管 驍， 夏吉安， 張 妤， 張?zhí)K華， 宦紅娣， 任 菲，孫 宇， 郝麒麟， 閆雅非， 張麗琍， 孫 注， 余治權(quán)

（1. 上海理工大學(xué)健康科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200093；2. 上海理工大學(xué)國家糧食產(chǎn)業(yè)（城市糧油保障）技術(shù)創(chuàng)新中心，上海 200093；3. 上海健康醫(yī)學(xué)院附屬嘉定區(qū)中心醫(yī)院腎臟科，上海 201899；4. 中國人民解放軍海軍第905醫(yī)院，上海 200050；5. 天津科技大學(xué)食品營養(yǎng)與安全國家重點實驗室，天津 300457；6. 哈爾濱學(xué)院食品工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150086；7. 內(nèi)蒙古三主糧天然燕麥產(chǎn)業(yè)股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000；8. 安徽燕之坊食品有限公司，安徽 合肥 231600；9. 內(nèi)蒙古燕谷坊生態(tài)農(nóng)業(yè)科技（集團）股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 011700）

慢性腎臟病是指各種原因所致腎臟損傷（腎臟結(jié)構(gòu)和功能異常）超過3 個月的疾病。 據(jù)報道，中國成人中CKD 的患病率已達到10.8%，并且患病率呈現(xiàn)逐年增高趨勢，已成為一個嚴重且普遍的健康問題[1]。CKD 屬于慢性進展性疾病，慢性病的發(fā)生與病人的飲食密切相關(guān)，食物中蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維等成分的攝入均會對其造成影響。 飲食營養(yǎng)治療作為CKD 治療的輔助措施之一，可以延緩CKD 進展，提高CKD 患者生活質(zhì)量[2]。在日常飲食中CKD 患者需要控制鈉、鉀、磷以及蛋白質(zhì)的攝入，而膳食纖維含量較高的水果和蔬菜，因其鉀含量較高，食用較少，導(dǎo)致患者的膳食纖維攝入受到影響[3]。

膳食纖維主要來自天然植物以及從其中加工出有健康效益的化合物， 在小腸中不易被消化吸收，在結(jié)腸中被結(jié)腸細菌部分或完全發(fā)酵[4]。 膳食纖維被認定為除六大營養(yǎng)素之外的“第七大營養(yǎng)素”，由于其特殊的結(jié)構(gòu)以及生理特性，可以維持膳食結(jié)構(gòu)的平衡，同時還可以對一些慢性病的治療和預(yù)防起到輔助作用[5]。 普通膳食纖維添加到食品中時存在口感、風味較差的特點，導(dǎo)致其市場接受度較低?？剐缘矸鄄粌H改善了膳食纖維的一些缺點，同時還具有類似膳食纖維的生理功能，成為功能性食品加工行業(yè)的研究熱點[6]。 抗性淀粉與腸道菌群相互作用， 通過腸腎軸途徑改善CKD 的研究越來越受到人們的關(guān)注，作者將從抗性淀粉的結(jié)構(gòu)及其調(diào)節(jié)腸道菌群、清除腸道毒素、緩解全身性炎癥等方面來闡述抗性淀粉對CKD 的影響。

1 抗性淀粉的來源及分類

抗性淀粉是指不被健康人體小腸所消化吸收的淀粉及其降解產(chǎn)物的總稱，多來自玉米、馬鈴薯、青香蕉、谷物、蓮子以及豆類等食物，來源廣泛。 依據(jù)來源、結(jié)構(gòu)和抗酶解性等的不同[7]，RS 分為5 種：1）物理包埋淀粉（RS1），在未充分研磨的谷物以及豆類中居多，原糧中的淀粉因輕度碾磨加工而被包裹于食物基質(zhì)中，與淀粉酶形成物理隔離，因此不易被水解，具有抗酶解性，咀嚼或者精細加工會導(dǎo)致其含量發(fā)生變化；2） 天然抗性淀粉顆粒（RS2），在未成熟的馬鈴薯、 青香蕉以及生豌豆淀粉中較多，因其致密的晶體結(jié)構(gòu)、較大的密度等特點而導(dǎo)致其難以被酶水解[8]；3）回生淀粉（RS3），指淀粉依次經(jīng)過糊化、冷卻回生重新聚合形成的重結(jié)晶組分，在老化過程中直鏈淀粉分子相互連接形成特殊的雙螺旋結(jié)構(gòu)使其不易被酶水解，在冷米飯、冷面包中較多；4）化學(xué)改性淀粉（RS4），通過化學(xué)反應(yīng)改變淀粉官能團結(jié)構(gòu)，形成新的化學(xué)鍵，使淀粉顆粒對淀粉酶產(chǎn)生抗酶解性[9]；5）淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物（RS5），指淀粉和不同的脂肪酸作用形成的復(fù)合物[10]。

