膳食纖維在胃腸道功能紊亂綜合征中的作用研究進(jìn)展

龔凌霄，劉飛越，方 芳，王 靜*

（1 北京工商大學(xué) 老年?duì)I養(yǎng)與健康教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中加食品營(yíng)養(yǎng)與健康聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（北京）食品添加劑與配料北京高校工程研究中心 北京 100048）2 上海食品科技學(xué)校 上海 201599

胃腸道功能紊亂綜合征（Functional Gastrointestinal Disorders，F(xiàn)GIDs）是消化系統(tǒng)臨床常見病和多發(fā)病，包括有腸易激綜合征（Irritable Bowel Syndrome，IBS）、炎癥性腸病（Inflammatory Bowel Disease，IBD）、功能性腹脹（Functional Bloating，F(xiàn)B）和功能性便秘（Functional Constipation，F(xiàn)C）等[1]。目前FGIDs 的病因和發(fā)病機(jī)制尚未闡明，通常認(rèn)為FGIDs 的發(fā)病主要與消化道運(yùn)動(dòng)功能障礙、內(nèi)臟高敏感性、胃酸分泌、幽門螺旋桿菌感染、腸道微生態(tài)失衡和精神心理因素等密切相關(guān)[2]。雖然人們應(yīng)對(duì)疾病所使用的藥物、手術(shù)等治療手段已經(jīng)在一定程度上延緩疾病的發(fā)展，但是這消耗了大量的人力、物力、財(cái)力，且對(duì)患者具有一定的副作用。找到更科學(xué)、有效的方法對(duì)促進(jìn)人體健康、防治疾病具有重大意義。近期研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GIDs發(fā)病與患者飲食和生活方式等因素密切相關(guān)，飲食方式的調(diào)整有助于改善FGIDs 患者胃腸道癥狀。膳食纖維（Dietary Fiber，DF）在預(yù)防人體胃腸道疾病和維護(hù)胃腸道健康方面功能突出，有“腸道清潔夫”的美譽(yù)。長(zhǎng)期以來，人們一直認(rèn)為纖維在調(diào)節(jié)新陳代謝和預(yù)防慢性胃腸疾病方面具有重要作用[3]。從膳食干預(yù)層面調(diào)整DF 的攝入是一種行之有效的方法。

1 膳食纖維概述

膳食纖維（Dietary Fiber，DF）是指植物中天然存在的、提取的或合成的碳水化合物的聚合物，不能被人體消化道分泌的消化酶所消化，并且不能被人體吸收利用的多糖[4]。根據(jù)其水溶性的不同，可分為水溶性DF 和非水溶性DF，前者包括果膠、樹膠和植物多糖等；后者包括纖維素、木質(zhì)素和半纖維素等[5]。雖然不能被完全消化，但DF 可以直接影響多種生理過程，具有多種生理功能。不同纖維的生理特性主要與其溶解度、黏度、物理結(jié)構(gòu)和發(fā)酵性有關(guān)，而與其組成單體無關(guān)。纖維類型的溶解度是指它們?cè)谒械娜芙饽芰?，而可發(fā)酵性是指它們被宿主微生物代謝的程度。另一方面，黏度是纖維在水中形成凝膠狀稠度的能力。不同類型的纖維之間理化性質(zhì)存在巨大差異，而這些性質(zhì)本質(zhì)上確定了不同類型纖維在調(diào)節(jié)微生物群中的作用，以及隨后對(duì)宿主健康和疾病的影響[6-7]。下面將著重論述DF 對(duì)FGIDs 的作用及其機(jī)制，并討論影響其作用效果的重要因素。

2 DF 對(duì)FGIDs 作用機(jī)制

2.1 DF 經(jīng)腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生的代謝物質(zhì)對(duì)FGIDs 的影響

2.1.1 短鏈脂肪酸 由于DF 不會(huì)被小腸吸收利用，因此將在結(jié)腸和盲腸中被腸道微生物利用并產(chǎn)生一系列代謝產(chǎn)物，其中短鏈脂肪酸（Short chain fatty acids，SCFAs）是最主要的發(fā)酵產(chǎn)物，乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽，其含量逐級(jí)遞減?？扇苄訢F 會(huì)被腸道微生物利用產(chǎn)生大量SCFAs，而不可溶性DF 則不易被分解，只會(huì)產(chǎn)生少量SCFAs 和大量長(zhǎng)鏈脂肪酸[8]。95%發(fā)酵產(chǎn)生的SCFAs 可被細(xì)菌利用，為機(jī)體提供能量，對(duì)維持腸黏膜屏障具有重要意義[9]。一方面，SCFAs 是腸上皮細(xì)胞（IEC）的重要燃料，可通過不同的機(jī)制調(diào)節(jié)IEC 的功能，如調(diào)節(jié)其增殖、分化以及調(diào)控亞群（如腸內(nèi)分泌細(xì)胞）的功能[10]。丁酸鹽是所有SCFAs 中利用率最高、作用效果最明顯的，可作為宿主上皮細(xì)胞的能量來源，是決定結(jié)腸上皮細(xì)胞代謝活動(dòng)和生長(zhǎng)的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)素。低水平的丁酸鹽可改變TH 細(xì)胞的細(xì)胞因子生成譜，并促進(jìn)腸上皮屏障的完整性[11]。丁酸鹽在線粒體通過脂肪酸β 氧化和三羧酸循環(huán)可以提供結(jié)腸所需能量的70%[12]。有證據(jù)顯示，丁酸鹽對(duì)維持結(jié)腸黏膜健康的作用部分是通過結(jié)腸Treg 細(xì)胞激活FOXP3 和IL-10 表達(dá)介導(dǎo)的[13]。另一方面，SCFAs 影響腸道運(yùn)動(dòng)并增強(qiáng)腸道屏障功能以及宿主代謝，或通過調(diào)節(jié)炎癥因子，減少炎癥發(fā)生，改善IBD、IBS 以及FAPD 的內(nèi)臟超敏性和腹痛癥狀[14]。乙酸是膽固醇合成的主要底物，被肝臟代謝后可作為能源物質(zhì)被利用，其醋酸鹽通過G 蛋白偶聯(lián)受體GPR43 防止腸道炎癥。丙酸可以增加宿主抗菌肽的分泌，從而起到抗菌作用[15]。李竹青[16]研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉可通過下調(diào)IRAK1 蛋白（IL-1 受體關(guān)聯(lián)激酶1 重組蛋白）來改善腸易激綜合征的內(nèi)臟高敏感性；Bayer 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，獼猴桃纖維可通過產(chǎn)生SCFAs，限制促炎細(xì)胞因子NF-kB 的激活以及增加抗炎細(xì)胞因子TGF-b1 的釋放，以此來減少IBD 的發(fā)生；Yu 等[18]在用丁酸鹽治療DSS（葡聚糖硫酸鈉）誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎中發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽可顯著減少小鼠結(jié)腸潰瘍和隱窩損傷，并且顯著降低了TNF-α 和IL-6 的水平，提高了IL-10 水平。

