膳食纖維經短鏈脂肪酸影響骨代謝的研究進展

[摘要] 膳食纖維可通過短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA）影響骨代謝。骨代謝是指破骨細胞與成骨細胞動態(tài)平衡的過程，維持骨的正常結構功能。膳食纖維可促進腸道SCFA生成，SCFA可調控成骨、破骨細胞及鈣吸收，進一步調控骨代謝。目前對膳食纖維、SCFA與骨代謝的關聯(lián)機制尚未完全明確，仍需進一步研究。本文綜述膳食纖維與骨代謝的關聯(lián)性，探討膳食纖維經由影響SCFA作用于骨代謝的機制，以期為相關領域的研究提供新策略。

[關鍵詞] 膳食纖維；短鏈脂肪酸；骨代謝；影響機制

[中圖分類號] R151.1" """"[文獻標識碼] A """""[DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2025.21.023

骨骼是一種代謝活躍的人體組織，其健康狀態(tài)與成骨細胞、破骨細胞之間的平衡密切相關。近年來，骨質疏松等骨代謝疾病的發(fā)病率顯著上升，加之人口老齡化加劇，骨骼健康已成為亟待重視的公共衛(wèi)生問題^[1-2]。

膳食纖維一般指不易被消化酶消化的多糖類食物成分，主要來自植物的細胞，包含纖維素、半纖維素、樹脂、果膠及木質素等。根據膳食纖維水溶性不同，將其分為水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）與不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）^[3]。研究認為膳食纖維可促進短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA）的產生，進一步促進成骨細胞骨形成，并抑制破骨細胞骨吸收^[4]；還可促進腸道鈣吸收，為骨形成提供原料，從而對骨代謝產生積極作用。

1" 膳食纖維與骨代謝

1.1" 膳食纖維攝入對骨代謝影響的臨床研究

研究表明膳食纖維與骨健康有一定的關聯(lián)性，高纖飲食可改善骨質。但這種關聯(lián)性可能受性別、年齡等因素影響。目前在探討男性和女性群體在此關聯(lián)性上的差異研究表明膳食纖維與骨健康的關聯(lián)性在男性群體中似乎更明顯。Dai等^[5]研究顯示男性群體每增加5g/d的總膳食纖維攝入量，股骨頸每年骨質流失率減少0.06%；而在女性群體中未觀察到該保護作用?；谟飿颖編鞌?shù)據的研究顯示，較高的膳食纖維攝入量與較高的跟骨骨密度相關，且這種關聯(lián)性在男性群體中更顯著^[6]。使用其他數(shù)據庫進行分析的研究同樣支持該結論^[7]。然而，部分研究結果與此并不完全一致。Tang等^[8]研究顯示雖然膳食纖維攝入與股骨骨密度之間關聯(lián)性存在性別差異，但兩者之間呈非線性關系；研究者提出膳食纖維可能與骨密度無關聯(lián)，這是因為食物中的其他營養(yǎng)素也可能對骨代謝產生影響。

膳食纖維對男性骨健康的顯著關聯(lián)可能源于性別差異相關的生理機制。①雌激素干擾：女性骨代謝高度依賴雌激素保護，膳食纖維可通過結合雌激素、改變腸道菌群的酶活性等方式，減少雌激素再吸收和循環(huán)，降低其在血液中的濃度，削弱其骨保護作用；而男性無此干擾^[9]。此外，女性的骨質流失發(fā)生早于男性。女性隨年齡增長（尤其絕經后）骨流失加速，雌激素驟降可掩蓋纖維的保護效應^[10]。②菌群性別差異：相比男性，女性的擬桿菌門豐度較低^[11]。擬桿菌可有效分解膳食纖維，轉化為對骨骼有保護作用的SCFA^[12]；女性較低的擬桿菌門豐度使其無法充分分解膳食纖維產生足夠的SCFA，導致在此方面膳食纖維對女性的保護作用較弱。

近幾年許多研究提出膳食纖維與骨健康的關聯(lián)性在年輕群體中似乎更為明顯，可能與衰老過程中骨質流失加速和性激素水平改變有關，表明年齡差異也是影響因素之一^{[6， 13]}。

1.2" 膳食纖維攝入對骨代謝影響的動物實驗

目前，膳食纖維與骨健康的關聯(lián)性已在多種動物實驗中得到證實，結果表明不同膳食纖維對骨健康的影響不同。覃香香等^[14]研究指出木聚糖顯著提升大鼠骨強度，而果膠作用較弱。Lucas等^[12]對小鼠進行8周的高纖維飲食，結果顯示破骨細胞數(shù)量減少和血清Ⅰ型膠原C端肽（C-terminal telopeptide of typeⅠcollagen，CTX-Ⅰ）水平降低，最終導致骨量增加。一項關于SDF菊粉對慢性腎臟病引發(fā)的礦物質骨?。╟hronic kidney disease-mineral and bone disorder，CKD-MBD）影響的研究發(fā)現(xiàn)，菊粉可降低血清中的磷酸鹽和甲狀旁腺激素水平，同時提高骨強度，反映骨骼質量的改善，最終減緩CKD-MBD^[15]。上述研究均表明膳食纖維與骨健康是一個充滿潛力的研究領域，值得進一步的科學研究和探討。

