膳食纖維經(jīng)腸道微生態(tài)途徑調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝作用的研究進展

王 晨，鐘賽意，鄒宇曉*

（1.廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院，廣東 湛江 524000；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)部功能食品重點實驗室，廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室，廣東 廣州 510610）

21世紀以來，隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們飲食和生活方式發(fā)生了巨大的改變，以脂質(zhì)代謝紊亂為共同特征的肥胖、2型糖尿病和高脂血癥等慢性疾病的發(fā)病率急劇上升，成為現(xiàn)代社會公共衛(wèi)生面臨的嚴峻考驗。據(jù)世界衛(wèi)生組織報道，全球多個地區(qū)的超重/肥胖（身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）≥25 kg/m2）發(fā)生率占比接近或超過50%，如美洲（61.1%）、歐洲（54.8%）和東地中海地區(qū)（46.0%）[1]，據(jù)統(tǒng)計，2010ü2012年，中國15～17 歲青少年超過1/10的人超重或肥胖，近1/3的成年人超重或肥胖[2]。與肥胖密切相關(guān)的糖尿病發(fā)病狀況也令人擔(dān)憂，2014年全球有3.77億 人患有糖尿病，其中中國糖尿病患者達9 630萬[3]。

基因和高能量飲食被公認為是造成人體脂質(zhì)代謝紊亂的兩大誘因，由于飲食結(jié)構(gòu)與人體健康的密切相關(guān)性，近年來關(guān)于健康膳食及其功能因子和活性機制等的研究已成為現(xiàn)代食品科學(xué)研究領(lǐng)域的重點方向，其中量大、面廣的第七營養(yǎng)素——膳食纖維，對人體脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)作用尤其引人關(guān)注。膳食纖維在防治脂質(zhì)代謝紊亂相關(guān)疾病方面的生物活性已被大量研究所證實[4]，基于膳食纖維、腸道菌群和人體健康三者之間的密切關(guān)聯(lián)性，從腸道微生態(tài)途徑研究膳食纖維對脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)作用及相關(guān)機制日益深入，本文在查閱相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，重點綜述了膳食纖維經(jīng)腸道微生態(tài)途徑調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的活性作用及其機制等內(nèi)容，為利用膳食纖維研發(fā)減肥、輔助降血脂和降血糖等保健食品提供思路和參考。

1 膳食纖維的脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)作用

1.1 膳食纖維的分類

膳食纖維是指聚合度為3～10范圍內(nèi)的一類碳水化合物聚合物，包括多糖、寡糖、纖維素、果膠和木質(zhì)素等[5]，它們在小腸中不能被消化吸收，但在到達大腸后可部分或全部發(fā)酵，生成短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）、CO2、H2、CH4等小分子化合物。膳食纖維可分為果膠、樹脂等水溶性膳食纖維和纖維素、木質(zhì)素等不溶性膳食纖維兩大類，它們在腸道發(fā)揮不同的生物活性功能。

1.2 膳食纖維的脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)作用

膳食纖維對人體具有多重健康效應(yīng)[6-7]，其中在預(yù)防肥胖[8]、輔助降血脂[9]、抗動脈粥樣硬化[10]等方面表現(xiàn)出來的生理活性尤其引人關(guān)注，并取得了較好的研究進展。

為明確膳食纖維的攝入對脂質(zhì)代謝的影響，Wang Jing等[11]發(fā)現(xiàn)攝入質(zhì)量分數(shù)5%麥麩低聚木糖能夠顯著改善高脂飲食誘導(dǎo)大鼠體質(zhì)量、改善血糖和血脂水平。Lee等[12]評估了不同纖維含量的水稻對韓國11 名健康受試者和10 名肥胖受試者的體質(zhì)量、脂肪因子濃度和糖脂代謝的影響，6 周實驗結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)健康和肥胖受試者的體質(zhì)量均發(fā)生高度顯著下降（P＜0.001），肥胖受試者BMI由（26.9f0.5）kg/m2高度顯著降低至（26.0f0.6）kg/m2（P＜0.001），血清三?；视?、總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和C肽濃度與初始值相比均發(fā)生顯著或極顯著水平下降（P＜0.01或P＜0.05）。白鈺等[13]觀察了高膳食纖維低血糖生成指數(shù)（glycemic index，GI）的飲食對糖尿病患者血糖和血脂的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GI飲食干預(yù)可顯著降低患者的總膽固醇、甘油三酯、空腹血糖、糖化血紅蛋白、空腹胰島素水平（P＜0.05）。Araki等[14]對40～64 歲的糖尿病合并脂質(zhì)代謝紊亂患者進行12 周的膳食干預(yù)實驗，發(fā)現(xiàn)攝食富含膳食纖維的研磨糙米的患者體質(zhì)量和腰圍分別平均降低2.4 kg和3.1 cm，其低密度脂蛋白、甘油三酯水平均極顯著降低（P＜0.01）；證實了增加膳食纖維的攝入比例可有效改善糖尿病患者脂質(zhì)代謝。因此，提高膳食纖維的攝入水平，不僅能夠改善糖尿病、肥胖和高脂血癥等慢性疾病所引發(fā)的脂質(zhì)代謝紊亂，還有利于健康機體保持脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)，對于脂質(zhì)代謝紊亂的預(yù)防和治療具有重要意義。

