楊 明, 袁道歡,, 劉全生

(1. 沈陽師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 沈陽 110034;2. 廣東省科學(xué)院動(dòng)物研究所 廣東省動(dòng)物保護(hù)與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東省野生動(dòng)物保護(hù)與利用公共實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510260)

0 引 言

肥胖(obesity)是一種多因素引起的并且能夠引起多種并發(fā)癥的慢性病,現(xiàn)已呈流行趨勢,嚴(yán)重危害人體健康[1]。據(jù)2020年12月發(fā)布的《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報(bào)告》,中國成年居民超重或肥胖率已超過50%,肥胖者超過16%。6～17歲的兒童和青少年超重或肥胖率接近20%,6歲以下的兒童達(dá)到10%[2]。中國已經(jīng)成為世界上肥胖和超重人數(shù)最多的國家,而且肥胖率和未成年肥胖人數(shù)還在不斷升高。糖尿病(diabetes mellitus,DM)是一類以高血糖為主要標(biāo)志的慢性內(nèi)分泌疾病[3]。據(jù)2019年11月國際糖尿病聯(lián)盟(IDF)發(fā)布的《糖尿病概覽》,全世界范圍內(nèi)共有約4.63億成年糖尿病患者,其中,中國糖尿病患者人數(shù)就占到全球患病總數(shù)的1/4,目前已高達(dá)1.16億,約為排在第3名的美國患病率的4倍[4]。這個(gè)數(shù)據(jù)和肥胖患病率一樣位居世界首位,形勢相當(dāng)嚴(yán)峻。

肥胖、糖尿病都是代謝性疾病,不管對(duì)個(gè)人健康還是社會(huì)公共衛(wèi)生安全都影響巨大,因而對(duì)于肥胖、糖尿病的研究、預(yù)防及治療非常重要。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)引起肥胖、糖尿病的相關(guān)機(jī)制及其與糖脂代謝、腸道菌群的相互作用關(guān)系進(jìn)行了大量研究,本文就其中的相互作用關(guān)系的研究進(jìn)展及營養(yǎng)干預(yù)對(duì)肥胖、糖尿病的作用作一綜述。

1 肥 胖

1.1 概 述

肥胖是一種常見的慢性代謝性疾病,是由于過剩營養(yǎng)以脂肪的形式積存于體內(nèi)產(chǎn)生的,尤其是甘油三酯積存過多而導(dǎo)致的一種病癥[5]。國際上通常使用世界衛(wèi)生組織(WHO)制定的體重指數(shù)界限值,即體重指數(shù)(BMI,BMI=體重(kg)/身高(m2))在25.0～29.9為超重,大于等于30為肥胖[6]。肥胖不僅影響形態(tài)美和活動(dòng)能力,還會(huì)影響消化系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)的功能,并且會(huì)引發(fā)高血壓、脂肪肝[7]、二型糖尿病[8]等并發(fā)癥。肥胖主要是遺傳或者飲食等因素導(dǎo)致的,由于機(jī)體代謝的改變或食物攝入過多而導(dǎo)致體內(nèi)脂肪積聚過多,造成體重過度增長并引起人體病理、生理改變或潛伏[9]。在飲食對(duì)肥胖影響的研究中,糖和脂肪攝入過多的相關(guān)研究較多,其次是糖脂代謝紊亂和腸道菌群及其代謝物的調(diào)控。

1.2 糖脂代謝

熱量攝入大于消耗導(dǎo)致脂肪堆積引起肥胖,歸根結(jié)底就是糖脂代謝出了問題[10],糖和脂作為人體能量供給主要來源,在生命活動(dòng)中居于關(guān)鍵地位,二者可相互轉(zhuǎn)換。糖是肝臟合成脂肪的主要原料,糖代謝產(chǎn)物乙酰輔酶A是肝內(nèi)合成脂肪酸的重要來源。但糖脂代謝如果出現(xiàn)了紊亂會(huì)導(dǎo)致肥胖的出現(xiàn)。

在正常情況下,食物中含有一定量的必需氨基酸,可以阻抑脂肪酸的合成,然而當(dāng)食糖過多或者糖代謝紊亂時(shí)則可克服必需氨基酸的阻抑作用而加強(qiáng)脂肪酸的合成,生成大量脂肪從而引起肥胖[11]。反過來,肥胖也可引起多種代謝異常,脂質(zhì)代謝異常就是其中之一。脂質(zhì)代謝紊亂表現(xiàn)為攝食過多使脂肪合成的原料增加,棕色脂肪含量減少使能量消耗減少及降脂激素調(diào)節(jié)失常使脂肪合成增加、降解減少。同時(shí)也可由于脂肪動(dòng)員增加使血中游離脂肪酸、甘油三酯增加,極低密度脂蛋白和低密度脂蛋白消除減少,對(duì)脂類的代謝能力減弱[12-13]。