2 抗性淀粉的結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)

2.1 抗性淀粉的表觀結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)

抗性淀粉的表觀結(jié)構(gòu)與加工方式密切相關(guān)，形狀多為不規(guī)則塊狀、層狀，與天然淀粉多為橢圓形或球形的形態(tài)不同。 其中根據(jù)抗性淀粉塊狀顆粒的表面形態(tài)大體上又可分為蜂窩網(wǎng)絡(luò)狀、孔洞狀、溝壑狀以及復(fù)合狀等[11]。慈姑淀粉顆粒呈球形或橢圓形，且顆粒大小不等，表面光滑。 分別經(jīng)過超聲波、壓熱和亞臨界水處理后，淀粉顆粒的形狀發(fā)生改變，造成特殊塊狀以及不規(guī)則結(jié)構(gòu)的形成。 在其粗糙的表面上發(fā)現(xiàn)片狀和溝壑狀形態(tài)，特別是壓熱法制備的慈姑抗性淀粉的表面上出現(xiàn)大量褶皺，可能的原因是直鏈淀粉從淀粉中浸出，壓熱處理導(dǎo)致直鏈淀粉結(jié)晶區(qū)丟失， 在回生過程中直鏈淀粉再重新結(jié)合而成。 而經(jīng)過不同處理得到的慈姑抗性淀粉在理化性質(zhì)方面與原淀粉也有較大差異。 不同方法制備的慈姑抗性淀粉的持水力無明顯差異， 持油性差異顯著，但均高于原淀粉，且超聲波處理增強抗性淀粉的凝膠化[12]。 另有研究表明[13]，酶法制備的抗性淀粉由于酶的剪切作用，容易形成蜂窩網(wǎng)絡(luò)狀及復(fù)合狀結(jié)構(gòu)。 超高壓處理的蕎麥抗性淀粉顆粒之間距離縮小，顆粒表面破碎，形成致密的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于增加其抗消化性能和凍融穩(wěn)定性，以及改善原淀粉的凝膠質(zhì)構(gòu)特性和熱穩(wěn)定性等理化性質(zhì)[14]。因此，這些由不同加工方式導(dǎo)致的抗性淀粉結(jié)構(gòu)的變化，進一步影響了抗性淀粉的理化性質(zhì)，可在改善加工食品的品質(zhì)方面進行應(yīng)用。

2.2 抗性淀粉的晶體結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)

RS 的晶體結(jié)構(gòu)有4 種：A 型結(jié)構(gòu)（單斜晶胞）、B 型結(jié)構(gòu)（六方晶胞）、C 型結(jié)構(gòu)（A 型與B 型結(jié)構(gòu)的混合物，一般存在于甘薯、芋頭以及部分豆類淀粉之中）、V 型結(jié)構(gòu) （在淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物以及糊化后的淀粉中居多[11]）。 RS 的晶體結(jié)構(gòu)與其加工方式相關(guān)。 A 型結(jié)構(gòu)的淀粉經(jīng)過不同的加工方式，可形成B型、V 型或者B+V 型結(jié)構(gòu)的抗性淀粉[15]。 有研究表明，綠豆淀粉經(jīng)壓熱、重結(jié)晶處理后，淀粉分子重排形成新的雙螺旋結(jié)構(gòu)，聚合物的結(jié)構(gòu)更加緊密，淀粉晶型由A 型變?yōu)锽 型或B+V 型結(jié)晶， 結(jié)晶度由21.6%升高至40%左右， 晶體結(jié)構(gòu)的改變以及結(jié)晶度的提高導(dǎo)致其糊化溫度、糊化晗的升高以及消化水解率降低， 熱穩(wěn)定性和抗α-淀粉酶消化能力更強[16]。 濕熱處理制備綠豆RS 時，淀粉分子鏈之間相互作用的緊密度提高， 晶型不變?nèi)詾锳 型結(jié)晶，但結(jié)晶度有所提高，由21.6%升高至33.0%，導(dǎo)致其溶解度與熱穩(wěn)定性明顯增加，但膨脹度降低。 韓麗瑤等研究表明，黑青稞淀粉的晶體結(jié)構(gòu)為A 型，經(jīng)壓熱處理制得的黑青稞RS 晶體結(jié)構(gòu)變?yōu)镃 型，RS 顆粒粒徑增大，晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，這可能是壓熱處理過程中的高溫、高壓環(huán)境導(dǎo)致淀粉的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，由此造成黑青稞RS 的溶解度、膨脹度、透過率等明顯降低，但持水力卻由15%升高至27%，說明這些理化性質(zhì)的改變與黑青稞抗性淀粉結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)[17]。