2 腸道菌群與脂質(zhì)代謝

2.1 腸道菌群的分類與功能

腸道微生態(tài)系統(tǒng)是人體最復(fù)雜、最主要的微生態(tài)系統(tǒng)，人體腸道微生物的總數(shù)目約為1014個，是人體細胞總數(shù)的10 倍，其編碼的基因總數(shù)至少是人類基因組的100 倍[15]。盡管人類腸道共生菌群組成復(fù)雜、種類繁多，但占據(jù)了整個腸道菌群總量99%的僅有30～40 種細菌，它們主要來自擬桿菌門（Bacteroidetes）（如擬桿菌屬（Bacteroides）、普氏菌屬（Prevotella）等）、厚壁菌門（Firmicutes）（如腸球菌屬（Enterococcus）、梭菌屬（Clostridium））、變形菌門（Proteobacteria）（如埃希氏菌屬（Escherichia））和放線菌門（Actinobacteria）（如雙歧桿菌（Bifidobacterium））四大門類[16]，其中厚壁菌門和擬桿菌門占總菌群數(shù)量的90%。根據(jù)腸道菌群對人體的作用可將其分為益生菌和有害菌兩大類，它們均來自擬桿菌門和厚壁菌門等門類。益生菌是指有益于人體健康的菌群，如雙歧桿菌、乳酸桿菌等，這些益生菌不僅能夠促進營養(yǎng)物質(zhì)的代謝，同時還能提高人體對多種維生素、礦物質(zhì)的吸收利用，表現(xiàn)出促進消化和預(yù)防便秘等多種功能[17]。有害菌既包括腸道固有菌如大腸埃希氏菌、金黃色葡萄球菌等，也包括外來細菌如痢疾桿菌等。正常情況下人體腸道菌群處于平衡狀態(tài)，但不當(dāng)?shù)纳攀辰Y(jié)構(gòu)如高能量或低纖維飲食會造成腸道菌群失衡，進而導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生，如肥胖[18]、2型糖尿病[19]、動脈粥樣硬化[20]和結(jié)腸癌[21]等。

2.2 腸道菌群與脂質(zhì)代謝的相關(guān)性

腸道菌群與人體的互利共生關(guān)系對機體健康有著十分重要的意義[22]。近年來，越來越多研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群作為影響宿主代謝的重要因子，與肥胖、2型糖尿病和高脂血癥等脂質(zhì)代謝紊亂等慢性疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[23-24]。