2" 膳食纖維通過SCFA對骨代謝的可能影響機制

2.1" 人體內膳食纖維對SCFA的可能影響機制

膳食纖維對SCFA生成的影響機制主要通過調節(jié)腸道菌群的代謝途徑實現(xiàn)。膳食纖維進入胃腸道后，由腸道中的細菌進行發(fā)酵，發(fā)酵過程中產生乙酸、丙酸、丁酸等。腸道菌群中，毛螺菌屬及厚壁菌屬主要產生乙酸和丁酸，而擬桿菌屬在此基礎上額外產生丙酸。

2.1.1" SDF對SCFA的可能影響機制 ""SDF是指可溶解于水又可吸水膨脹并能被大腸中微生物酵解的一類纖維，主要有果膠、植物膠、黏膠等。研究顯示不同種類的SDF對不同SCFA促進程度不同。有研究采用供體糞便作為發(fā)酵劑，進行果膠體外發(fā)酵研究，結果顯示果膠可使毛螺菌屬和薩特菌等腸道菌群數(shù)量增加、擬桿菌屬和玫瑰菌屬等數(shù)量減少，從而促進SCFA的產生，特別是乙酸鹽和丁酸鹽^[16]。另有研究選用半乳甘露聚糖飼喂小鼠，觀察到擬桿菌門與厚壁菌門所占比例上升，通過檢測單羧酸轉運蛋白1（monocarboxylate transporter 1，MCT-1）的蛋白表達水平，發(fā)現(xiàn)半乳甘露聚糖可促進MCT-1的表達，MCT-1參與腸道內丙酸鹽的吸收，進而顯著升高丙酸鹽水平^[17]。

2.1.2" IDF對SCFA可能影響機制 "IDF指不能溶解于水又不能被大腸中微生物酵解的一類纖維，常存在于植物的細胞壁中，主要有纖維素、半纖維素、木質素等。一項研究將摻雜IDF的飲食喂養(yǎng)仔豬，收集結腸消化液分析細菌群落和SCFA水平，結果顯示纖維素等 IDF可增加擬桿菌門、廣古菌門、考拉桿菌屬和糞球菌屬等菌群的相對豐度，進而促使結腸消化液中的乙酸鹽濃度增加^[18]。Ge等^[19]通過堿性過氧化氫和復合酶解法從竹子中提取 IDF，研究其通過體外糞便發(fā)酵對腸道微生物群和SCFA產生的影響，發(fā)現(xiàn)IDF可影響pH水平，進而調整腸道菌群組成，使擬桿菌門等腸道菌群的豐度顯著提高，進而提高SCFA的生成，調節(jié)腸道中乙酸鹽、丙酸鹽含量。總結已有文獻發(fā)現(xiàn)，與SDF相比，關于IDF如何影響SCFA的研究較少，故此領域需進行更深入的研究和探索。

2.2" SCFA對骨代謝的影響機制

SCFA可通過調節(jié)破骨細胞和成骨細胞的增殖分化影響骨代謝。此外，SCFA還可通過調節(jié)骨免疫及鈣吸收等過程影響骨代謝。

2.2.1" SCFA抑制破骨細胞增殖分化" "SCFA可通過多種途徑調節(jié)破骨細胞的分化，抑制骨吸收。Zhang等^[20]通過丁酸喂養(yǎng)骨質疏松小鼠8周后發(fā)現(xiàn)，其骨量得到明顯改善，腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）和白細胞介素（interleukin，IL）-1β等炎癥因子被明顯抑制，免疫組織學顯示抗酒石酸酸性磷酸酶和核因子κB受體活化因子配體等破骨細胞釋放因子同樣被明顯抑制，表明丁酸在抗炎及抑制骨鈣素表達方面有重要作用。Lucas等^[12]用含乙酸/丙酸/丁酸的水飼喂小鼠8 周，發(fā)現(xiàn)相比對照組，實驗組小鼠骨吸收標志物CTX-Ⅰ血清水平顯著降低、破骨細胞數(shù)量減少及骨量增加。為排除免疫學因素在其中的影響，該研究對RAG1基因敲除小鼠進行實驗，同樣觀察到上述現(xiàn)象，表明SCFA對破骨細胞形成的抑制作用并非僅通過免疫細胞產生。該研究也對破骨前體細胞進行實驗，發(fā)現(xiàn)SCFA抑制兩種破骨細胞生成的信號因子腫瘤壞死因子受體相關因子6和核因子活化T細胞1，誘導破骨前體細胞糖酵解增強，抑制前體細胞向成熟破骨細胞發(fā)育。此外，SCFA還可通過抑制組蛋白去乙酰化酶調控破骨細胞相關基因的乙?；?，從而抑制破骨細胞的分化^[21]。