2.1.2 腸道氣體 DF 經(jīng)腸道微生物發(fā)酵還可產(chǎn)生H2、CH4、H2S 等腸道氣體，腸道氣體失調(diào)是導(dǎo)致胃腸道功能紊亂的又一重要原因，腸道氣體不僅可以增加糞便體積，還可以促進(jìn)結(jié)腸運(yùn)動(dòng)[19]。此外，腸道內(nèi)氣體條件會(huì)影響腸道微生物的組成及功能，進(jìn)而影響SCFAs 的產(chǎn)生[20]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，內(nèi)源性H2S 可增加潰瘍愈合，并具有抗炎作用[21]，H2S 也可以通過作用于平滑肌來調(diào)節(jié)結(jié)腸順應(yīng)性，與結(jié)腸痛覺和IBD 有關(guān)[22]；當(dāng)DF 被發(fā)酵產(chǎn)生H2時(shí)，又會(huì)被不同的氫營(yíng)養(yǎng)微生物如乙酸鹽還原菌、硫酸鹽還原菌等轉(zhuǎn)化為乙酸鹽、H2S 等，進(jìn)而對(duì)腸道產(chǎn)生保護(hù)作用[23]；研究顯示健康人群食用DF 會(huì)使CH4含量減少，而CH4會(huì)抑制結(jié)腸的運(yùn)動(dòng)，與便秘緊密相關(guān)[24]。

2.1.3 其它代謝產(chǎn)物 除了SCFAs 和氣體以外，膽汁酸和犬尿酸等DF 的微生物代謝產(chǎn)物在FGIDs 的發(fā)生過程中也發(fā)揮重要作用，膽汁酸的合成途徑分為兩種，一種是合成酸性膽固醇的酸性途徑，而另一種經(jīng)典途徑是膽汁酸合成的主要途徑，是由肝臟中的膽固醇經(jīng)膽固醇-7α-羥化酶（CYP7A1）催化而最終生成膽汁酸，在正常條件下至少75%的膽汁酸通過該途徑產(chǎn)生，而CYP7A1是整條途徑的限速酶，決定膽汁酸生成量[25]。DF被腸道菌群分解產(chǎn)生的SCFAs 可以促進(jìn)此合成途徑。另外，腸道中的部分膽汁酸還會(huì)在腸道中的菌群作用下脫氧生成次級(jí)膽汁酸[26]。膽汁酸和腸道菌群可以雙向調(diào)節(jié)，腸道菌群通過改變膽汁酸的組成，來激活宿主代謝過程中的免疫活性。膽汁酸在腸道內(nèi)可抑制細(xì)菌增長(zhǎng)，可以通過它的抗細(xì)菌性和黏膜免疫刺激作用來防止腸內(nèi)細(xì)菌過度生長(zhǎng)[27]，以此來維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)化。這是腸道菌群-DF-腸道菌群的良性循環(huán)，DF 通過這種良性循環(huán)以此來維持腸道健康來實(shí)現(xiàn)對(duì)FGIDs 癥狀的改善作用。此外，膽汁酸可作為信號(hào)分子通過受體發(fā)揮效用調(diào)節(jié)復(fù)雜的生理病理過程[28]。膽汁酸受體主要包含G 蛋白偶聯(lián)受體5（G protein-coupled receptor 5，TGR5）、法尼酯X 受體（farnesoid X receptor，F(xiàn)XR）等，膽汁酸可以直接作用于抗菌藥物或通過FXR 誘導(dǎo)抗菌肽的產(chǎn)生，以及通過FXR 等調(diào)節(jié)宿主的免疫系統(tǒng)，改變腸道微生物群的結(jié)構(gòu)[29-30]。人類中的TGR5 mRNA 在膽囊、回腸和結(jié)腸中高表達(dá)，可有效調(diào)節(jié)炎癥[31]。Garibay 等[32]發(fā)現(xiàn)，TGR5 缺失可加劇DSS 誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠腸道炎癥。一般情況下，膽汁酸會(huì)處于一種穩(wěn)態(tài)，但當(dāng)平衡發(fā)生改變?nèi)缒懼嵛詹涣迹c道膽汁酸重吸收的降低和糞便膽汁酸排泄的增加均會(huì)引起腹瀉的發(fā)生[33]。Balesaria 等[34]研究了28 例沒有其他胃腸道疾病的臨床腹瀉患者，對(duì)他們的75Se同型?；悄懰徇M(jìn)行檢測(cè)來判斷膽汁酸的吸收情況，結(jié)果顯示其中9 例的75 SeHCAT 檢測(cè)值異常。Rao 等[35]發(fā)現(xiàn)口服補(bǔ)充膽汁酸可以增加IBS-C（便秘主導(dǎo)的腸易激綜合癥）患者的腸道轉(zhuǎn)運(yùn)速度，改善腸道運(yùn)動(dòng)功能。

犬尿酸（Kynurenic acid，KYNA）是一種廣譜的促離子型谷氨酸鹽受體拮抗劑，可以通過激活GPR35（G-蛋白偶聯(lián)受體）降低初級(jí)感覺神經(jīng)元的興奮性，且它的激活可以起到鎮(zhèn)痛的效果[36]；γ-氨基丁酸（GABA）作用于GABA 受體，對(duì)痛覺傳遞產(chǎn)生抑制作用[37]。