2.2.1 厚壁菌門/擬桿菌門相對比例與肥胖的相關(guān)性

厚壁菌門細菌（Firmicutes）和擬桿菌門細菌（Bacteroidetes）是腸道細菌的主要門類，厚壁菌門也被稱為“胖菌”，擬桿菌門也被稱為“瘦菌”，二者間的比例與肥胖的相關(guān)性目前尚無定論。部分研究結(jié)果顯示肥胖人群體內(nèi)的厚壁菌門/擬桿菌門比例高于瘦弱人群[25-27]。Bervoets等[28]通過實時定量基因擴增熒光檢測系統(tǒng)分析了6～16 歲26 名肥胖和27 名瘦弱兒童的腸道菌群組成，研究發(fā)現(xiàn)肥胖兒童體內(nèi)厚壁菌門/擬桿菌門極顯著高于瘦弱兒童（P＝0.007）。Ferrer等[29]比較了肥胖和瘦弱青少年糞便樣本中腸道微生物的組成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肥胖者腸道中的厚壁菌門細菌占總菌群數(shù)量的94.6%，而擬桿菌門僅占3.2%。也有觀點認為，厚壁菌門/擬桿菌門比例與機體的肥胖狀態(tài)無直接關(guān)系。在魚類的相關(guān)研究中，Duncan等[30]比較了肥胖和瘦弱魚類糞便細菌，并沒有發(fā)現(xiàn)擬桿菌門比例的差異，但同時證實了肥胖個體飲食中碳水化合物的含量減少，糞便中厚壁菌門的數(shù)量也減少。Schwiertz等[31]研究也得出了相似的結(jié)論，他們發(fā)現(xiàn)肥胖者體內(nèi)厚壁菌門/擬桿菌門的比例更低，并且肥胖者在質(zhì)量減輕的過程擬桿菌門數(shù)量并沒有變化，推測SCFA是通過改變丙酸酯的比例從而影響能量代謝。Riva等[32]的研究通過16S rRNA基因靶向測序分析了6～16 歲42 名肥胖和36 名正常體質(zhì)量兒童的腸道菌群組成，結(jié)果表明肥胖兒童和正常體質(zhì)量兒童腸道中厚壁菌門的含量分別為（72.1f12.1）%和（60.9f14.1）%，擬桿菌門的含量分別為（16.6f11.8）%和（3.0f12.6）%，雖然肥胖兒童腸道細菌中厚壁菌門的含量明顯高于擬桿菌門，但是不同個體的比例變化很大，作者推測可能厚壁菌門/擬桿菌門的比例并不是確定肥胖的一個確切指標?？傊?，關(guān)于肥胖者腸道厚壁菌門/擬桿菌門的比例變化仍然是個有爭議的問題，原因可能是由于不同類別群體腸道菌群變化的差異，或者是由于不同研究人員采用的方法論不同，而且腸道菌群可能并非依賴于肥胖狀態(tài)，而是與飲食有更為密切的關(guān)系。

2.2.2 益生菌與脂質(zhì)代謝、肥胖的相互關(guān)系

關(guān)于益生菌的調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的作用已有大量文獻報道，但不同種類的益生菌對脂質(zhì)代謝和肥胖各相關(guān)生理生化指標的影響不盡相同，具體見表1。張勇等[33]發(fā)現(xiàn)益生菌Lactobacillus casei Zhang能夠顯著或極顯著降低高血脂大鼠的肝臟總膽固醇、甘油三酯、血清載脂蛋白ApoB水平（P＜0.05或P＜0.01），顯著增加糞便總膽汁酸水平和血清載脂蛋白ApoAⅠ水平；認為益生菌L. casei Zhang能通過增加總膽汁酸的排出和調(diào)節(jié)載脂蛋白水平來改善高血脂大鼠肝臟脂質(zhì)水平。Yin Yayi等[34]觀察了源自小鼠糞便的4 種雙歧桿菌對高脂飲食誘導(dǎo)小鼠的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這4 種細菌均能夠顯著降低小鼠血清和肝臟甘油三酯、膽固醇含量，并緩解肝臟脂質(zhì)沉積（P＜0.05），然而4 種菌株對體質(zhì)量的影響卻有巨大差異，其中一種菌株能顯著增加體質(zhì)量，一種菌株顯著減少體質(zhì)量，剩余兩種菌株對體質(zhì)量無明顯影響；提示雙歧桿菌的抗肥胖作用可能具有菌株特異性。Kadooka等[35]對87 名肥胖患者每天分別給予200 g含有或不含加氏乳桿菌SBT2055的發(fā)酵酸奶，干預(yù)12 周后，與初始值相比，發(fā)現(xiàn)其腹部內(nèi)臟脂肪面積、體質(zhì)量、BMI、腰圍、臀圍分別極顯著降低4.6%、1.4%、1.5%、1.8%、1.5%（P＜0.01）。Cho等[36]將1 624 名參與者分成兩組（益生菌產(chǎn)品（不含益生元和其他活性成分）干預(yù)組和對照組），進行30 次隨機對照實驗，結(jié)果顯示與對照組相比，接受益生菌產(chǎn)品治療的受試者其總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇水平分別降低了7.8?μg/dL（95%置信區(qū)間為（－10.4，－5.2））和7.3?μg/dL（95%置信區(qū)間為（－10.1，－4.4）），而高密度脂蛋白膽固醇與甘油三酯水平?jīng)]有顯著變化；表明益生菌膳食干預(yù)可通過降低總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇水平來改善脂質(zhì)代謝。為了解孕期肥胖狀況對下一代腸道菌群構(gòu)成的影響，Collado等[37]選擇BMI大于25 kg/m2和BMI小于25 kg/m2的懷孕母親進行前瞻性隨訪研究，跟蹤比較其嬰兒0～6 個月的糞便樣品腸道菌群組成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與懷孕期間母親體質(zhì)量正常的嬰兒相比，懷孕期間母親體質(zhì)量超重的嬰兒糞便中擬桿菌屬、梭菌屬、葡萄球菌屬含量明顯增多，而雙歧桿菌含量則顯著減少。這證明了腸道菌群具有“可遺傳的”特征，也證明了益生菌與脂質(zhì)代謝的密切聯(lián)系，但是到底是肥胖導(dǎo)致腸道菌群的改變還是腸道菌群的變化導(dǎo)致肥胖依然是個值得探索的問題，Kalliom?ki等[38]分析25 名7 歲兒童的早期糞便微生物群組成，結(jié)果表明正常體質(zhì)量的兒童在嬰兒期糞便樣品中的雙歧桿菌數(shù)量更高，超重的兒童在嬰兒期雙歧桿菌的含量更低，并且金黃色葡萄球菌的數(shù)量更高，這表明腸道微生物群的異常組成發(fā)展先于超重。

