穆 銳，夏蘊實，張燕停，薄盼盼，孫印石，王治同，華梅,

（1.中國農業(yè)科學院特產研究所，吉林長春 130112；2.吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院，吉林長春 130118；3.吉林農業(yè)大學中藥材學院，吉林長春 130118）

飲食是影響人類健康最主要的因素之一。隨著“健康中國2030”戰(zhàn)略的提出，養(yǎng)生保健的生活方式越來越受到人們推崇，膳食纖維（Dietary fiber，DF）成為健康食品的標志性成分之一。大量研究證實，DF 能夠從菌-腸-器官軸角度對人體健康產生深遠影響。然而目前國內外對于天然膳食纖維的研究大多集中在谷物和水果中，對于富有特色的食藥同源植物來源DF 的研究相對較少。食藥同源植物膳食纖維（Edible and medicinal dietary fiber，EMDF）同時兼具了中草藥強身健體和膳食纖維促進腸道健康的雙重作用，具有十分重要的研究價值。本文總結了EMDF 的化學組成、分布特點及腸道作用，重點就EMDF 對腸道菌群結構的影響及其腸道作用機制進行綜述，旨在為EMDF 的開發(fā)和應用提供理論依據。

1 膳食纖維化學成分及其主要功能

DF 是不能被人體小腸內生酶水解的，具有十個或十個以上糖苷鍵的碳水化合物，包括天然存在的可食用碳水化合物、食品中提取的碳水化合物，以及人為合成的碳水化合物。根據水溶性的差異，DF 可分為水溶性膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF）和非水溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber，IDF）。SDF 可理解為不被人體小腸吸收但可在大腸中發(fā)酵的水溶性多糖類成分，包括果膠、抗性淀粉（Resistant starch，RS）、-葡聚糖等。SDF 具有降血脂、降血糖、抗衰老、抗輻射和預防結腸癌等生理功能，還能夠調節(jié)腸道菌群結構、維持腸道微生態(tài)平衡。IDF 則是在小腸中不能消化，在結腸中也幾乎不能被酵解的一類不溶于水的非淀粉多糖，包括纖維素、半纖維素、木質素。IDF 具有促進腸道蠕動，促進糞便形成和有毒物質排出等作用。食藥同源指食物與藥物來源一致，且具有成分同源性和理論同源性，許多食物既有食用性又有藥用性，因此可用以養(yǎng)生保健及防病治病。食物來源膳食纖維可長期食用，但不以治療疾病為主要功效；藥物來源膳食纖維長期食用存在一定的副作用，僅在限定劑量內食用安全。因此，EMDF 除了具有安全、無毒等特點，還在營養(yǎng)調節(jié)、輔助治療等方面發(fā)揮著重要的作用。

研究顯示，EMDF 化學成分多種多樣，針對不同器官、組織發(fā)揮著不同的作用，在食品領域具有極高的研究價值和應用潛力。EMDF 可通過菌-腸道-器官軸發(fā)揮功效，包括：作用于大腦實現對情緒的調控、抑制腦梗死相關炎癥、增加飽腹感并控制食欲；作用于心臟，降低血糖血脂、抵御心臟疾??；作用于肝臟，改善脂質代謝、減少毒素堆積；作用于腸道，增加有益菌，改善腸道炎癥、加速代謝，且由于母體腸道狀態(tài)可影響新生兒的免疫和發(fā)育水平，進一步通過母體對胎兒產生影響。圖1 總結了EMDF 對人體的不同起效器官及其作用方式，展示了EMDF 的功效特征。