2.3 抗性淀粉的分子結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)

在利用傅里葉變換紅外光譜測定抗性淀粉的分子結(jié)構(gòu)時，將圖譜中吸光度的變化與相關(guān)化學(xué)鍵的振動結(jié)合分析，淀粉分子鏈長、順序以及結(jié)晶度的變化，導(dǎo)致淀粉結(jié)構(gòu)構(gòu)象發(fā)生改變，圖譜中峰值強度也隨之改變[18]。 Ma 等研究了高壓滅菌和α-淀粉酶酶解的預(yù)處理對豌豆淀粉中支鏈淀粉酶脫支淀粉結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明經(jīng)高壓滅菌及雙酶解處理后制得的豌豆抗性淀粉，其短程有序性相對原淀粉明顯增強，雙螺旋結(jié)構(gòu)明顯增加，說明組合處理的淀粉降解程度更高，為分子鏈由線圈到螺旋的轉(zhuǎn)變提供更多的機會，同時雙螺旋結(jié)構(gòu)的增加也導(dǎo)致豌豆RS 抗消化性能的增加[18]。Zeng 等研究表明，經(jīng)過高壓滅菌以及超聲波聯(lián)合高壓滅菌處理制得的蓮子抗性淀粉在800~1 200 cm-1時C—C、C—OH和C—H 的拉伸振動弱于蓮子淀粉， 且高壓滅菌處理的蓮子抗性淀粉表現(xiàn)出最高程度的有序結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度，超聲波聯(lián)合高壓滅菌處理的蓮子抗性淀粉表現(xiàn)出最高程度的雙螺旋結(jié)構(gòu)，表明蓮子抗性淀粉的構(gòu)象發(fā)生變化，而這使其熱穩(wěn)定性增加[19]。在其他理化性質(zhì)方面，受非晶區(qū)、顆粒結(jié)構(gòu)變化的影響，微波-水分法制備的蓮子RS 則表現(xiàn)出最大的溶解度和溶脹力。李云云利用濕法交聯(lián)制備的RS4 型甘薯抗性淀粉，經(jīng)傅里葉變換紅外光譜檢測發(fā)現(xiàn)其與原淀粉相比，新生成了C6—O—P，但其晶型沒變，結(jié)晶度降低2.8%，導(dǎo)致其相轉(zhuǎn)變溫度明顯升高，糊化焓△H 則明顯降低，并且抗消化性能增強[20]。 因此抗性淀粉分子結(jié)構(gòu)的改變與表觀結(jié)構(gòu)、 晶體結(jié)構(gòu)一樣，會使其性質(zhì)發(fā)生改變。

此外，還可以利用紫外分光光度計、激光衍射儀、 粒度分析儀和高效分子排阻色譜測量RS 的直鏈淀粉含量、聚合度（DP）以及相對分子質(zhì)量分布等[11]。 淀粉原料中較高的直鏈淀粉含量有助于提高產(chǎn)物中抗性淀粉的含量。 此外，在淀粉分子降解的過程中，具有合適相對分子質(zhì)量的分子能夠重新結(jié)合并形成緊密堆積的聚集體，從而形成RS，當形成聚合度為100~300 個葡萄糖單位的直鏈淀粉聚合物時， 更有助于抗性淀粉的形成。 當DP 小于100時，由于降解的聚合物長度短，較難形成RS 結(jié)晶；但淀粉分子降解不充分，DP 高于300 時，直鏈淀粉聚合物也不能有效地排列形成抗消化結(jié)構(gòu)的RS[21]。Zhang 等研究表明，經(jīng)高壓滅菌后重結(jié)晶制備的蓮子抗性淀粉，其重均相對分子質(zhì)量（Mw）為0.102×106，而蓮子天然淀粉的Mw為1.307×106[22]。 一般常用分散度來表示相對分子質(zhì)量分布的寬度， 以Mw與Mn（數(shù)均相對分子質(zhì)量）的比值表示，比值與1 的差距越大，說明樣品分子大小越不均一。 蓮子天然淀粉和抗性淀粉的分散度 （Mw/Mn） 分別為4.118 和1.689， 表明蓮子淀粉在高壓滅菌過程中被降解，很可能形成具有較低DP 和穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子鏈，提高了淀粉分子的整體有序水平，分散度下降，均一性增加。

綜上所述，不同來源及不同處理方式制得的抗性淀粉，其含量和結(jié)構(gòu)差異性較大，同時抗性淀粉結(jié)構(gòu)的差異會造成其理化性質(zhì)以及生理功能的差異。