表1 益生菌對脂質(zhì)代謝等相關(guān)疾病生理生化指標的影響（人群實驗）Table1 Effects of probiotics on physiological and biochemical indexes of lipid metabolism and other related diseases in populations

2.2.3 腸道菌群的豐富度影響脂質(zhì)代謝

除了腸道菌群的種類影響脂質(zhì)代謝，腸道菌群的豐富度也與脂質(zhì)代謝密切相關(guān)，肥胖會減少腸道菌群的多樣性并且改變細菌的表達和代謝途徑[44]。腸道菌群多樣性降低導(dǎo)致微生物群落的穩(wěn)定性降低，這是生態(tài)系統(tǒng)功能失調(diào)的征兆，與肥胖和炎癥性腸病等息息相關(guān)。Shen Jian等[45]采用454高通量測序平臺對胖瘦不同個體的腸道微生物進行了研究，也發(fā)現(xiàn)肥胖者的腸道微生物多樣性明顯降低，擬桿菌門所占比例較低，而放線菌門所占比例較高。Le Chatelier等[46]比較了169 名肥胖和123 名非肥胖的丹麥人的腸道微生物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組人群腸道菌群的數(shù)量和豐富度不同，細菌豐富度低的個體與細菌豐富度高的個體相比表現(xiàn)出顯著肥胖、胰島素抵抗、血脂異常和炎癥等癥狀，并且隨著時間的推移，細菌豐富度低的肥胖個體體質(zhì)量繼續(xù)增長；此實驗還發(fā)現(xiàn)，少數(shù)細菌物種足以區(qū)分具有高和低細菌豐富度的個體，因此某些細菌種類可以作為識別個體是否患有脂質(zhì)代謝等相關(guān)疾病的標志物，這對醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重要意義。

3 膳食纖維通過腸道微生態(tài)途徑影響脂質(zhì)代謝的機制

3.1 膳食纖維通過改變腸道菌群組成調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝

3.1.1 促進益生菌生長，抑制有害菌生長

研究表明不同食物、不同形態(tài)的膳食纖維均具有改善腸道菌群的功能，而且膳食纖維的理化特性和含量可以對腸道菌群的構(gòu)成及其代謝產(chǎn)物產(chǎn)生重大的影響[47]。動物實驗證明，谷物[48-49]、豆渣[50]、紅棗[51]、香蕉[52]等食物中的膳食纖維均能夠促進雙歧桿菌和乳桿菌的增殖，抑制腸桿菌、腸球菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌等有害菌的增殖，并且抑制有害菌和促進有益菌生長的效果均隨著膳食纖維濃度的增加而增強[53]。膳食纖維的溶解性與其功能密切相關(guān)。Li Ti等[54]研究發(fā)現(xiàn)濕法微粒法比干磨法制成的豆渣膳食纖維能夠更加有效地促進有益菌增長，表明水溶性膳食纖維促進益生菌生長的效果更好。這是因為水溶性膳食纖維如果膠、樹脂等能夠被腸道內(nèi)微生物分解利用，產(chǎn)生乙酸、丙酸、丁酸等揮發(fā)性脂肪酸及CH4等氣體，降低腸道pH值，從而抑制沙門氏菌、埃希氏菌等革蘭氏陰性菌的增長，促進雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌的生長；而不溶性膳食纖維主要是通過吸水膨脹加速糞便的排出，縮短其在腸道內(nèi)的停留時間，同時排出大量的細菌及其發(fā)酵產(chǎn)物，從而協(xié)調(diào)菌系平衡和微環(huán)境的健康。在影響糖類和脂質(zhì)代謝方面，水溶性膳食纖維具有更強的生理功能，它們既能溶解于水，又能吸水膨脹，延緩機體對糖類的消化吸收，從而抑制了餐后血糖值和胰島素升高的反應(yīng)，同時水溶性膳食纖維能夠螯合膽固醇，將血液低密度脂蛋白膽固醇水平降低5%～10%[55]。