圖1 EMDF 對人體不同起效器官及其功效特征Fig.1 Efficacy characteristics of EMDF on human organs

2 EMDF 成分

食藥同源植物主要包含根、莖、葉、花、果實和種子幾部分，其中除皂苷、黃酮、萜類等傳統(tǒng)藥用活性成分外，還含有極為豐富的EMDF 成分。EMDF不僅具有典型的腸道健康功效，同時還保留了部分藥用活性，這樣大大降低了過多攝入中草藥可能存在的健康風險。DF 有降血糖、抗衰老、調節(jié)免疫系統(tǒng)和消化系統(tǒng)、抗腸胃癌癥、抗氧化等作用。但不同種類EMDF 的化學成分和理化性質存在顯著差異，對EMDF 進行細致分類和詳細研究具有重要意義。按照不同藥用部位的特征，可將EMDF 分為植株纖維素類、果實果膠類、塊莖抗性淀粉類、真菌低聚糖類。表1 中針對其來源、腸道菌群作用特點等方面進行了歸納。

表1 典型食藥同源植物膳食纖維調節(jié)腸道健康的作用Table 1 Regulation of dietary fiber from typical edible and medicinal homologous plant on intestinal health

2.1 不溶性膳食纖維

人參、西洋參以根入藥食用，其中含有大量IDF。IDF 是植物細胞壁的主要成分，是由葡萄糖組成的大分子多糖。研究發(fā)現，人參IDF 含有蛋白質、氨基酸，不含脂肪，可作為高營養(yǎng)低熱量的食品原料，此外還含有大量的鈣、鋅等微量元素，可作為一種微量元素補充劑。另外，人參IDF 對葡萄糖、膽酸鈉、亞硝酸鹽等物質有顯著吸附作用，是一種潛在的功能性食品成分。黃芪是另一種以根部入藥的食藥同源植物。研究發(fā)現，黃芪IDF 具有雙向血糖調節(jié)作用，可使血液葡萄糖負荷水平顯著下降，肝糖原含量顯著下降，并能明顯對抗腎上腺素引起的血糖升高。鹽地堿蓬IDF 對于高脂血癥有一定的緩解作用。動物實驗表明，攝入鹽地堿蓬IDF 能夠控制高血脂個體的體重增長，并實現降脂的目的。黃精IDF 能夠促進腸道蠕動，緩解便秘，對于預防結腸癌有積極作用。

2.2 果膠

山楂以果實入藥食用，其主要膳食纖維成分為果膠。果膠是一類存在于植物細胞壁、由1,4 糖苷鍵連接的酸性多糖。據報道，山楂果膠可以降低血清和肝臟的總膽固醇和甘油三酯水平，提高高密度脂蛋白含量；它能顯著促進便秘小鼠的小腸蠕動，增加排便量，改善腸道內環(huán)境；山楂果膠還有降血糖、預防膽結石的作用；它還可以降低肝臟、血液中的鉛含量，這是機體排鉛解毒的有效方式。枸杞果膠能夠在一定程度上修復腸道粘膜損傷，增加腸道菌群中有益菌的數量，通過維持腸道健康增強機體免疫功能。除此之外，枸杞果膠還能夠抑制肝臟炎癥，改善非酒精性脂肪性肝病。桑葉果膠具有腸道益生作用，可降低潰瘍性結腸的病變，提高結腸內容物中短鏈脂肪酸（Short chain fatty acids，SCFAs）含量，增加腸道菌群多樣性，維護腸道環(huán)境穩(wěn)態(tài)。

2.3 抗性淀粉

山藥中主要的膳食纖維成分是RS。RS 是由多個葡萄糖分子縮合而成，包括結晶區(qū)和無定形區(qū)的一類多糖。RS 結晶區(qū)主要是直鏈淀粉雙螺旋相互疊加而構成，無定形區(qū)由無序排列的淀粉構成。山藥RS 在調控腸道菌群組成及代謝產物生成方面具有獨特的作用，它可以通過影響腸道菌群功能和宿主免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)來抑制腸炎。薏苡仁RS 可以從增加腸道有益菌豐度、改善腸道pH 等方面來調節(jié)腸道健康。薏苡仁RS 還可以加速腸道有毒物質的排出，促進腸上皮細胞的生長，調節(jié)與腸道菌群代謝相關的脂肪酸、氨基酸和糖物質代謝，進而改善機體代謝水平。

