如圖1B所示，可溶性多糖在腸道內(nèi)形成一層較厚的不動水層，作為物理屏障來阻止膽汁酸的重吸收.可溶性多糖在胃腸部分不會被消化，而是在大腸內(nèi)被酵解.因此可溶性多糖在小腸內(nèi)腔上可能形成一層水化膜，以此來阻斷膽汁酸的肝腸循環(huán)，導(dǎo)致膽汁酸的過度排泄.最后一種猜測如圖1C所示，可溶性膳食纖維將膽汁酸膠束束縛在局部范圍.可溶性多糖具有膳食纖維的特性，會形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將膽汁酸包裹住，從而限制膽汁酸的活動.在隨后的排泄中隨著排泄廢物離開人體.

上述三種猜測是憑借可溶性多糖的性質(zhì)將膽汁酸吸附，進(jìn)一步影響膽汁酸的正常循環(huán)，迫使膽固醇轉(zhuǎn)化為新的膽汁酸，從而達(dá)到減少體內(nèi)膽固醇的目的.除了這三種猜想機制外，還有其它猜想，但是不論是怎樣的機制，核心的地方是可溶性多糖與膽汁酸是如何結(jié)合的，二者之間結(jié)合的力量是什么.

如圖2示，Singh等［44］通過分子模擬將果膠和纖維素與膽汁酸分子進(jìn)行對接，發(fā)現(xiàn)不同的膽汁酸與不同的果膠和纖維素的結(jié)合位點、結(jié)合率均不相同.我們猜測可溶性多糖與膽汁酸相互作用時，會以分子間形成化學(xué)鍵或是單純的物理作用而結(jié)合，從而達(dá)到吸附膽汁酸的目的，最終會加速膽汁酸的代謝.從分子水平上出發(fā)來研究膽汁酸和可溶性多糖的關(guān)系，是著手解決可溶性多糖與膽汁酸結(jié)合問題的關(guān)鍵，分子水平完全可以反映出二者之間關(guān)系.因此分子模擬可以從最基礎(chǔ)的的水平上闡明可溶性多糖降低膽固醇的分子機理.

3.3 影響可溶性多糖與膽汁酸互作的因素

膽汁酸和可溶性多糖相互作用的過程中，存在一些因素影響二者的結(jié)合，已經(jīng)有實驗證明了可溶性多糖與膽汁酸的種類對二者結(jié)合的影響.Kahlon等[45]人評價了多種蔬菜多糖的體外膽汁酸吸附能力，發(fā)現(xiàn)與甘藍(lán)、花椰菜、芥菜、青椒等蔬菜相比，菠菜多糖的膽汁酸吸附率最高，達(dá)到8.6%.另一項研究也評估了胡蘿卜、蘆筍、甜菜、花椰菜、茄子、青豆、秋葵和蘿卜等蔬菜的膽汁酸吸附能力［46-49］.除了蔬菜的種類會影響多糖吸附膽汁酸外，還有蔬菜的收獲時間、部位、收獲地點等都會影響多糖的膽汁酸吸附能力.除了可溶性多糖的因素外，膽汁酸的種類在二者的結(jié)合中也發(fā)揮著作用.Naumann［50-51］等人研究了富含膳食纖維的食物組分對二羥基膽汁酸（鵝脫氧膽酸和脫氧膽酸）和三羥基膽汁酸（膽酸）的吸附，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膳食纖維對二羥基膽汁酸的吸附量高，而且膽汁酸和膳食纖維之間的相互作用主要與膽汁酸的疏水性有關(guān).Yang［48］等人測試了羽衣甘藍(lán)對膽結(jié)石患者、健康女性、男性2型糖尿病患者三種人群的膽汁酸體外吸附，結(jié)果發(fā)現(xiàn)羽衣甘藍(lán)對男性2型糖尿病患者的膽汁酸吸附量最小，因此不同的膽汁酸組成會對可溶性多糖和膽汁酸的結(jié)合產(chǎn)生影響.在膽汁酸和可溶性多糖的互作中，不同的多糖和膽汁酸種類的改變，會引起二者結(jié)合方式的改變，甚至?xí)l(fā)現(xiàn)某種膽汁酸和可溶性多糖的特異性結(jié)合.

4 展望

可溶性多糖對膽汁酸的截留作用會阻礙膽固醇的吸收，揭示了可溶性多糖降膽固醇的機理，但是相關(guān)實驗性文章太少，而揭示可溶性多糖與膽汁酸的互作機制，對于營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用至關(guān)重要.在未來的發(fā)展中，對于可溶性多糖的研究一定會引起更多人們的興趣，雖然有上述三種機制的提出，但是不免有更多的事實等待發(fā)現(xiàn)，而新種類的多糖也會與膽汁酸產(chǎn)生新的效應(yīng).而眼下的問題是得到二者互作的具體機制，從而了解可溶性多糖與膽汁酸作用的特點，不僅可以以此為基點來開發(fā)新的產(chǎn)品，還可以為含多糖的食物降血糖提供具體的證據(jù).