3.1.2 改變腸道擬桿菌門和厚壁菌門細菌比例

厚壁菌門細菌和擬桿菌門細菌是腸道細菌的主要門類，國內(nèi)外大量人群實驗和動物實驗證明膳食纖維的攝入能夠改變腸道厚壁菌門/擬桿菌門的比例，進而影響機體的脂質(zhì)代謝。張素珍等[56]比較了高纖維膳食對高脂高糖誘導(dǎo)的小鼠腸道菌群的影響，結(jié)果顯示不添加纖維的對照組擬桿菌門、變形菌門細菌的數(shù)量緩慢減少，厚壁菌門細菌數(shù)量增加；而添加纖維的處理組中，擬桿菌門和厚壁菌門細菌有所增加，變形菌門細菌沒有明顯變化。

Filippo等[57]的經(jīng)典實驗是對比非洲農(nóng)村兒童（膳食特點為低脂低蛋白高纖維）和歐洲兒童（膳食特點為高脂高蛋白低纖維）的腸道菌群組成；結(jié)果顯示，非洲兒童糞便中放線菌門和擬桿菌門含量豐富，厚壁菌門則含量很低；與之相反，歐洲兒童糞便中變形菌門含量豐富，厚壁菌門的含量接近于擬桿菌門含量的2 倍（圖1、表2）。Wu等[61]研究了短期和長期膳食干預(yù)對98 名健康成年人糞便中腸道菌群組成的影響，結(jié)果表明高纖維膳食可以增加擬桿菌門和放線菌門的數(shù)量，高脂膳食可以增加厚壁菌門和變形菌門的數(shù)量?？傊?，宿主的飲食結(jié)構(gòu)，尤其是膳食纖維的攝入比例，與腸道菌群中厚壁菌與擬桿菌的比值密切相關(guān)，但是目前影響這種關(guān)系的機制尚不明確。

圖1 非洲（A）和歐洲（B）不同飲食對兒童腸道菌群組成的影響[57]Fig.1 Effects of different diets on intestinal microf l oral composition in children from Africa (A) and Europe (B)[57]

表2 地域飲食差異（或習(xí)慣）對腸道菌群的影響（人群實驗）Table2 Effect of regional difference in diet (or habit) on intestinal microf l ora in populations

3.1.3 增加腸道菌群多樣性

腸道微生物的多樣性有助于動物的總體發(fā)育和代謝需求，并為宿主提供許多有益的功能，包括產(chǎn)生SCFA和VK、膽汁鹽的再循環(huán)、消化膳食纖維和發(fā)展免疫系統(tǒng)等[62]。不同的腸道菌群有其特定的功能，腸道菌群的種類越多，其能發(fā)揮的功效越多。大量研究證實膳食纖維與腸道菌群的多樣性密切相關(guān)。Paul等[63]研究發(fā)現(xiàn)西方飲食（高脂肪低膳食纖維）能夠顯著降低腸道菌群的多樣性，并且這種變化在一代人中是可以通過補充膳食纖維恢復(fù)的，而在幾代人中膳食纖維的低豐度被轉(zhuǎn)移到下一代，并不能通過補充膳食纖維而恢復(fù)。Filippo等[57]研究發(fā)現(xiàn)非洲兒童糞便中含有歐洲兒童糞便中未檢測到的兩個細菌種屬（Prevotella和Xylanibacter），這兩類細菌種屬能夠分解木聚糖和其他植物纖維產(chǎn)生SCFA。Ley等[64]發(fā)現(xiàn)草食性動物腸道菌群多樣性最高，其次為雜食性動物，多樣性最低的是肉食性動物的腸道菌群。Dominianni等[65]的人群實驗證明了來自大豆、蔬菜、水果的膳食纖維能夠增加放線菌的豐富度，對胃腸道乃至整個機體的健康有重要意義。Tap等[66]將19 名健康成年人分成兩組，分別給予10 g和40 g的膳食纖維，5 d后測定糞便中的腸道微生物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)攝食更多膳食纖維的組別其體內(nèi)腸道微生物豐富度更高，腸道菌群的穩(wěn)定性更高。上述實驗均證實了膳食纖維能夠提高腸道菌群的多樣性。