圖1 膳食纖維發(fā)酵代謝物膽汁酸的作用機(jī)制Fig.1 Action mechanism of dietary fiber fermentation metabolite bile acid

2.2 DF 直接調(diào)控腸道微生物的結(jié)構(gòu)

腸道微生態(tài)系統(tǒng)是人體最復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，在宿主健康、營(yíng)養(yǎng)、代謝和免疫穩(wěn)態(tài)中起著關(guān)鍵作用。小腸細(xì)菌過度生長(zhǎng)通常會(huì)在腸道結(jié)構(gòu)改變、腸動(dòng)力受損或胃酸分泌減少的患者中檢測(cè)到。但在沒有這些因素的情況下，它也與胃腸道癥狀的發(fā)展有關(guān)，與IBS 之間存在更直接的關(guān)系[38]。在腸腔內(nèi)，微生物群調(diào)節(jié)膽汁酸的變化會(huì)影響糞便量和稠度，而微生物群發(fā)酵的變化可以影響產(chǎn)氣量，這些相互作用可能會(huì)誘發(fā)或加重IBS 癥狀[39]。而且腸道菌群不僅參與IBD 的發(fā)病機(jī)制，還參與疾病進(jìn)展的不同階段，包括并發(fā)癥和腸外相關(guān)疾病的發(fā)展。遠(yuǎn)端腸道克羅恩病的并發(fā)癥可通過糞便流的近端分流而減少，這表明該病的某些特征可通過微生物群的操縱來治療[40]。此外，有些針對(duì)結(jié)腸癌相關(guān)微生物組的研究表明，酸桿菌與疾病有顯著相關(guān)性[41-42]。幽門螺桿菌感染與功能性消化不良之間的關(guān)系（盡管較弱）以及使用抗生素與IBS 風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)的報(bào)告也表明了微生物群與胃腸道功能紊亂綜合征的相關(guān)性[43-44]。還有證據(jù)表明微生物群參與了自發(fā)性和結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)腸癌發(fā)生。

腸道微生物群利用膳食營(yíng)養(yǎng)來維持生存和生長(zhǎng)，DF 對(duì)腸道微生物群的組成、基因表達(dá)和代謝特性似乎有適度的影響。作為共生細(xì)菌，這些微生物主要依靠不易消化的纖維和多糖作為能源，因此到達(dá)遠(yuǎn)端腸道的膳食多會(huì)對(duì)腸道生態(tài)產(chǎn)生根本性影響[45]。以含有DF 的飲食干預(yù)策略可通過改變結(jié)腸微生物群組成和代謝活性來影響胃腸道健康[46]。一般情況下人體腸道菌群處于一種平衡狀態(tài)，但不當(dāng)?shù)纳攀辰Y(jié)構(gòu)如低纖維飲食會(huì)造成腸道菌群失衡，進(jìn)而導(dǎo)致各種胃腸疾病的發(fā)生[47]。富含DF 的飲食似乎有利于菌群的生態(tài)多樣性，更豐富、更復(fù)雜的微生物組對(duì)代謝和健康也會(huì)產(chǎn)生有益影響[48]。在健康的個(gè)體中，最大的植物分類群為擬桿菌門和厚壁菌門（占據(jù)腸道微生物的70%）[49]，雙歧桿菌是廣為人知的腸道益生菌，它可以抑制腐生細(xì)菌生長(zhǎng)、預(yù)防及治療腹瀉、便秘等癥狀；乳酸桿菌會(huì)產(chǎn)生乳酸、乙酸等抗菌物質(zhì)，抑制有害細(xì)菌生長(zhǎng)，維護(hù)腸道微生物群平衡，起到整腸作用；而腸桿菌、腸球菌則是常見的腸道致病菌。研究表明，擬桿菌門類在便秘病人結(jié)腸黏膜中明顯增加[50]。盡管腸道細(xì)菌系統(tǒng)型的個(gè)體多樣性和豐富性不同，但它們形成了功能相似的腸道菌群。

DF 對(duì)維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)、腸道黏液的生成和降解平衡、保護(hù)腸壁結(jié)構(gòu)等腸道健康的良性循環(huán)有重要作用。其中，可溶性DF 可在水中穩(wěn)定分散，在腸道內(nèi)與葡萄糖纏結(jié)形成具有一定黏度的膠體，具有作為腸道菌群發(fā)酵基質(zhì)的作用[51]。Koleva 等[52]在給小鼠喂食菊粉兩周后檢測(cè)糞便中菌群含量，發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌的含量增加，而腸桿菌含量降低。Liu 等[53]給健康的成年人膳食補(bǔ)充低聚果糖2 周后，其糞便中雙歧桿菌數(shù)量增多，腸桿菌、沙門氏菌數(shù)量降低；膳食補(bǔ)充2 周低聚半乳糖以后，雙歧桿菌豐度顯著增加。在一項(xiàng)臨床研究中發(fā)現(xiàn)，服用含有果寡糖（25%）、木寡糖（25%）、聚葡萄糖（25%）、抗性糊精（25%）的益生元補(bǔ)充劑的結(jié)直腸癌患者的擬桿菌門豐度降低，雙歧桿菌、芽孢桿菌增加，腸球菌豐度降低[54]。在IBS 患者中，腸桿菌科、細(xì)菌屬與健康對(duì)照組相比有所增加，而梭菌屬、法氏桿菌屬和雙歧桿菌屬在IBS 患者中減少[55]。Zoppi 等[56]發(fā)現(xiàn)益生元攝入后，與健康兒童相比，F(xiàn)C 兒童的梭狀芽孢桿菌和雙歧桿菌顯著增加。