3 抗性淀粉的制備方法

制備RS 時通常會考慮改變原淀粉中直鏈淀粉與支鏈淀粉比例、淀粉鏈聚合度、淀粉顆粒結(jié)構(gòu)、直鏈淀粉鏈長等[23-24]。 RS 的含量（均為質(zhì)量分數(shù)）及結(jié)構(gòu)受不同制備方法的影響，主要的幾類制備方法如下所述。

3.1 物理處理

物理處理包括熱處理、擠壓處理、超聲波處理以及微波處理等方法。 熱處理中的濕熱處理會破壞淀粉顆粒晶體結(jié)構(gòu)，使其淀粉鏈分子重排，促進回生形成RS。 用濕熱法制備RS 時，主要研究不同水分含量、熱處理溫度及時間對RS 含量的影響。 濕熱處理操作簡單，不添加化學(xué)藥劑，相比其他方式，產(chǎn)品安全性能更高，但所制備的RS 含量一般較低。

熱處理中的壓熱處理是利用高溫、高壓條件糊化淀粉，壓熱過程中淀粉的晶體結(jié)構(gòu)、無定型團塊被破壞，浸出物中含有較多直鏈淀粉分子，再經(jīng)回生形成RS。 亢靈濤等制備甘薯抗性淀粉，研究了淀粉乳質(zhì)量分數(shù)、壓熱時間、壓熱溫度、冷藏時間、pH等因素對RS 得率的影響，最終制得RS 質(zhì)量分數(shù)為9.41%的甘薯抗性淀粉[25]。壓熱處理優(yōu)點是產(chǎn)品安全性高，但制備的RS 含量較低。

擠壓處理過程中由于機械運動產(chǎn)生較高的溫度、壓力以及剪切力，這些因素使淀粉發(fā)生糊化、裂解，導(dǎo)致相關(guān)的晶體結(jié)構(gòu)、顆粒結(jié)構(gòu)被破壞，淀粉分子中的糖苷鍵，也有一部分發(fā)生斷裂，導(dǎo)致其分子大小以及相對分子質(zhì)量分布產(chǎn)生改變[26]。 在擠壓處理制備抗性淀粉過程中通過調(diào)節(jié)不同的機筒溫度、進料的濕度和速度、剪切速度以及螺桿轉(zhuǎn)速等條件，在一定程度上可調(diào)控淀粉顆粒的分子重排和結(jié)構(gòu)特征[27]。

超聲波處理過程中，由超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的能量通過液體介質(zhì)傳播，產(chǎn)生氣泡，并通過空化效應(yīng)形成較高的剪切力， 使淀粉分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，促進RS 的形成[28]。 牛春艷等利用超聲儀制備玉米抗性淀粉，可得到RS 質(zhì)量分數(shù)為25.06%的玉米抗性淀粉[29]。 超聲波處理的特點是操作簡單、時間短、成本低并且無污染。 超聲波法與酶解法聯(lián)用可以有效減少酶解時間，提高RS 得率，是一種有效提高反應(yīng)效率的方法。

微波處理是指淀粉中加入一定比例的水后，在微波條件下反應(yīng)，使淀粉顆粒膨脹，分子間氫鍵斷裂，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)以及理化性質(zhì)發(fā)生變化。 劉敏等采用微波-濕熱法，通過改變馬鈴薯淀粉乳質(zhì)量分數(shù)、微波功率、 時間等因素制備出RS 質(zhì)量分數(shù)為9.77%的馬鈴薯抗性淀粉[30]。微波處理過程中影響因素較少，反應(yīng)時間短，但是所制備RS 含量不高，可考慮與其他方法聯(lián)合使用，從而提高RS 含量。

3.2 化學(xué)改性

通過官能團結(jié)構(gòu)的改變或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使淀粉分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生改變的方法稱為化學(xué)改性法。 李云云利用濕法交聯(lián)制備出RS 質(zhì)量分數(shù)為57.35%的甘薯抗性淀粉[20]。 Shin 等以大米淀粉為原料，添加檸檬酸，制備的RS 質(zhì)量分數(shù)最高為54.1%，比未經(jīng)化學(xué)改性處理的原淀粉高出28.1%[31]。此外還有乙?；⒘u丙基化等化學(xué)改性法，化學(xué)改性法制備所得的RS 含量高，但因添加不同的化學(xué)試劑，存在一定食品安全風險以及環(huán)境污染的問題，因此多用在工業(yè)方面，較少作為食品級抗性淀粉制備方法。

3.3 生物酶法改性

生物酶法改性是使用不同的酶來水解淀粉，改變淀粉分子的結(jié)構(gòu)，使其不易被消化。 張煥新利用普魯蘭酶酶解法， 制得的RS 質(zhì)量分數(shù)最高為46.20%的玉米抗性淀粉[32]。 優(yōu)化后的酶解工藝條件有效地提高了抗性淀粉的得率。 生物酶法改性制備的抗性淀粉含量較高， 但存在反應(yīng)時間較長的問題，若結(jié)合α-淀粉酶或超聲波、微波等方法，可提高RS 含量，優(yōu)化工藝。