3.2 膳食纖維通過腸道菌群提高腸道SCFA水平調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝

腸道細菌具有人體不具備的多種酶系，能夠?qū)⑹澄镏胁荒鼙幌拇笮投嗵?、寡聚糖和蛋白質(zhì)等酵解成SCFA。SCFA都是弱酸，大部分以游離陰離子（SCFA－）形式存在于腸腔內(nèi)，可迅速地被腸黏膜吸收。其轉(zhuǎn)運吸收與MCT和SMCT1這兩種轉(zhuǎn)運蛋白密切相關(guān)，MCT是腸上皮的基底外側(cè)型轉(zhuǎn)運蛋白，SMCT1是在腸細胞刷狀緣中表達的一種鈉偶聯(lián)的單羧酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白，SCFA的吸收主要有兩種途徑：1）大部分SCFA是以離子形式通過轉(zhuǎn)運蛋白MCT1或者SMCT1與HCO3－交換[67]；2）SCFA－和H＋結(jié)合后經(jīng)細胞膜直接吸收，通過SMCT1和MCT與Na＋、H＋交換偶聯(lián)[68]。絕大部分SCFA通過這兩種途徑被吸收，約各占50%，還有極少部分SCFA通過細胞間隙被吸收。

SCFA一旦被結(jié)腸黏膜上皮細胞吸收就能被轉(zhuǎn)運至肝臟和脂肪組織，通過參與膽固醇、三酰甘油及脂肪酸的關(guān)鍵代謝過程，在維持機體糖脂代謝穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著重要作用。研究表明SCFA主要作為一種信號分子，經(jīng)腸道上皮細胞吸收后，與兩種G蛋白偶聯(lián)受體（游離脂肪酸受體（free fatty acid receptor，F(xiàn)FAR）2和FFAR3）結(jié)合，可以迅速刺激5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）、胰高血糖素樣肽（glucagon-like peptide，GLP）-1和酪酪肽（peptide YY，PYY）等腸道激素的分泌，5-HT是參與調(diào)節(jié)胃腸道運動和分泌功能的重要神經(jīng)遞質(zhì)，可以調(diào)節(jié)腸道通透性，促進腸道蠕動，減少食物能量物質(zhì)腸道吸收時間；GLP-1可以促進機體胰島素分泌，直接調(diào)節(jié)血糖代謝；GLP-1和PYY都可以減慢胃排空，提升飽腹感，從減少食物攝入量來間接改善機體代謝[69-70]。SCFA還可隨血液循環(huán)系統(tǒng)到達肝臟、脂肪和肌肉等組織，在機體的脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)方面發(fā)揮重要作用。Olli等[71]對18 名非糖尿病肥胖成年人給予添加了聚葡萄糖的高脂飲食，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)膳食纖維干預(yù)的實驗組中肥胖者血清SCFA的含量和GLP-1的含量顯著升高，并且能夠降低40%的饑餓感，增加飽腹感，間接減少食物攝入量。

SCFA與FFAR2或FFAR3結(jié)合后，還可以刺激肝臟和肌肉組織中一磷酸腺苷活化蛋白激酶（adenosine 5’-monophosphate (adenosine monophosphate)-activated protein kinase，AMPK）的活性，進而激活下游的過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助激活因子-1α（peroxisomal proliferators-activated?receptor?γ-coactivator-1α，PGC-1α），P G C-1 α能夠控制過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferators-activated receptors，PPAR）、肝X受體等轉(zhuǎn)錄因子的表達，促進脂肪酸的氧化，從而改善脂質(zhì)代謝[72]。Wang等[73]研究發(fā)現(xiàn)在喂養(yǎng)高脂飼料的同時給予小鼠甘蔗膳食纖維能夠顯著增加SCFAs的含量，增強肝臟中AMPK的活性，增加PGC-1α的表達水平，小鼠體內(nèi)甘油三酯和膽固醇的含量和肝臟脂質(zhì)含量均顯著降低。

瘦素是一典型代謝激素，能夠促使機體減少攝食，增加能量釋放，抑制脂肪細胞的合成，進而達到控制體質(zhì)量的目的。SCFA還可以通過促進脂肪細胞分泌瘦素而直接影響脂質(zhì)代謝，Zhang Ru等[74]研究發(fā)現(xiàn)燕麥纖維和麥麩纖維能夠顯著增加小鼠脂肪組織中瘦素受體的蛋白表達，并且促進瘦素信號表達的Janus激酶2（Janus kinase 2，JAK2）和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄活化因子3（signal transducers and activators of transcription 3，STAT3）的蛋白表達水平升高，抑制瘦素信號傳導(dǎo)的細胞因子SOCS3的表達水平降低；實驗表明谷物纖維可以通過JAK2/STAT3途徑改善高脂飲食誘導(dǎo)小鼠的瘦素抵抗和敏感性，從而調(diào)節(jié)機體脂質(zhì)代謝平衡狀態(tài)。Huazano-García等[75]對高脂飲食誘導(dǎo)的超重小鼠給予5 周的果聚糖和菊粉攝入，結(jié)果表明，攝入果聚糖和菊粉的超重小鼠的體質(zhì)量、體內(nèi)甘油三酯和膽固醇濃度均顯著降低，與對照組無顯著性差異，并且小鼠體內(nèi)SCFA的含量升高、GLP-1和瘦素的表達均顯著提高；實驗表明果聚糖、菊粉等膳食纖維能夠改善由高脂飲食導(dǎo)致的脂質(zhì)代謝紊亂癥狀，對機體健康具有重要的意義。