值得注意的是，DF 與腸道微生物之間的關(guān)系受其分子質(zhì)量、結(jié)構(gòu)等因素的影響。顏玲[57]給小鼠分別喂食低分子質(zhì)量纖維素與高分子質(zhì)量纖維素，并喂食葡聚糖作為對(duì)照，4 周后發(fā)現(xiàn)低分子質(zhì)量纖維素組微生物多樣性沒有顯著差異，腸道有益菌數(shù)量顯著增加。而高分子質(zhì)量纖維素組菌群多樣性較低，擬桿菌豐度比低分子質(zhì)量纖維素組低5.61%。DF 的結(jié)構(gòu)（如糖苷鍵類型和單體組成）和鏈長(zhǎng)是調(diào)節(jié)腸道微生物組成的重要因素[58]。如β，1-4 連接的低聚糖可以有效刺激雙歧桿菌生長(zhǎng)，也可以被一些乳酸菌和細(xì)菌屬發(fā)酵[59]；由β-糖苷鍵連接的五碳低聚糖（如阿拉伯木聚糖）比由α-糖苷鍵連接的六碳低聚糖（如低聚果糖、菊粉）在消化道中被腸道微生物利用的范圍更小[60]；短鏈的低聚果糖比長(zhǎng)鏈的低聚果糖更容易被雙歧桿菌利用，從而刺激雙歧桿菌生長(zhǎng)[61]。果聚糖由于其小分子尺寸和表達(dá)其水解所需酶（β-呋喃果糖苷酶）的細(xì)菌的可利用性而被快速發(fā)酵[62]。而多糖，如部分水解瓜爾豆膠（PHGG）、RS 亞型的發(fā)酵速度較慢，這是因?yàn)樗鼈兊逆滈L(zhǎng)較長(zhǎng)，物理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或者是因?yàn)樗鼈円蕾囉诰哂斜匦杳傅母叨忍禺愋缘奈⑸锒拗屏思?xì)菌的可利用性[63-64]。聚合度（Degree of polymerization，DP）可能對(duì)發(fā)酵位置產(chǎn)生重大影響。其中，低DP 果聚糖和高DP 果聚糖分別傾向于在近端結(jié)腸和遠(yuǎn)端結(jié)腸進(jìn)行更多發(fā)酵[65-66]。Nilsson 等[67]給大鼠喂食不同聚合度的4 種低聚果糖研究其體內(nèi)短鏈脂肪酸的含量，結(jié)果顯示聚合度低（2～8）的低聚果糖沿后腸產(chǎn)生高水平的丁酸，而聚合度高（10～60）的低聚果糖產(chǎn)生高水平的丙酸。有研究發(fā)現(xiàn)聚合度較低的果聚糖可促進(jìn)盲腸lgA 分泌，IgA 與乳酸桿菌和雙歧桿菌的濃度之間存在高度正相關(guān)，低DP 果聚糖強(qiáng)烈刺激盲腸中乳酸桿菌的生長(zhǎng)，而高DP 果聚糖優(yōu)先支持雙歧桿菌的生長(zhǎng)[68]。此外，在體外研究發(fā)現(xiàn)DP大于10 的低聚果糖比DP 小于10 的低聚果糖發(fā)酵慢得多[69]。菊粉是一種天然的果糖聚合物，聚合度較低時(shí)則可稱為低聚果糖，低聚果糖的分子質(zhì)量較小，推測(cè)能更好地被菌群利用[70]。朱立猛研究發(fā)現(xiàn)相比于聚合度高的菊粉，聚合度低的低聚果糖對(duì)增加腸道益生菌相對(duì)豐度的效果更顯著[71]。

圖2 膳食纖維對(duì)腸道微生物組成的影響Fig.2 Effect of dietary fiber on intestinal microbial composition

2.3 DF 調(diào)節(jié)胃腸道轉(zhuǎn)運(yùn)

胃腸動(dòng)力障礙是引起功能性消化不良的常見原因，DF 調(diào)節(jié)腸道微生物群結(jié)構(gòu)和代謝物的產(chǎn)生，有助于調(diào)節(jié)腸道運(yùn)動(dòng)。不溶性纖維通常很難被腸道微生物發(fā)酵，在腸道中這些不可發(fā)酵的纖維通過增加微生物生物量或由于保水性吸水膨脹后使得糞便體積增大，糞便內(nèi)容物的額外體積通過物理膨脹效應(yīng)刺激腸道蠕動(dòng)并加速結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)[72-73]。它們?cè)陲嬍持械拇嬖谠黾恿四c道轉(zhuǎn)運(yùn)率，從而減少了結(jié)腸細(xì)菌發(fā)酵未消化食物的時(shí)間。另外，不溶性DF 中存在特殊的管狀結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)具有毛細(xì)作用，可大大增強(qiáng)吸水性。同時(shí)纖維素內(nèi)存在無定形區(qū)，通過區(qū)間的空隙可以使其有限溶脹，增大體積，促進(jìn)轉(zhuǎn)運(yùn)[74]。纖維還具有凝膠形成的能力，這種性質(zhì)使纖維變得黏稠，從而順利通過胃和腸。如果排便太慢（如便秘），黏性纖維會(huì)使腸道運(yùn)動(dòng)更快，如果運(yùn)動(dòng)太快（如腹瀉），黏性纖維又會(huì)減少腸道運(yùn)動(dòng)并增加通過時(shí)間。這種現(xiàn)象有助于調(diào)節(jié)腸道運(yùn)動(dòng)，并有助于穩(wěn)定便秘和腹瀉的癥狀[75]。

馬滿鵬等[76]研究發(fā)現(xiàn)提高犢牛纖維的攝入水平，能夠促進(jìn)犢牛胃肌層和容積，為胃的蠕動(dòng)提供動(dòng)力。Khuituan 等[77]研究發(fā)現(xiàn)火龍果中提取的低聚糖可以改善小鼠的腸道蠕動(dòng)；唐飛[78]的研究表明不同年份、不同嫩度的青磚茶纖維均可明顯改善小鼠胃腸動(dòng)力障礙。一項(xiàng)對(duì)健康人的研究顯示，補(bǔ)充麥麩皮后，腸道轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間顯著減少，而對(duì)便秘者的作用較小[79]。Stephen 等[80]研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充麥麩后可使整個(gè)腸道的轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間加快37%，產(chǎn)生的糞便內(nèi)容物包括約61%的固體和12%的細(xì)菌。這與通過主要可發(fā)酵的卷心菜纖維觀察到的變化形成對(duì)比，補(bǔ)充卷心菜纖維可加快運(yùn)輸20%，糞便內(nèi)容物包括18%的固體和54%的細(xì)菌。此外，具有黏性、凝膠形成特性的纖維，包括β-葡聚糖、甲基纖維素、果膠、木虱等，與液體混合時(shí)變稠，形成凝膠結(jié)構(gòu)。在胃中，這種凝膠與食物結(jié)合，形成一個(gè)黏稠、凝固的團(tuán)塊，可以使健康受試者的胃排空速度降低20%，影響整個(gè)胃腸道的功能[81-82]。