1.3 腸道菌群

腸道菌群也是肥胖很重要的相互影響因素。人體腸道定植著約1 000種微生物,重達(dá)1～2 kg,總數(shù)多達(dá)1013～1014個(gè),結(jié)構(gòu)復(fù)雜,功能多樣,是人體代謝的重要參與者,與人體自身基因組共同影響著生理代謝[14]。在長期進(jìn)化過程中,腸道菌群和宿主與環(huán)境之間,形成一個(gè)相互依存、相互制約的動(dòng)態(tài)生態(tài)系統(tǒng)。

腸道菌群的群落結(jié)構(gòu)如果發(fā)生了改變,會(huì)引起代謝功能紊亂,進(jìn)而會(huì)引起肥胖等疾病,而患肥胖后也會(huì)導(dǎo)致腸道菌群組成改變。Gordon等[15]發(fā)現(xiàn),肥胖基因型(ob/ob)小鼠腸道中擬桿菌門細(xì)菌比例較正常小鼠低50%,而屬厚壁菌門細(xì)菌則更多。Cotillard等[16-17]研究也得出肥胖導(dǎo)致厚壁菌門上升、擬桿菌門下降的相似結(jié)論。由此可知,肥胖小鼠厚壁菌門等比例會(huì)上升,而擬桿菌門等會(huì)下降,且腸道菌群總體多樣性亦會(huì)減少,當(dāng)肥胖者體重下降時(shí),其腸道菌群中厚壁菌門比例則與正常個(gè)體變得較為相似[18]。反過來,厚壁菌門比例上升、或者擬桿菌門比例下降,也可能會(huì)引起肥胖[19]。然而,Kocelak等[20]比較了50個(gè)肥胖患者和30個(gè)正常人的腸道菌群,發(fā)現(xiàn)肥胖患者體內(nèi)腸道菌群數(shù)量增加,但是厚壁菌門和擬桿菌門的比例沒有明顯增加,該結(jié)果與前面的結(jié)果有所差異,這可能是由于研究的對(duì)象和條件不同所致,因此腸道菌群比例與肥胖的確切關(guān)系還需進(jìn)一步研究來論證。此外,研究表明,益生菌移植對(duì)肥胖有明顯的改善作用,這可為臨床糞便移植、腸道菌群或益生菌移植治療肥胖提供理論依據(jù)[21]。

1.4 營養(yǎng)干預(yù)

從能量學(xué)的角度看,肥胖與能量收支有關(guān)[22-23]?？刂颇芰康臄z入,增加能量的消耗,最終達(dá)到能量收支平衡,才是減肥的關(guān)鍵。營養(yǎng)干預(yù)是控制能量收支的重要方面。營養(yǎng)干預(yù)即通過人為手段改變糖類、脂肪和蛋白質(zhì)的配比,使之更適合機(jī)體的營養(yǎng)需要,進(jìn)而可調(diào)節(jié)自身糖脂代謝水平以達(dá)到合理膳食。

通過營養(yǎng)干預(yù)來調(diào)節(jié)患者的消化代謝可以緩解其癥狀,甚至達(dá)到治療的目的。而不同食物營養(yǎng)成分對(duì)肥胖的影響是不一樣的。研究表明,給予肥胖患者低糖、低脂飲食可顯著降低體重和改善糖脂代謝紊亂,減少肥胖引起的諸如高血壓、高血脂等心血管發(fā)病危險(xiǎn)因素[24-25],且低糖飲食的減肥作用比低脂飲食的更顯著[26]。此外,液態(tài)糖比固體糖更易導(dǎo)致肥胖[27],攝入液體糖的肥胖小鼠會(huì)造成肝糖原的過量累積,而正常組則不會(huì)[28]。高脂高糖飲食會(huì)引起肥胖[29-30],而肥胖患者要限制攝入的熱量,在滿足人體基本需求的同時(shí),限制糖和脂肪的攝入量;總脂肪攝入量占全天攝入熱量的30%,總碳水化合物攝入量占全天攝入熱量的55%[31]。當(dāng)然,以上所述都是對(duì)于糖脂的研究,均未考慮蛋白質(zhì)的因素。而蛋白質(zhì)杠桿假說(protein leverage hypothesis)[32]認(rèn)為,機(jī)體攝食的目的不僅僅為了獲取足夠的能量,也為了保證足夠的蛋白質(zhì)。因此,如果膳食蛋白含量過低,那么機(jī)體為了滿足蛋白攝入量就不得不攝入更多的食物,從而導(dǎo)致總能量攝入過量,進(jìn)而引發(fā)超重和肥胖[33-34]。也有不支持蛋白質(zhì)杠桿假說的研究結(jié)果,認(rèn)為極低膳食蛋白質(zhì)不會(huì)導(dǎo)致食物攝入量增加[35-36]。由此看來,單是考慮控制糖類和脂肪的攝入可能還不夠,還需綜合研究蛋白質(zhì)對(duì)肥胖者糖脂代謝的影響。此外,營養(yǎng)干預(yù)對(duì)于肥胖后兒童腸道菌群的改善也有很大作用,可顯著提高乳桿菌和雙歧桿菌等益生菌的含量。