3.4 脂質(zhì)復(fù)合

脂質(zhì)復(fù)合是淀粉和不同的脂肪酸相互作用形成的復(fù)合物。 He 等使用濕熱處理來制備大米淀粉-油酸（OA）/亞油酸（LOA）復(fù)合物，濕熱處理輔助大米淀粉與OA/LOA 的絡(luò)合導(dǎo)致無定形直鏈淀粉背景區(qū)域中更高有序的分子鏈聚集， 減少無定形片層并使雙螺旋結(jié)構(gòu)和A 型結(jié)晶完美排列[33]。 這些結(jié)構(gòu)改變抑制了大米淀粉和α-淀粉酶之間的分子相互作用，最終增加抗性淀粉的含量并降低慢消化淀粉的含量。

綜上所述，在抗性淀粉制備方法中（見表1），物理處理安全性高、操作簡單，缺點是制備的RS 含量較低。 化學(xué)改性制備RS 操作簡單、反應(yīng)時間短、RS含量較高，但存在食品安全風險以及環(huán)境污染的問題。生物酶法改性的操作簡單，酶解制備的RS 含量高，但反應(yīng)時間較長、成本較高。 脂質(zhì)復(fù)合制備RS時，可根據(jù)實際要求制備所需的RS，操作簡單、產(chǎn)量高，但RS 含量低。 因此考慮到生產(chǎn)過程中的實際情況以及各方法的優(yōu)缺點，可將超聲波、壓熱、酶解等多種方法聯(lián)合起來，起到協(xié)同作用，優(yōu)化生產(chǎn)RS 的工藝，以較低的成本、較短的時間制得含量及各種理化性質(zhì)較為理想的抗性淀粉。

表1 抗性淀粉的制備方法及特點Table 1 Preparation methods and characteristics of resistant starch

4 抗性淀粉對慢性腎臟?。–KD）的影響

慢性腎臟病會引起腸道菌群失調(diào)及屏障功能受損從而導(dǎo)致腸源性毒素的產(chǎn)生以及腸腔細菌、內(nèi)毒素的擴散，加重尿毒癥和全身性炎癥。 近年來有研究顯示，增加膳食纖維的攝入可延緩CKD 進展，抗性淀粉作為一種新型膳食纖維， 可以幫助治療CKD。

4.1 抗性淀粉對CKD 患者及動物腸道菌群的影響

當抗性淀粉到達結(jié)腸時， 腸道微生物將RS 作為發(fā)酵底物， 發(fā)酵得到的產(chǎn)物主要為短鏈脂肪酸SCFAs 和少量氣體（CO2、H2、CH4等），其中以丁酸鹽和CO2居多[34]。丁酸在人類腸道健康中起重要作用，包括減少炎癥、降低結(jié)腸癌風險以及提高腸道屏障功能等[35-36]。 SCFAs 形成的酸性環(huán)境有助于結(jié)腸細胞以及盲腸細胞的增殖，以及回腸、盲腸食糜pH 的降低，促進益生菌增殖[37]。 CKD 患者的腸道菌群與健康對照組相比，雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌屬的豐度較低，產(chǎn)氣莢膜梭菌、腸桿菌科、腸球菌、厚壁菌門（尤其是梭狀芽孢桿菌）等豐度較高。 同時發(fā)現(xiàn)具有尿酸酶、脲酶、對甲酚和吲哚產(chǎn)生酶的細菌豐度有所增加，而可利用抗性淀粉發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs的細菌豐度減少[38]。有研究表明，雙歧桿菌、擬桿菌、瘤胃球菌以及乳酸桿菌等菌種在補充抗性淀粉的條件下豐度會增加。同時人群研究發(fā)現(xiàn)[39]，連續(xù)攝入3 周RS4 型抗性淀粉， 有助于人體內(nèi)放線菌和擬桿菌的增殖，但厚壁菌門的豐度有所降低；若攝入RS2型抗性淀粉，腸道內(nèi)布氏瘤胃球菌與直腸真桿菌的豐度明顯增加，這些腸道菌群的變化與抗性淀粉的發(fā)酵產(chǎn)物短鏈脂肪酸的產(chǎn)生密切相關(guān)。 另有研究發(fā)現(xiàn)， 短鏈脂肪酸中的丙酸鹽通過游離脂肪酸受體FFA2 和FFA3 通路減輕腺嘌呤誘導(dǎo)的CKD 小鼠的腎功能衰竭，延緩慢性腎臟病進展[40]。 產(chǎn)SCFAs 細菌數(shù)量的增加可能會通過競爭性定植來減弱脲酶細菌的增殖，從而減少NH3和NH4OH 的產(chǎn)生，同時增加SCFAs 產(chǎn)生， 這有助于維持CKD 患者中腸道上皮屏障的完整性并減輕局部和全身性炎癥。 由于SCFAs 增加而導(dǎo)致腸道pH 降低， 還會減少結(jié)腸細菌中促炎性和促氧化性尿毒癥毒素的形成[41]。 在由腺嘌呤灌胃誘導(dǎo)的CKD 大鼠模型中，Kieffer 等以RS2 型高直鏈玉米抗性淀粉對CKD 大鼠進行飼喂，經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)其盲腸pH 降低， 腸道內(nèi)細菌種類減少15%，但是放線菌、變形菌以及雙歧桿菌的豐度顯著增加，擬桿菌門與厚壁菌門的比率增加，而盲腸內(nèi)容物、血清和尿液中的幾種尿毒癥滯留溶質(zhì)水平降低， 其中許多與特定腸道細菌豐度密切相關(guān)，表明抗性淀粉可以通過改變CKD 大鼠的腸道環(huán)境，進一步顯著改善腎功能[42]。此外灌喂與抗性淀粉具有相似生理功能的膳食纖維改變了5/6 腎切除大鼠的腸道菌群，梭菌科家族顯著增加，同時降低盲腸吲哚和血清中硫酸吲哚酚水平，減輕腎損傷[43]。由此可知，不同類型的RS 對腸道菌群的影響不同，并且RS 可以促進有益菌生長，抑制有害菌增殖，減輕腎損傷，改善腎功能。 抗性淀粉通過腸道菌群改善CKD 的途徑如圖1 所示。