圖3 膳食纖維在FGIDs 中的作用機(jī)制Fig.3 Action mechanism of dietary fiber in FGIDs

3 DF 在FGIDs 防治中的應(yīng)用

3.1 DF 對(duì)IBS 的防治作用

腸易激綜合征（IBS）是最常見的功能性胃腸疾病之一，影響近11%的全球人口，其特征是反復(fù)出現(xiàn)腹痛、腹脹和大便形式或頻率的改變，而沒有任何結(jié)構(gòu)變化和明顯的炎癥[83-85]。其中腸道微生物群失衡是腸易激綜合征最常見的病因。與其它纖維相比，可溶性纖維對(duì)IBS 的益處較大。在最近的一項(xiàng)薈萃分析中，Moayyedi 等[86]表明可溶性而非不溶性纖維在減輕總體癥狀方面是有效的。Singh等[87]在對(duì)22 個(gè)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)的系統(tǒng)回顧和薈萃分析中，可溶性纖維顯著改善了全身性腸易激綜合征癥狀和腹痛，而不溶性纖維則沒有。Bijkerk等[88]比較了可溶性（木虱）纖維和不溶性（麩皮）纖維與安慰劑對(duì)IBS 患者的療效。研究發(fā)現(xiàn)，除了腹痛或與健康相關(guān)的生活質(zhì)量外，和安慰劑相比，木虱組的癥狀有所改善，而麩皮組沒有導(dǎo)致癥狀的顯著變化。部分水解瓜爾豆膠是一種可溶的非膠凝纖維，已被證明可以減輕IBS 患者的癥狀和腹痛[89]。Parisi 等[90]通過部分水解瓜爾豆膠與麥麩的對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩者均可改善IBS 的核心癥狀（腹痛和排便習(xí)慣），但部分水解瓜爾豆膠組的耐受性更好，有更多的患者癥狀顯著改善，成功率高于麥麩組。這表明它的攝入可以受益于IBS 患者，使其成為一個(gè)有效的選擇。車前，作為一種常見的可溶性纖維補(bǔ)充劑，已知能有效緩解腸易激綜合征的癥狀，可作為補(bǔ)充劑來使它的益處在腸易激綜合征中得到利用[91]。

3.2 DF 對(duì)FC 的防治作用

便秘是消化系統(tǒng)常見的功能性胃腸道疾病，臨床上表現(xiàn)為大便量少、硬，排出困難，且伴有腹脹、腹部不適、食欲不振等癥狀。便秘造成排泄物在結(jié)腸內(nèi)停留時(shí)間過長(zhǎng)使得其中有害物質(zhì)長(zhǎng)期作用于結(jié)腸，有增加局部癌癥發(fā)生的危險(xiǎn)[92]。DF 因其大分子結(jié)構(gòu)賦予的水合性、吸附作用而具有調(diào)節(jié)腸道菌群穩(wěn)態(tài)、促進(jìn)排便等功能?？扇芘c不可溶DF 在預(yù)防和治療便秘的機(jī)制有所不同?？扇苄訢F 有效的增加了腸道內(nèi)有益菌的豐富程度，并將DF 水解成短鏈脂肪酸，這些脂肪酸能降低腸道環(huán)境pH 值，且具有良好的吸水性，增加糞便中的水分，有助于軟化糞便緩解便秘維持腸道清潔。低聚果糖（Fructo-oligosaccharide，F(xiàn)OS）是一種重要的水溶性DF，是一種應(yīng)用廣泛的益生元。研究顯示，F(xiàn)OS 中的雙糖滲透活性可以將腸腔內(nèi)的水和電解質(zhì)很好的保留下來，從而促進(jìn)排便，而且在雙歧桿菌的分解下，F(xiàn)OS 可以有效降低腸道內(nèi)的pH 值，促進(jìn)腸道蠕動(dòng)[93-95]，具有很好的改善便秘的效果。殷忠義等[96]讓64 例功能性便秘患者口服FOS 進(jìn)行治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)治療后患者的癥狀顯著改善。Vandeputte 等[97]讓患有輕度便秘的成年人每天攝入12 g 菊粉，4 周后發(fā)現(xiàn)其大便次數(shù)顯著增加。一篇蕓萃分析顯示，菊粉對(duì)大便頻率、通過時(shí)間和大便硬度都有積極影響[98]。

不可溶性DF 促進(jìn)胃腸蠕動(dòng)的效果較好，它可通過對(duì)腸黏膜的機(jī)械刺激來改善糞便稠度和糞便質(zhì)量，增加腸道的壓力，加快食物通過消化道，這有助于形成良好的排便規(guī)律；多孔結(jié)構(gòu)可以吸附腸道內(nèi)有害菌釋放出的毒素等，維持腸道內(nèi)的健康環(huán)境[99]。白冰瑤等[100]在對(duì)紅棗DF 改善功能性便秘的研究中發(fā)現(xiàn)，中、高、低劑量組的紅棗DF均可縮短小鼠首粒排黑便時(shí)間，小鼠的排便粒數(shù)和質(zhì)量也有所增加。朱婧等[101]對(duì)谷物中的DF 對(duì)于排便頻率、腸道通過時(shí)間以及糞便濕重的影響的多個(gè)研究結(jié)果進(jìn)行Meta 分析，結(jié)果表明谷物中的DF 可以增加排便頻率，縮短腸道通過時(shí)間，增加糞便濕重。Ustundag 等[102]在一項(xiàng)隨機(jī)、對(duì)照研究中評(píng)估了纖維（部分水解瓜爾豆膠）和乳果糖對(duì)61 名4～16 歲患有慢性便秘兒童的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在治療后排便頻率、大便稠度和腹痛方面均有顯著改善，且乳果糖組排便次數(shù)明顯增多。Anti等[103]對(duì)117 名FC 患者攝入纖維和液體情況進(jìn)行評(píng)估。研究結(jié)果表明，每天攝入25 g 纖維會(huì)增加排便次數(shù)，且隨著年齡的增長(zhǎng)，排便次數(shù)會(huì)進(jìn)一步顯著增加。通過飲食逐漸增加纖維攝入量至20～30 g/d，并補(bǔ)充足夠的液體，通常被推薦為便秘的一線療法[104]。從麗敏等[105]建立大鼠便秘模型，研究發(fā)現(xiàn)DF 在一定程度上可改善便秘，且聯(lián)合益生菌可顯著改善便秘。這也意味著DF 和其它物質(zhì)的混合對(duì)于便秘的治療更佳，這也為我們今后對(duì)胃腸疾病的防治提供了一種新思路。