2.4 β-葡聚糖

靈芝、黑木耳等以真菌子實體入藥食用，其主要膳食纖維成分為-葡聚糖。-葡聚糖是一類在-1,6鍵主鏈上連接-1,4 或-1,6 鍵側鏈的葡聚糖。靈芝SDF 是一種酸性-葡聚糖，含有一定量的糖醛酸和蛋白質，具有較強的持水性、持油性和溶脹性，以及一定的抗氧化能力，且抗氧化水平與其濃度成正相關。靈芝-葡聚糖能夠降低促炎因子的表達，促進腫瘤細胞凋亡，還能夠通過增加腸道SCFAs 水平、降低腸道疾病活動指數來降低腸炎和結腸癌的患病風險；靈芝-葡聚糖通過上調巨噬細胞IL-1 的表達，增強腸道免疫力。黑木耳SDF 同樣以-葡聚糖為主，對葡萄糖和脂質代謝有調節(jié)作用，可以促進胰島素分泌和葡萄糖的腸道吸收，延遲葡萄糖擴散，從而降低餐后血糖，在糖尿病預防等方面發(fā)揮重要作用。燕麥-葡聚糖可增加腸道中乳酸桿菌和雙歧桿菌等有益菌的數量。研究發(fā)現，燕麥-葡聚糖可在消化道中被完全發(fā)酵，從而在樹突狀細胞中下調了脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）誘導的細胞因子IL-12，上調了IL-10 的水平，增強腸道免疫功能。燕麥-葡聚糖還能緩解LPS 引起的非酒精性肝炎，增加小鼠血漿中胰高血糖素樣肽-2（GLP-2）的含量，降低腸道通透性，從而減少LPS 的腸吸收。蘑菇-葡聚糖能夠產生對腸道有益的丙酸鹽、丁酸鹽等SCFAs。這些SCFAs 能夠弱化組蛋白脫乙?；福℉istone deacetylase，HDAC）活性，干預IL-6、NO等促炎因子的表達，還可以通過HDAC 抑制NF-B信號通路中蛋白的乙?；饔?，從而抑制NF-κB 通路活性，有效調節(jié)腸道健康。

另有研究顯示，腸道菌群代謝蛋白質產生三甲胺氮氧化物（Trimethylamine N-oxide，TMAO）。機體TMAO 水平升高，可導致癌癥、動脈硬化等多種疾病的發(fā)生。通過-葡聚糖調節(jié)腸道菌群，可降低體內循環(huán)TMAO 的濃度。青稞-葡聚糖被證實可以通過調節(jié)腸道菌群抑制TMAO 產生，降低腸癌等疾病的患病風險。

3 EMDF 對腸道菌群的調節(jié)作用

3.1 SDF 對腸道菌群的影響

SDF 能夠在腸道內被微生物分解、利用，產生以SCFAs 為代表的代謝產物。SCFAs 主要包括乙酸、丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸產物，是腸上皮細胞提供能量的主要來源。乙酸的主要合成途徑是Wood-Ljungdahl 通路，在結腸腸道厭氧條件下，丙酮酸在丙酮酸甲酸裂解酶作用下形成乙酰輔酶A（CoA）和甲酸，再由乙酰CoA 經PTA-ACK 途徑生成乙酸。丙酸是通過琥珀酸途徑、丙烯酸酯途徑或丙二醇途徑產生的。丁酸則通過丁基輔酶A：乙酸輔酶A 轉移酶途徑產生。研究顯示，患有結腸癌患者的糞便代謝物中乙酸、丙酸、丁酸等物質水平降低，而高膳食纖維飲食可使患者腸道中SCFAs 水平顯著增加?？梢?，膳食纖維飲食的健康益處很大程度上與其腸道代謝產物SCFAs 有關。