3.3 膳食纖維通過腸道菌群降低炎性因子調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝

研究發(fā)現(xiàn)，肥胖、糖尿病等脂質(zhì)代謝紊亂相關(guān)疾病是一種慢性低度炎癥反應(yīng)，這種炎癥狀態(tài)能夠誘導(dǎo)并促進疾病的發(fā)生和發(fā)展[76]。高脂飲食與炎癥因子表達水平密切相關(guān)。高脂飲食直接影響腸道菌群組成，一方面革蘭氏陰性細菌占比增多，細胞裂解產(chǎn)生的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）含量增加；另一方面腸道屏障保護菌數(shù)量下降，腸道黏膜緊密連接蛋白和ZO-1表達水平降低，導(dǎo)致腸道通透性增強，促使更多LPS吸收入血，血液中過量的LPS與其受體Toll樣受體4（Toll like receptor 4，TLR4）和LPS產(chǎn)生免疫反應(yīng)的免疫蛋白CD14結(jié)合后可以共同激活免疫細胞釋放C-反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP）、腫瘤壞死因子-O（tumor necrosis factor-O，TNF-O）和IL-6等炎癥因子，它們進一步通過核因子κB（nuclear?factor-κB，NF-κB）等信號通路促進胰島素受體底物1（insulin receptor substrate 1，IRS-1）磷酸化，導(dǎo)致機體發(fā)生胰島素抵抗，誘發(fā)一系列炎癥反應(yīng)[77-79]。還有研究認為高脂飲食誘導(dǎo)肥胖小鼠迷走神經(jīng)傳入出現(xiàn)瘦素抵抗，LPS被認為在這種抵抗中起作用。瘦素抵抗可以引起食欲旺盛和體質(zhì)量增加，并可能進而增加脂肪攝入和LPS濃度，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)[80]。

膳食纖維飲食則能夠調(diào)節(jié)腸道菌群紊亂，緩解炎癥反應(yīng)。Jesenak等[81]實驗證明燕麥β-葡聚糖能抑制小鼠腹腔注射LPS引起的非酒精性肝炎，其可能的機制是：燕麥β-葡聚糖能增加小鼠血漿中GLP-2的含量，而GLP-2能增強腸道上皮的增殖，降低腸道的通透性，從而減少脂多糖的吸收。Fei Na等[82]通過對123 名中心性肥胖志愿者給予WTP飲食（全谷物、傳統(tǒng)中藥材和益生元），23 周后發(fā)現(xiàn)，患者腸道菌群結(jié)構(gòu)得到顯著改善，產(chǎn)LPS的腸桿菌數(shù)量從最初的35%降至不可檢測，體質(zhì)量降低了51.4 kg，炎癥水平降低，并且患者的高血壓和高血糖癥狀得到顯著緩解。膳食纖維發(fā)酵產(chǎn)生的SCFA在炎癥反應(yīng)的發(fā)生過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用，SCFA能夠通過弱化組蛋白脫乙?；福╤istone deacetylase，HDAC）從而干預(yù)炎性因子的產(chǎn)生，一方面SCFA能夠抑制LPS以及TNF-α、IL-6、NO等促炎因子的產(chǎn)生；另一方面它能夠促進抗炎因子IL-10的釋放[83]。許多表達在炎性細胞表面的G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptors，GPRs）還能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活性，從而影響炎性因子的合成和分泌，當(dāng)SCFA作用于GPRs時，能迅速激活包括有絲分裂原激活蛋白激酶、蛋白激酶c和轉(zhuǎn)錄因子（如ATF-2）等的細胞內(nèi)途徑，使其在中性白細胞、單核細胞以及脂肪細胞中得到大量表達，從而減少促炎因子、活性氧簇、環(huán)氧合酶-2等的合成和分泌，最終達到抑制炎癥反應(yīng)的作用[84]。并且，SCFA還可以通過HDAC抑制NF-κB信號通路家族中的多種蛋白質(zhì)的乙?；饔茫瑴p弱機體LPS應(yīng)答機制、抑制IKB的磷酸化從而抑制NF-κB通路的活性[85]。因此膳食纖維及其腸道代謝產(chǎn)物SCFA能夠通過改善腸道菌群、增強腸屏障細胞的完整性、干預(yù)炎性因子的產(chǎn)生等多種途徑降低高脂飲食誘發(fā)的炎癥反應(yīng)，對機體的脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)起到積極的調(diào)節(jié)作用。