3.3 DF 對(duì)IBD 的防治作用

炎癥性腸病是一組以慢性炎癥和腸道菌群失調(diào)為特征的功能性胃腸道疾病。其中潰瘍性結(jié)腸炎（Ulcerative Colitis，UC）和克羅恩?。–rohn’s Disease，CD）是炎癥性腸?。↖BD）的兩種主要表型[106]。腸道失調(diào)被認(rèn)為是IBD 患者疾病進(jìn)展和胃腸道癥狀的重要原因，DF 可以維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)，調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答和維持免疫穩(wěn)態(tài)。IBD 患者與健康人的另一個(gè)差異是腸道屏障受損，攝入特定類型的DF，可以促進(jìn)有益微生物的生長(zhǎng)及其活性、增強(qiáng)腸上皮屏障功能，改善腸道炎癥及促進(jìn)結(jié)腸上皮損傷的愈合保護(hù)，修復(fù)IBD 患者的腸黏膜屏障恢復(fù)腸道的完整性和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定性[107-108]。

曹峻菡等[109]研究發(fā)現(xiàn)海藻DF 作為一種天然活性成分對(duì)炎癥性腸病具有營(yíng)養(yǎng)保護(hù)功能。韋瑤[110]在用可溶性DF 聯(lián)合糞菌移植治療潰瘍性結(jié)腸炎時(shí)發(fā)現(xiàn)，可溶性DF 的聯(lián)合治療要比獨(dú)立的糞菌移植效果明顯。而患有結(jié)腸炎的患者在接受治療后的飲食護(hù)理上，也被推薦食用多纖維食物[111]。Guarino 等[112]研究發(fā)現(xiàn)菊糖能夠恢復(fù)一些重要保護(hù)蛋白的水平，參與炎癥過程。Furrie 等[113]發(fā)現(xiàn)，在潰瘍性結(jié)腸炎人群中，菊粉的攝入下調(diào)了促炎癥細(xì)胞因子白介素10（IL-10）的表達(dá)水平，對(duì)治療潰瘍性結(jié)腸炎效果顯著。在一項(xiàng)前瞻性研究中，讓269 位CD 患者和338 位UC 患者攝入DF（平均24.3 g/d），結(jié)果發(fā)現(xiàn)患CD 和UC 風(fēng)險(xiǎn)均顯著降低，其中CD 風(fēng)險(xiǎn)降低了40%，且表明從水果和蔬菜中攝入DF 可以降低患CD 的風(fēng)險(xiǎn)，而從全谷類或豆類中攝入纖維對(duì)患CD 或UC 的風(fēng)險(xiǎn)沒有影響[114]。Amre 等[115]進(jìn)行了一項(xiàng)對(duì)照研究，研究發(fā)現(xiàn)食用富含纖維的蔬菜和水果的兒童患CD 的風(fēng)險(xiǎn)較低，且隨著食用的增加，風(fēng)險(xiǎn)也在降低。但一項(xiàng)病例對(duì)照研究表明大量食用蔬菜和水果只會(huì)略微降低UC 的風(fēng)險(xiǎn)，并無顯著相關(guān)性[116]。Hansen 等[117]針對(duì)87 個(gè)關(guān)于IBD 發(fā)生前環(huán)境因素的問題（涵蓋了被認(rèn)為是CD 和UC 假定風(fēng)險(xiǎn)因素的不同主題）進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，表明高纖維的攝入與CD 和UC的發(fā)生有顯著相關(guān)性。

4 DF 的副作用

鑒于DF 在胃腸道功能上的有效作用，越來越多的人改變飲食，雖然增加DF 的攝入已被證實(shí)對(duì)胃腸道有益，一般每天的攝入量應(yīng)控制在20 g 以內(nèi)，食用過量的DF 會(huì)被腸道中一些菌群分解產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸和多余的氣體引起腹部脹痛[118]。其中低聚果糖（Fructo-oligosaccharide，F(xiàn)OS）在大腸中可完全發(fā)酵，是腸道氣體的重要來源，對(duì)一些人來說，快速產(chǎn)氣會(huì)導(dǎo)致腹部不適。在特定的條件與劑量下，低聚糖的過量攝入將擾亂腸道原有的平衡引起腸道不適，降低微生物的多樣性，增加結(jié)腸透性等[119]。李東堯[120]將24 只小鼠隨機(jī)分到FOS 急性劑量組、FOS 低劑量組、FOS 梯度劑量組中，以不同的方式補(bǔ)充低聚果糖。PERMANOVA 檢驗(yàn)結(jié)果顯示，梯度劑量組膳食干預(yù)對(duì)菌群代謝功能的影響效應(yīng)占總效應(yīng)的52%，低劑量組占36%，而急性劑量組僅占28%。陳彬睿[121]給32 只小鼠灌喂生理鹽水或低聚果糖，14 d 后檢測(cè)結(jié)果表明低聚果糖的攝入使得IBS 小鼠的內(nèi)臟敏感性進(jìn)一步增加。FOS 的大量攝入還會(huì)引起液體在小腸和大腸中的滲透滯留而導(dǎo)致腹瀉，不良作用的出現(xiàn)和強(qiáng)度取決于產(chǎn)品劑量和個(gè)體反應(yīng)[122]。Den 等[123]研究發(fā)現(xiàn)每天攝入菊粉4～15 g 的劑量不會(huì)影響腸道轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間，但會(huì)增加健康個(gè)體的糞便量。在患有便秘的老年人中發(fā)現(xiàn)，每天攝入菊粉劑量達(dá)到20～40 g 時(shí)會(huì)增加糞便沉積頻率，且在某些情況下會(huì)伴有腸胃脹氣[124]。此外，高劑量的DF 還會(huì)延長(zhǎng)胃的排空時(shí)間，引起食物反流造成反酸而導(dǎo)致食道與胃黏膜損傷[125]。在一項(xiàng)小型研究中，果聚糖（小麥、黑麥、洋蔥和大蒜中發(fā)現(xiàn)的碳水化合物）被證明會(huì)增加胃食管反流[126]。胃調(diào)節(jié)功能的降低與更高的反流事件發(fā)生率相關(guān)[127]。