2.2.2" SCFA促進成骨細胞增殖分化 "雖然Lucas等^[12]研究指出SCFA對成骨細胞無影響，但大部分研究認為SCFA對成骨細胞正常增殖分化有重要作用。有細胞實驗表明乙酸可誘導成纖維細胞生長因子23基因表達進而促進成骨細胞的增殖和分化^[22]。Chen等^[23]研究發(fā)現(xiàn)對小鼠進行丙酸治療后，成骨細胞生長曲線明顯優(yōu)于對照組，說明丙酸可有效促進成骨細胞的增殖，且在一定程度上可降低成骨細胞衰老凋亡的速率，同時發(fā)現(xiàn)成骨蛋白標志物活性顯著提升。大鼠實驗證實丁酸可提升大鼠體內自噬水平，促進成骨細胞分化^[24]。此外，丁酸可增加甲狀旁腺激素分泌，促進成骨細胞分化，刺激骨形成^[25]。

2.2.3" SCFA影響骨免疫調節(jié)骨代謝" SCFA 通過調節(jié)免疫系統(tǒng)影響骨代謝，其作用主要體現(xiàn)在促進 Treg 細胞增殖、抑制 Th17 細胞活性及增強腸道屏障功能。SCFA 作為 GPR43 受體的配體，可促進 Treg細胞增殖，并增強其分泌 IL-10 和 TGF-β 的能力，抑制破骨細胞形成，減少骨質丟失。SCFA通過抑制 Notch 信號通路，降低 Th17 細胞活性，調節(jié) Treg/Th17 細胞比例，減少 IL-17 介導的破骨細胞分化，減少炎癥性骨丟失。此外，SCFA可增強腸道屏障功能，提高緊密連接蛋白表達，減少腸源性毒素脂多糖進入血液，降低 TNF-α 和 IL-1β 等促炎因子水平，減輕其對骨代謝的不利影響^[26]。

2.2.4" SCFA促進鈣吸收調節(jié)骨代謝 "鈣是骨組織的主要成分之一，鈣經腸道吸收入血后，可通過影響激素等途徑對骨代謝產生影響。SCFA 可通過增加鈣的吸收影響骨代謝。Drabińska等^[27]研究發(fā)現(xiàn)SCFA可降低腸道環(huán)境的pH，提高鈣的溶解度，從而提升鈣的被動吸收；且SCFA進入腸道細胞后產生的氫離子分泌出細胞可增加氫鈣離子交換，使鈣離子吸收增加；氫離子進入腸道后又可促進SCFA進入細胞，增加鈣吸收正反饋^[28]；SCFA還可通過影響胰島素樣生長因子-1、胰高血糖素樣肽-1等激素分泌影響骨代謝^[29]。

2.3" 膳食纖維通過SCFA對骨代謝的可能影響機制

膳食纖維調節(jié)腸道菌群代謝途徑復雜，其可促進SCFA產生，而SCFA通過抑制破骨細胞與促進成骨細胞的增殖分化等途徑影響骨代謝，產生骨保護作用。因此膳食纖維可通過影響腸道菌群代謝產生SCFA進而對骨代謝產生作用。已有研究提出該觀點，但均未進行實驗深入研究相關機制^{[14， 30]}。

3" 討論

膳食纖維對骨代謝的影響因性別、年齡及絕經狀態(tài)不同而存在差異。研究顯示膳食纖維攝入與骨密度的正相關關系在男性中更顯著^[5]；女性群體中絕經前人群比絕經后顯著，這可能與絕經后女性雌激素水平下降、骨量流失較大有關。年輕人群相比老年人群的骨密度受膳食纖維的保護作用更強^[6]。因此，未來應針對不同人群設計個性化干預方案，以最大化膳食纖維對骨健康的保護作用。如男性和年輕人可采用高膳食纖維飲食；女性在絕經前應增加膳食纖維攝入，絕經后則結合補充鈣和維生素D；針對老年人群除增加膳食纖維外，還應結合適度運動和營養(yǎng)補充，延緩骨量流失并改善骨健康。

綜上，膳食纖維在骨代謝中的作用正成為骨健康研究的前沿熱點。盡管現(xiàn)有研究已揭示其對骨密度的積極影響，但其在不同性別、年齡階段的作用機制仍需深入探索。作為一種安全、低成本的干預手段，膳食纖維在骨健康管理中具有重要臨床和公共衛(wèi)生價值，不僅有望減少傳統(tǒng)藥物治療的副作用，還可通過長期膳食調控提升整體骨骼健康。未來應加強基礎與臨床研究，進一步明確最佳干預策略，并推動在公共健康政策中的應用，為骨質疏松等骨代謝疾病的預防與管理提供科學依據。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2025–03–03）

（修回日期：2025–07–07）