圖1 抗性淀粉通過腸道菌群改善CKD 的途徑Fig. 1 Pathways of resistant starch improving CKD through gut microbiota

腸道菌群的調(diào)節(jié)功能也會受RS 結(jié)構(gòu)影響，這可能是腸道微生物以RS 為發(fā)酵底物時，對其結(jié)構(gòu)特征的敏感性所造成的，比如抗性淀粉顆粒的表面結(jié)構(gòu)、顆粒內(nèi)部的精細結(jié)構(gòu)以及分子結(jié)構(gòu)等。 RS 的化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)可以極大地影響發(fā)酵的速度和程度， 以及發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs 的分布。 Zhang 等利用壓熱、微波處理制備的蓮子RS 促進雙歧桿菌的增殖，可能原因是蓮子RS 表面特殊的溝壑狀結(jié)構(gòu)增強了雙歧桿菌在不良腸道環(huán)境中的適應(yīng)能力，使其更好地利用蓮子RS，促進自身增殖[44]。 另有研究表明，RS3 型蓮子抗性淀粉可以促進長雙歧桿菌和德氏乳桿菌增殖，產(chǎn)生大量醋酸和乳酸，同時導(dǎo)致結(jié)腸中的pH 降低，反過來抑制了病原菌的增殖和轉(zhuǎn)移[45]。楊春豐等的研究表明，補充板栗RS 后，雙歧桿菌和乳酸桿菌的豐度增加，而大腸桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌的豐度顯著減少[46]，與Zhang 等的研究推論相同，板栗RS 表面粗糙不平的疊層結(jié)構(gòu)特征起到促進益生菌生長、抑制有害菌增殖的關(guān)鍵作用。此外，RS 的精細結(jié)構(gòu)對其調(diào)節(jié)腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)物SCFAs 的產(chǎn)生具有重要影響。 研究發(fā)現(xiàn)，A 型結(jié)晶比例較高的RS3 型抗性淀粉，發(fā)酵性能較差，降解速度較慢，腸道微生物產(chǎn)生的SCFAs 和丁酸鹽較少；B 型結(jié)晶比例較高的RS3 型抗性淀粉具有較高的發(fā)酵能力，產(chǎn)生更多的SCFAs 和丁酸鹽[47]。RS 的益生元特性隨著B 型結(jié)晶的增加而增加，具有B 型結(jié)晶的RS3 型抗性淀粉有助于在結(jié)腸近端維持較高的雙歧桿菌豐度，并將它們在遠端結(jié)腸微生物群中的相對比例提高。Zhou 等發(fā)現(xiàn)RS 的分子結(jié)構(gòu)是決定SCFAs 產(chǎn)生的關(guān)鍵因素之一， 人體腸道細菌體外發(fā)酵RS 的結(jié)果表明，具有較大分子組成（支鏈淀粉部分）的RS有利于產(chǎn)生更多的丁酸， 證明了RS 的結(jié)構(gòu)、SCFAs的產(chǎn)生和微生物群落之間的密切關(guān)系[48]。因此，目前的大多數(shù)研究表明抗性淀粉可以通過其發(fā)酵產(chǎn)物短鏈脂肪酸以及其結(jié)構(gòu)特征對腸道菌群進行調(diào)節(jié)，再通過對腸道菌群的調(diào)節(jié)進一步改善慢性腎臟病的相關(guān)臨床癥狀。 不同抗性淀粉對CKD 患者及其他模型腸道菌群的影響見表2。