碳水化合物的不耐受會(huì)導(dǎo)致胃腸道變異和腸道不適引起很多不良反應(yīng)。數(shù)據(jù)顯示，超過30%患有碳水化合物不耐受和功能性、非特異性、非過敏性胃腸道疾病的患者合并乳糖不耐受和果糖吸收不良[128]。在大多數(shù)吸收不良的情況下，食物中的碳水化合物如乳糖和果糖進(jìn)入大腸成為細(xì)菌的底物，發(fā)酵產(chǎn)生氫氣從而加重FGIDs 患者的癥狀。一項(xiàng)關(guān)于碳水化合物對(duì)IBS 患者上消化道運(yùn)動(dòng)影響的研究表明，果聚糖灌胃會(huì)導(dǎo)致胃腸道癥狀的快速發(fā)作，特別是痙攣、腸胃脹氣和疼痛，且與葡萄糖組相比，果聚糖更容易引起餐后胃壓的升高[129]。Major 等[130]讓健康受試者和腸易激綜合征患者攝入菊粉，結(jié)果表明結(jié)腸氣體體積增加了約4 倍，小腸含水量沒有變化，不良癥狀僅在腸易激綜合征患者中出現(xiàn)。本身就具有這些不良癥狀的FGIDs患者要尤其注意，要對(duì)病因進(jìn)行檢測(cè)，然后根據(jù)個(gè)人飲食計(jì)劃進(jìn)行個(gè)性化治療，在醫(yī)生的監(jiān)控和建議下正確攝入DF。

此外，如若過多的攝入快速發(fā)酵型纖維則會(huì)在盲腸和近端結(jié)腸中快速發(fā)酵，可能導(dǎo)致大量SCFAs 的集聚而對(duì)黏膜產(chǎn)生毒性，這種效應(yīng)會(huì)使屏障受損誘發(fā)黏膜炎癥和內(nèi)臟敏感性增加。另外，快速產(chǎn)氣相關(guān)的管腔擴(kuò)張可刺激機(jī)械感受器，在內(nèi)臟過敏的情況下，機(jī)械感受器可誘發(fā)疼痛和腹脹加重腸易綜合征的癥狀[131]。FODMAP 是腸道無法正常吸收的可發(fā)酵短鏈碳水化合物的集合，包括低聚糖、雙糖、單糖、多元醇。當(dāng)FODMAP 到達(dá)小腸時(shí)，它們會(huì)緩慢移動(dòng)，因高滲透性吸引大量水分，將很多水帶入腸道中，這可能會(huì)影響腸道的蠕動(dòng)速度和腹瀉發(fā)生[132]。大部分人沒有完全分解FODMAP 的酶，當(dāng)它們進(jìn)入大腸時(shí)，F(xiàn)ODMAP 中的乳糖和低聚果糖被腸道菌群發(fā)酵，增加腸道內(nèi)糖基化終產(chǎn)物的生成，多余的氣體和水會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)致腸腔擴(kuò)張。由于患有IBS 的患者腸道高度敏感，故腸壁的拉伸會(huì)導(dǎo)致腹部疼痛、脹氣等不適感[133]。Kamphuis 等[134]通過給小鼠喂食乳糖或喂食低聚果糖發(fā)現(xiàn)，這會(huì)導(dǎo)致腸易激綜合征患者出現(xiàn)癥狀，導(dǎo)致小鼠腹部敏感性增加。大多數(shù)FODMAP 是益生元，益生元纖維具有會(huì)引起腹脹和腹痛氣體的副作用，低FODMAP 飲食可以限制這種對(duì)腸道微生物重要的纖維[135]。很多研究表明低FODMAP 飲食可以改善許多與功能性腸道疾病和炎癥性腸道疾病相關(guān)的癥狀。一篇蕓萃分析表明，70%～80%的人可以通過低FODMAP 飲食改善IBS 癥狀[136]。Chumpitazi 等[137]在一項(xiàng)針對(duì)8 名7～16 歲兒童的研究中調(diào)查了低FODMAPs 飲食是否能降低IBS癥狀。發(fā)現(xiàn)患者的腹痛和疼痛頻率顯著降低。Eswaran 等[138]將92 名IBS 患者分成低FODMAP組和一般飲食組，結(jié)果顯示低FODMAP 飲食組中超過一半的患者的癥狀有所改善。但這種限制性飲食只適合存在特定癥狀的人群，不然可能弊大于利。低FODMAP 飲食不可避免地會(huì)減少部分主食（如小麥）、乳制品等的攝入，長(zhǎng)期使用后會(huì)引發(fā)營(yíng)養(yǎng)不良[139]。Eswaran 等[140]對(duì)成年IBD 患者進(jìn)行試驗(yàn)，比較了低FODMAP 飲食和mNICE 飲食預(yù)措施，研究表明，部分患者采用低FODMAP 飲食后，會(huì)導(dǎo)致總碳水化合物的攝入量顯著降低。此外，低FODMAP 飲食可能引起DF、鐵、鋅、葉酸及B 族維生素等不足[141]。Ostgaard 等[142]研究發(fā)現(xiàn)，12%的IBS 患者的飲食結(jié)構(gòu)欠豐富，影響維生素核黃素、磷、鈣的吸收。另外，腸道的菌群會(huì)受到我們所吃DF 種類的影響，低FODMAP 飲食導(dǎo)致用于腸道內(nèi)發(fā)酵的底物大大減少，會(huì)使得腸道菌群的組成和功能改變，會(huì)對(duì)腸道微生物的平衡以及多樣性產(chǎn)生不利的影響。Halmos 等[143]對(duì)27 名IBS 患者和6 名健康受試者隨機(jī)分配低FODMAP飲食或澳大利亞飲食，研究發(fā)現(xiàn)低FODMAP 飲食降低了細(xì)菌總數(shù)，丁酸鹽產(chǎn)生梭狀芽孢桿菌相對(duì)數(shù)量減少。Staudacher 等[144]進(jìn)行了一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)將IBS 患者隨機(jī)分為干預(yù)飲食組（限制碳水化合物）和習(xí)慣飲食組，4 周后發(fā)現(xiàn)腸腔內(nèi)雙歧桿菌數(shù)量降低。此外，F(xiàn)ODMAP 具有免疫調(diào)節(jié)、增加糞便體積、促進(jìn)鈣吸收、降低血清膽固醇水平等重要的生理作用，低FODMAP 飲食可能會(huì)削弱這些效果而增加心血管或結(jié)直腸癌等風(fēng)險(xiǎn)[145]。