3.1.1 調節(jié)糖脂代謝 研究證實，血漿乙酸鹽濃度的增加與血漿胰島素水平負相關，后者改善由FFAR2機制介導的胰腺細胞中的胰島素反應，以實現血糖控制。乙酸鹽還促進脂肪組織中脂質的分解，從而抑制游離脂肪酸運輸到肝臟，降低脂肪肝的發(fā)病率。丙酸通過PPAR-信號通路的腺苷單磷酸激活蛋白激酶調節(jié)肝臟中的脂質穩(wěn)態(tài)，通過增降低甘油三酯的合成改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)。研究發(fā)現，昆布SDF 能夠促使結腸產生SCFAs，降低血漿膽固醇、甘油三酯的水平，減輕高脂飲食引起的菌群失調；鷹嘴豆SDF 可以降低總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白膽固醇水平，提高高密度脂蛋白膽固醇水平，提高高脂血癥大鼠的SCFAs 水平，通過改善腸道菌群的組成和增加有益菌的比例在提高能量穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮作用。

3.1.2 調節(jié)激素 腸道中丙酸可以調節(jié)激素酪酪肽（PYY）和胰高血糖素樣肽（GLP-1）的合成，進而調節(jié)人體食欲，影響肥胖和代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展。SCFAs 通過FFAR2/3 信號通路增加循環(huán)PYY 濃度。GLP-1 增加胰島素濃度，抑制胰腺分泌胰高血糖素，抑制胃排空，影響食欲和攝食量。盡管有許多實驗表明SDF 可調節(jié)產生PYY 與GLP-1 從而調節(jié)體內激素，但EMDF 的具體生理效應還需要在動物模型中進一步驗證。

3.1.3 保護腸屏障，調節(jié)免疫 SCFAs 還能夠通過抑制組蛋白去乙酰酶活性，促進腸上皮細胞緊密連接來調節(jié)機體免疫功能，調控宿主新陳代謝。炎性細胞表面的G 蛋白偶聯受體（G protein-coupled receptors，GPRs）能夠調節(jié)轉錄因子的活性，影響炎性因子的合成和分泌。當SCFAs 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ATF-2 等轉錄因子，使其在中性白細胞、單核細胞以及脂肪細胞中大量表達，從而減少促炎因子和活性氧的分泌，最終達到抑制炎癥的作用。研究顯示，EMDF可能通過類似機制作用于腸道免疫。海藻SDF 能夠抑制免疫細胞在結腸中的聚集，保護腸上皮細胞的完整，減輕腸道炎癥。同時，使腸道中髓過氧化物酶水平降低，從而減輕腸道炎癥程度。蓮子抗性淀粉（LRS）通過促進SCFAs 和琥珀酸等多種代謝物的產生來降低腸道pH，增加雙歧桿菌、乳酸菌等腸道有益菌豐度。此外，SCFA-LRS 聯合可抑制腸球菌等有害菌的增殖，進而調節(jié)腸道菌群結構、促進免疫調節(jié)和機體代謝。

3.1.4 作用于腸-肺軸抗病毒 SCFAs 作為腸道菌群的主要代謝產物可通過血液循環(huán)到達肺組織，誘導肺細胞產生和釋放IFN-1，調控肺組織炎癥應答。SCFAs作用于肺組織細胞表面的FFAR3 受體，上調CD8T淋巴細胞的代謝和病毒清除能力，另外補充膳食纖維也有雙向調節(jié)免疫的作用，可減輕肺部損傷或感染。目前新冠疫情的發(fā)展形勢越發(fā)凸顯出腸道健康對于機體的重要性。新型冠狀病毒SARS-CoV-2可以感染腸道細胞并在其中復制。腸道中的ACE2受體是病毒侵入宿主細胞的關鍵，當感染SARSCoV-2 病毒時，病毒就會感染腸道細胞。由此可見，由于腸-肺軸的存在，肺部健康與腸道健康的互作尤為關鍵。隨著關于腸道菌群治療疾病機制的深入研究，利用腸道菌群輔助診斷、治療和預后被認為是COVID-19 治療的一種有希望的手段。而多種EMDF 都被證實在抗病毒方面有顯著療效，這可能是未來EMDF 研究的一個極為重要的方向。