表2 不同抗性淀粉對CKD 患者及其他模型腸道菌群的影響Table 2 Effect of different resistant starches on the gut microbiota in patients with CKD and other models

4.2 抗性淀粉對CKD 患者及動物尿毒癥毒素的影響

尿毒癥毒素是指CKD 患者體液中有毒性作用并且質(zhì)量濃度明顯升高的物質(zhì)，如肌酐、尿素、吲哚類、酚類物質(zhì)等。 硫酸吲哚酚和硫酸對甲酚作為常見的腸源性尿毒癥毒素，其腎毒性及心血管毒性較大，是結(jié)腸細菌發(fā)酵蛋白質(zhì)中色氨酸與酪氨酸的產(chǎn)物。 腸道微生物的營養(yǎng)底物主要有碳水化合物和蛋白質(zhì)，當抗性淀粉攝入充足時，以碳水化合物為營養(yǎng)底物的發(fā)酵菌增殖效果較好，以蛋白質(zhì)為營養(yǎng)底物的發(fā)酵菌生長被抑制， 從而減少硫酸吲哚酚、硫酸對甲酚等有毒代謝物的轉(zhuǎn)化[58]。 而在蛋白質(zhì)的細菌發(fā)酵過程中尿毒癥毒素如脲酶、對甲酚和吲哚的產(chǎn)生與腎功能衰竭的進展密切相關(guān)， 由于CKD 患者和慢性腎臟病動物模型的腸道屏障顯著受損，腸道微生物群改變，腸道上皮細胞及其緊密連接蛋白質(zhì)被破壞，導(dǎo)致尿毒癥毒素通過腸道上皮細胞滲透入血液，促進全身性炎癥，這些尿毒癥毒素的減少自然會有助于腎功能的改善， 延緩CKD 進展。Kieffer 等以RS2 型玉米抗性淀粉對腺嘌呤誘導(dǎo)的CKD 大鼠進行飼喂，發(fā)現(xiàn)其血清和尿液中的幾種尿毒癥滯留溶質(zhì)發(fā)生了改變，血清和尿液中硫酸吲哚酚質(zhì)量濃度分別減少了36% 和66%， 尿液中的硫酸對甲酚質(zhì)量濃度減少了47%[42]。 Sirich 等經(jīng)臨床研究發(fā)現(xiàn)當抗性淀粉的攝入增加時，血液透析患者血漿中游離硫酸吲哚酚和硫酸對甲酚質(zhì)量濃度發(fā)生不同程度降低，其中硫酸對甲酚質(zhì)量濃度的降低幅度不明顯[59]。 Yang 等調(diào)查發(fā)現(xiàn)CKD 患者以抗性淀粉作為膳食纖維補充劑時，可顯著降低硫酸吲哚酚、對甲酚硫酸鹽、血尿素氮、尿酸水平，其中透析患者硫酸吲哚酚質(zhì)量濃度降低的比非透析患者更顯著，補充RS 后，腸道中的氮被用于微生物生長，導(dǎo)致進入血液的尿素氮減少[60]。 這些尿毒癥毒素除了導(dǎo)致CKD 患者炎癥狀態(tài)還會加重腎臟纖維化，加速腎功能惡化。 此外，由于抗性淀粉可以吸收腸道水分，吸附氨，促進腸道蠕動，減少氨基酸發(fā)酵時間，再加上RS 發(fā)酵產(chǎn)生的氣體還可增大糞便體積，這些均可改善CKD 患者的便秘癥狀，減輕腎臟重吸收負擔， 因此也可在CKD 患者增加排便頻率的同時幫助清除腸道內(nèi)的尿毒癥毒素，降低CKD 患者體內(nèi)氮的積累。 結(jié)合目前的研究來看，抗性淀粉可以通過促進碳水化合物發(fā)酵菌增殖，抑制蛋白質(zhì)發(fā)酵菌生長，增加腸道對尿素的代謝作用，從而減少有毒代謝物的產(chǎn)生， 再加上改善CKD 患者的便秘癥狀，共同促進CKD 患者尿毒癥毒素的排出。 尿毒癥毒素的排出、SCFAs 的生成以及腸道pH 降低也使得腸道上皮細胞屏障得以修復(fù)，腸道的屏障功能增強， 減少有毒物質(zhì)及細菌進入體循環(huán)， 改善CKD 相關(guān)癥狀。