3.4 膳食纖維通過腸道菌群影響FIAF表達調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝

饑餓誘導(dǎo)脂肪因子（fasting-induced adipose factor，F(xiàn)IAF）也被稱為“血管生成素樣蛋白4”，是由脂肪組織、肝和腸分泌的一種蛋白質(zhì)，可抑制脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase，LPL）的活性，進而抑制細胞中脂肪酸的生成、轉(zhuǎn)運及脂肪儲存。B?ckhed等[86]研究發(fā)現(xiàn)在攝食量相同的情況下，無菌小鼠與常規(guī)小鼠相比，血清甘油三酯、乳糜微粒、脂肪酸和膽固醇的水平均升高，并且附睪脂肪組織中LPL活力增加了122%；表明腸道菌群通過調(diào)控FIAF的表達而影響LPL的活性，進一步影響甘油三酯在脂肪細胞的存儲；攝入高脂飲食時，腸道FIAF的表達受到抑制，會增加腸道中脂蛋白脂酶活力，促進甘油三酯在脂肪組織中的積累，從而引起肥胖；當(dāng)攝入膳食纖維時，膳食纖維改變腸道菌群的組成進而影響FIAF的表達，從而抑制脂肪積累。但Kim等[87]實驗證明FIAF調(diào)節(jié)體質(zhì)量的作用并不是由于腸道菌群，而是通過FIAF抑制下丘腦AMPK的活性從而抑制食物的攝入和體質(zhì)量的增加。Fleissner等[88]研究不同飲食對無菌小鼠和常規(guī)小鼠的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高脂飲食和低脂飲食都會導(dǎo)致無菌小鼠體內(nèi)FIAF mRNA表達增加，但常規(guī)小鼠體內(nèi)FIAF mRNA表達水平還要略低于無菌小鼠；因此作者推測FIAF與高脂飲食和脂肪積累并沒有直接相關(guān)?？傊現(xiàn)IAF對脂肪代謝是否起作用、是否通過腸道菌群來起作用仍然還存在爭議，有待進一步探索。

4 結(jié) 語

膳食纖維、腸道菌群與脂質(zhì)代謝三者關(guān)聯(lián)密切，膳食纖維經(jīng)腸道微生態(tài)途徑維持人體脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)的健康效應(yīng)業(yè)已得到大量科學(xué)研究的證實。膳食纖維及其代謝產(chǎn)物的多樣性決定了其對腸道微生態(tài)環(huán)境影響的復(fù)雜性和多樣性。通過膳食纖維的攝入調(diào)整腸道菌群的結(jié)構(gòu)，進而預(yù)防和治療脂質(zhì)代謝紊亂等相關(guān)疾病，這將成為未來生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域新的發(fā)展方向。綜合目前的研究進展而言，尚有一些未知或有爭論的問題有待進一步的深入研究：1）國內(nèi)外關(guān)于肥胖者腸道菌群中厚壁菌門、擬桿菌門的變化，F(xiàn)IAF是否通過腸道菌群影響脂質(zhì)代謝仍然存在爭議，有待進一步探索；2）膳食纖維對腸道菌群有顯著調(diào)節(jié)作用，但是其作用機理還不是很清楚，大部分研究僅來源于動物或細胞模型的基礎(chǔ)實驗，缺乏臨床隨機實驗數(shù)據(jù)的支持；3）目前雖已發(fā)現(xiàn)許多調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)的藥物和食物，但是脂質(zhì)代謝紊亂等疾病的前微生物標志物仍未確定，因此真正實現(xiàn)通過針對性膳食干預(yù)實現(xiàn)腸道菌群的調(diào)控，進而預(yù)防脂質(zhì)代謝紊亂等慢性疾病將是未來生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重點和難點。因此，研究人員應(yīng)致力探索肥胖等代謝性疾病的前微生物標志物及對應(yīng)的改善相應(yīng)腸道微生物的食物和藥物，深入開展對膳食纖維等生物活性物質(zhì)調(diào)節(jié)腸道菌群的機理研究，開發(fā)以腸道菌群為靶點的膳食纖維藥物和功能性食品，改善腸道菌群微生態(tài)環(huán)境，為預(yù)防脂質(zhì)代謝紊亂等疾病做貢獻。