3.2 IDF 對腸道菌群的影響

3.2.1 調節(jié)腸道菌群結構 研究證實，IDF 可通過調節(jié)腸道代謝物種類和水平對腸道環(huán)境產生積極影響。谷物、紅棗、香蕉等食物中的IDF 發(fā)酵緩慢，使其有足夠時間在結腸末端產生SCFAs 等代謝產物，進而促進雙歧桿菌和乳桿菌等有益菌增殖，抑制腸桿菌、腸球菌等有害菌增殖。這些作用隨著IDF濃度的增加而增強，對維持腸道代謝和腸道穩(wěn)態(tài)具有重要意義。

3.2.2 保護腸屏障，抑制腸道炎癥 最新研究顯示，IDF 還可以通過維持宿主腸道的物理屏障和改變宿主的免疫因子來增強腸道健康，如腸道中的IDF 含量不足，腸道菌群可能會開始降解宿主腸道黏液層，從而打破原有物理屏障。海帶IDF 被發(fā)現在不改變結腸調節(jié)性T 細胞（Treg）相關靶點的情況下，影響JAK-START 途徑中淋巴細胞（Th17）相關細胞因子及受體IL23R 等因子的表達，減輕炎癥性腸病的發(fā)生，增強腸道免疫水平。以上研究顯示，食藥同源IDF 可能是一種潛在的改善炎癥性腸病的飲食成分。

3.2.3 增強飽腹感 IDF 的另一個重要生理效應是增強飽腹感。IDF 代謝產物SCFAs 促進糖異生基因的表達，通過上調肝門靜脈葡萄糖傳感器促進飽腹感。乙酸鹽可以通過下丘腦信號增強飽腹感。此外，IDF 通過激活短鏈脂肪酸受體GPR41 和GPR43，誘導結腸分泌PYY 和GLP-1，并釋放到體循環(huán)中。一旦進入循環(huán)，它們可以通過中樞神經系統(tǒng)發(fā)出信號，發(fā)揮延遲胃排空的作用，從而延緩腸道蠕動，延長營養(yǎng)吸收能力。有研究證實，黃精IDF 可以通過促進GLP-1 的分泌，增加飽腹感，間接調節(jié)腸道蠕動。

4 結語與展望

近年來，EMDF 由于其來源廣泛、安全健康等特點在功能性食品、藥品等多個方面得到越來越廣泛的應用。EMDF 具有良好溶脹性和吸附性等理化性質，可通過增加腸道有益菌豐度和SCFAs 濃度來調節(jié)腸道菌群結構，增強腸道健康，進而促進宿主能量代謝，增強機體免疫功能。目前對于EMDF 的研究還存在一些問題：不同來源EMDF 的提取方式不同，導致其含量和成分差異巨大，應建立不同類型EMDF成分譜；復雜的多糖結構造成EMDF 理化性質各不相同，在應用時應根據其各自特點研制適合的產品；EMDF 保留了微量藥用成分，存在許多未知的功能活性。當作為保健食品食用時，應針對其健康功效及其與其他營養(yǎng)成分的協同作用進行更加全面的評價；EMDF 與腸道菌群的互作機制尚未得到充分揭示，仍然需要大量實驗數據的印證；目前對于EMDF 的改性、與其他營養(yǎng)成分復配等研究十分匱乏，而這些研究對于EMDF 產品品質的提升具有重要意義。因此，未來應致力于探索開發(fā)更多的EMDF 資源，并對其體外理化性質和體內生理功效進行一系列的評價，深入研究EMDF 通過菌-腸軸對機體各組織器官產生的健康影響，為以腸道菌群為作用靶點的EMDF功能性食品開發(fā)提供必要的理論依據。