4.3 抗性淀粉對CKD 患者及動物全身性炎癥的影響

慢性腎臟病患者通常也伴隨著全身性炎癥，尤其是在透析人群中存在持續(xù)低度的全身慢性炎癥，與健康人相比，CKD 患者的炎癥因子如血清C 反應(yīng)蛋白、 白細胞介素-2 （ IL-2）、 腫瘤壞死因子-α（TNF-α） 等水平增高。 由于CKD 患者腸道屏障受損， 有毒代謝物及有害細菌從腸腔轉(zhuǎn)移到體循環(huán)中，刺激炎癥反應(yīng)，使相關(guān)炎癥因子的水平增加，最終導(dǎo)致全身性炎癥。Vaziri 等研究表明，腺嘌呤灌胃誘導(dǎo)的CKD 大鼠， 在補充3 周RS2 型高直鏈玉米抗性淀粉后，可能是由于減少腎小管細胞中的巨噬細胞浸潤和凋亡， 起到延緩CKD 進展并減輕CKD大鼠的氧化應(yīng)激和腎臟炎癥的作用[61]。 同時用RS靶向腸道微生物群可以通過改變產(chǎn)生含氮化合物的微生物群落豐度，減少有毒代謝物的產(chǎn)生，從而減少炎癥因子的產(chǎn)生， 減緩CKD 的進展。 梁單以RS3 型馬鈴薯抗性淀粉喂食小鼠， 發(fā)現(xiàn)補充馬鈴薯RS 顯著降低了肥胖小鼠的體脂率、 血清炎癥因子TNF-α 和白細胞介素-6（IL-6）的水平，降低脂多糖（LPS）水平，同樣起到減輕小鼠炎癥的效果[62]。 此外還有人群研究表明，CKD 患者在增加抗性淀粉或其他類型的膳食纖維攝入的情況下，可顯著降低CKD患者的炎癥指標C 反應(yīng)蛋白以及全因死亡率[63]。 臨床研究發(fā)現(xiàn)，血液透析患者在補充膳食纖維發(fā)酵產(chǎn)物短鏈脂肪酸后，其C 反應(yīng)蛋白、白細胞介素-2 和白細胞介素-17 水平明顯降低[64-65]。作為結(jié)腸細胞和T 細胞的主要營養(yǎng)來源， 通過補充RS 或可發(fā)酵纖維生產(chǎn)SCFAs，可以增強腸上皮屏障結(jié)構(gòu)和功能的完整性，并減輕局部和全身性炎癥，從而減輕CKD的進展。 這些研究共同表明了抗性淀粉具有抗炎作用， 可能的原因是促進CKD 患者全身性炎癥的關(guān)鍵步驟為免疫細胞激活并釋放炎癥因子，而抗性淀粉的發(fā)酵產(chǎn)物短鏈脂肪酸可以通過激活G-蛋白偶聯(lián)受體，調(diào)節(jié)不同的細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，進而調(diào)節(jié)免疫細胞產(chǎn)生抗炎作用[65]。此外，微生物群衍生的代謝物可以通過調(diào)節(jié)性T 細胞的擴增來調(diào)節(jié)腸促胰島素軸并減輕炎癥。 因此，結(jié)合目前的研究來看，抗性淀粉可能通過調(diào)節(jié)腸道菌群及其發(fā)酵產(chǎn)物SCFAs 來調(diào)節(jié)免疫細胞， 以及減少尿毒素的生成，進一步降低炎癥因子從而緩解CKD 全身性炎癥。不同抗性淀粉對慢性腎臟病及相關(guān)癥狀的影響見表3。

表3 不同抗性淀粉對慢性腎臟病及相關(guān)癥狀的影響Table 3 Effects of different resistant starches on chronic kidney disease and related symptoms

5 展 望

本文中主要介紹了抗性淀粉的分類、 制備方法、結(jié)構(gòu)特點和理化性質(zhì)，以及抗性淀粉對慢性腎臟病的影響。 綜上所述，抗性淀粉可以從多個方面對慢性腎臟病患者產(chǎn)生有益作用， 如調(diào)節(jié)腸道菌群、清除尿毒癥毒素、減輕氧化應(yīng)激和炎癥等。 抗性淀粉作為一種營養(yǎng)素， 輔助藥物改善慢性腎臟病，其副作用可能較小， 具有較強的開發(fā)前景和優(yōu)勢。對于不同來源及結(jié)構(gòu)的抗性淀粉， 其改善CKD 的具體機制和構(gòu)效關(guān)系還有待進一步研究。