2 糖尿病

2.1 概 述

糖尿病是一組因胰島素絕對(duì)或相對(duì)分泌不足及靶組織細(xì)胞對(duì)胰島素敏感性降低引起蛋白質(zhì)、脂肪和電解質(zhì)等一系列代謝紊亂的綜合征,可分為一型糖尿病和二型糖尿病等。1999年9月世界衛(wèi)生組織(WHO)頒布的糖尿病診斷標(biāo)準(zhǔn)是:有多飲、多食、多尿、體重減輕等癥狀,空腹血漿血糖≥7 mmol·L-1或者餐后2 h血漿血糖≥11.1 mmol·L-1,即可確診為糖尿病。糖尿病并發(fā)癥有糖尿病足、糖尿病腎病等100多種,嚴(yán)重危害人體健康[37]。糖尿病的成因與遺傳或者飲食等因素有關(guān),而通過對(duì)糖尿病患者進(jìn)行營養(yǎng)干預(yù),可調(diào)節(jié)糖脂代謝以緩解糖尿病的癥狀[38]。目前糖尿病的患病率還在以驚人的速度不斷上升,已經(jīng)不能完全靠遺傳學(xué)來解釋,飲食、運(yùn)動(dòng)量等環(huán)境因素成為研究者關(guān)注的又一方向,環(huán)境因素的改變也會(huì)影響腸道菌群,故研究腸道菌群與糖尿病的關(guān)系及合理利用腸道菌群來防控糖尿病也成為其中一個(gè)趨勢。

2.2 糖脂代謝

在二型糖尿病中,當(dāng)胰島素分泌不足時(shí),首先是引起糖代謝障礙。這時(shí)葡萄糖在細(xì)胞內(nèi)氧化磷酸化減少,進(jìn)而導(dǎo)致糖酵解、磷酸戊糖旁路及三羧酸循環(huán)減弱,糖原合成減少、分解增多。以上代謝紊亂使肝、肌肉和脂肪組織攝取利用葡萄糖的能力降低,空腹及餐后肝糖輸出增加;且葡萄糖異生底物的供給增多及磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶活性增強(qiáng),使肝糖異生增加,也引發(fā)空腹及餐后高血糖[39]。糖氧化功能發(fā)生故障,機(jī)體脂肪分解代謝增強(qiáng),導(dǎo)致甘油三酯增高,使脂蛋白脂酶活性降低,導(dǎo)致富含甘油三酯的脂蛋白的脂解缺陷,減弱了它的清除作用,同時(shí)脂肪分解加強(qiáng),血游離脂肪酸增多,進(jìn)入肝臟,促進(jìn)甘油三酯和極低密度脂蛋白的合成和分泌,導(dǎo)致脂質(zhì)代謝紊亂[40]。除此之外,為了適應(yīng)飲食結(jié)構(gòu)的改變,機(jī)體的消化道器官形態(tài)、小腸消化酶會(huì)發(fā)生適應(yīng)性的變化[41-44],這就是適應(yīng)性調(diào)節(jié)假說(adaptive modulation hypothesis)[45-46]。這種變化使攝入高糖時(shí)消化糖類的蔗糖酶和麥芽糖酶的水平也隨之上升,更加加劇糖脂代謝。但也有不同的研究發(fā)現(xiàn)高糖對(duì)智利八齒鼠和達(dá)爾文葉耳鼠的二糖酶沒有顯著影響[47]。盡管如此,就目前研究進(jìn)展,不符合“適應(yīng)性調(diào)節(jié)假說”的還是個(gè)例,該假說還是能很大程度解釋消化酶隨飲食變化的現(xiàn)象,從而引起糖脂代謝改變。