更慢發(fā)酵的纖維，如抗性淀粉（Resistant Starch，RS）亞型，可根據(jù)運(yùn)輸速度和微生物群發(fā)酵纖維的能力進(jìn)行遠(yuǎn)端發(fā)酵。然而，更高劑量的此類纖維（補(bǔ)充39 g/d 的RS）可能會(huì)引起腹脹和腹部不適[146]。過多的可溶性DF 會(huì)吸收腸道中的水分引起脫水導(dǎo)致纖維硬化而便秘，緩慢發(fā)酵的纖維單獨(dú)使用可能不適用于傳輸較慢的便秘患者[147]。菊粉屬于發(fā)漫（FODMAPS）類纖維，會(huì)產(chǎn)生一定氣體，腹脹是菊粉（攝入過多）最常見的副作用。一研究發(fā)現(xiàn)菊糖比葡萄糖誘導(dǎo)更多患者出現(xiàn)腹脹的癥狀，菊糖誘導(dǎo)H2、結(jié)腸氣體和結(jié)腸容積增加[148]。胃功能較弱者，腸道蠕動(dòng)較慢，便秘時(shí)秘結(jié)的糞團(tuán)阻塞在下端結(jié)腸，若在此時(shí)大量補(bǔ)充DF會(huì)刺激上段結(jié)腸的蠕動(dòng)，從而導(dǎo)致不完全性腸梗阻。Major 等[149]研究了便秘型IBS 患者攝入劑量高達(dá)21 g/d 的木虱后癥狀的變化，結(jié)果顯示小腸含水量增加了3 倍，但與健康受試者不同的是患者結(jié)腸含水量的變化更為多變。因此，可以預(yù)期IBS患者補(bǔ)充高劑量的木虱纖維后出現(xiàn)的腹脹等癥狀可能是由于木虱的凝膠結(jié)構(gòu)引起的結(jié)腸水膨脹所致。炎癥性腸病的患者的結(jié)腸會(huì)有不同程度的炎癥和潰瘍，甚至有的腸段狹窄、穿孔，還有癌變的可能。若攝入DF 不當(dāng)，可能會(huì)加重病情使其變得復(fù)雜而難處理。結(jié)腸上皮細(xì)胞過度增生被認(rèn)為是結(jié)腸癌的一種早期改變，過多的DF 可能會(huì)改變小腸細(xì)胞的更新速度，使其更新加快，許多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)隨脫落的黏膜細(xì)胞離開小腸而被帶出體外。有研究發(fā)現(xiàn)DF 發(fā)酵產(chǎn)物SCFAs 可以刺激大鼠結(jié)腸細(xì)胞過度增殖[150]。這表明不正確的攝入DF 可能具有致癌作用，我們對(duì)其還需進(jìn)行更多的研究。

5 結(jié)論與展望

越來越多的科學(xué)證據(jù)表明DF 的攝入有利于腸道健康，對(duì)FGIDs 具有防治作用，但不正確的攝入DF 將會(huì)加重FGIDs 患者的癥狀并使病情惡化。美國(guó)食品藥物管理局（U.S.Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）推薦健康成年人總DF 的攝入量為每日20～35 g。然而，DF 種類較多，分子質(zhì)量、聚合度等不同的結(jié)構(gòu)特性會(huì)具有不同的物理機(jī)械性能、功能特性以及發(fā)酵特性。所以幾種纖維聯(lián)用能對(duì)機(jī)體發(fā)揮更好的生理保護(hù)作用。一般建議IBS 患者使用可溶性纖維如木虱或部分水解瓜爾豆膠作為飲食干預(yù)以改善癥狀，盡量避免使用麥麩等不溶性纖維防止癥狀加重。而且，可溶性纖維被納入飲食后，建議逐漸增加纖維攝入量（每3～4 d 增加2～3 g）。對(duì)于FC 患者，可發(fā)酵纖維和不可發(fā)酵纖維均有益處，通過飲食逐漸增加纖維攝入量至20～30 g/d，并補(bǔ)充足夠的液體，通常被推薦為便秘的一線療法。IBD 患者宜根據(jù)具體病情調(diào)整DF 攝入量。一般來說，緩解期患者無需限制纖維消耗，而對(duì)于炎癥明顯以及有腸道狹窄或者穿透性病變的患者，應(yīng)堅(jiān)持低纖維飲食，每天最多5 g。DF 作為飲食干預(yù)的重要組成在FGIDs 防治中的應(yīng)用，需要考慮DF 的種類、功能性特點(diǎn)和劑量等因素，同時(shí)更要明確FGIDs 患者機(jī)體對(duì)DF產(chǎn)生的特異性生理學(xué)反應(yīng)。綜上所述，靶向患者生理學(xué)反應(yīng)以調(diào)節(jié)胃腸道癥狀的個(gè)性化膳食纖維防治策略是FGIDs 飲食干預(yù)方法建立的全新方向。