2.3 腸道菌群

目前研究認(rèn)為,腸道菌群與糖尿病的產(chǎn)生存在密切關(guān)系,腸道菌群失調(diào)引起宿主糖脂代謝紊亂,增加機(jī)體的能量儲(chǔ)存,使機(jī)體營養(yǎng)過剩,引起胰島素抵抗。長期高糖高脂飲食可改變腸道菌群組成,而不同的腸道菌群對(duì)糖尿病起著不同作用,例如,糞擬桿菌、變異梭狀芽胞桿菌、大腸埃希菌、脫硫弧菌屬、加氏乳桿菌、變形鏈球菌和副流感嗜血桿菌等能促進(jìn)糖尿病發(fā)生,它們主要隸屬擬桿菌門;但是梭狀芽胞桿菌、直腸真桿菌、羅斯氏菌、疣微菌科和普氏糞桿菌等則具有抗糖尿病作用,這些主要隸屬厚壁菌門[48]。引起一型糖尿病的細(xì)菌主要是厚壁菌門及擬桿菌門,它們的增加與減少是一型糖尿病發(fā)生的關(guān)鍵[49],厚壁菌門菌群比例下降,而擬桿菌門菌群比例上升,都可能會(huì)引起糖尿病[50]。還有研究表明,阿克曼菌豐度與糖尿病成負(fù)相關(guān)[51-52],補(bǔ)充阿克曼菌則可以改善糖尿病癥狀[53],由此可見,補(bǔ)充益生菌對(duì)于防治糖尿病也有很大幫助,精確補(bǔ)充阿克曼菌等益生菌治療可能達(dá)到精準(zhǔn)治療的目的。

2.4 營養(yǎng)干預(yù)

對(duì)于糖尿病的治療,除了使用藥物治療、運(yùn)動(dòng)療法之外,營養(yǎng)干預(yù)也是一種重要的手段。有研究表明,多糖可調(diào)控糖脂代謝,修復(fù)胰島細(xì)胞、增加胰島素敏感性和改善胰島素抵抗,還可調(diào)節(jié)腸道菌群[54]。但糖尿病患者不宜過多食用多糖。對(duì)于糖尿病患者,膳食營養(yǎng)分配要均衡,低糖飲食是首選[55],碳水化合物供給量占總熱量的50%左右,要限制單糖和雙糖攝入,且每日脂肪攝入量限制在總熱量的30%之內(nèi)。Visek等[56]比較低糖飲食與正常飲食對(duì)糖尿病患者的影響,結(jié)果表明低糖飲食可適度降低血糖,另有研究表明低蛋白飲食對(duì)糖尿病腎病有緩解作用[57],而對(duì)于低糖高蛋白的影響鮮有研究,因而這也是一個(gè)研究方向。研究表明高脂飲食會(huì)使體內(nèi)含有更高豐度的厚壁菌門和更低豐度的擬桿菌門,這似乎表明高脂飲食可以逆轉(zhuǎn)糖尿病擬桿菌門升高和厚壁菌門下降的病癥,但是只調(diào)整這2個(gè)菌門的比例可能還不足以治療糖尿病,還得考慮上面所說的阿克曼菌等益生菌的作用,也需考慮高脂飲食對(duì)于糖脂代謝的不良影響,因?yàn)榭v使高脂飲食可通過調(diào)整腸道菌群多樣性緩解糖尿病,但也可能引起肥胖或者其他代謝綜合征[58]。

3 結(jié) 語

綜上所述,糖脂代謝紊亂會(huì)引起肥胖、糖尿病,其腸道菌群也會(huì)發(fā)生紊亂;不同營養(yǎng)成分對(duì)肥胖和糖尿病的影響存在差異,因此控制三大營養(yǎng)物質(zhì)的攝入量及比例尤為關(guān)鍵。研究不同營養(yǎng)配比的食譜,對(duì)于指導(dǎo)肥胖患者和糖尿病病人的飲食有著理論意義,因?yàn)椴恢拐Ｈ诵枰獢z入不同營養(yǎng)成分的飲食,不同輕重病癥的患者也是要根據(jù)不同需求攝入不同飲食的。此外,一方面,對(duì)肥胖的營養(yǎng)干預(yù)研究,很多學(xué)者都是從控制脂肪攝入或控制固體糖攝入進(jìn)行的,那么肥胖患者適不適合液體糖的飲食呢?如果飲用的話又該控制多大的攝入量才適宜呢?對(duì)于糖尿病,高糖低蛋白和低糖高蛋白飲食分別會(huì)對(duì)其糖脂代謝和腸道菌群等有什么好的或者不好的影響呢?這些問題都有待深入研究,從而實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)干預(yù)達(dá)到精準(zhǔn)醫(yī)療的目的。另一方面,對(duì)腸道菌群及其代謝物的研究也有實(shí)用價(jià)值,可為臨床糞便移植或腸道菌群移植或益生菌移植治療肥胖、糖尿病等代謝性疾病提供理論依據(jù)。