[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(xì)胞與成骨細(xì)胞動(dòng)態(tài)平衡的過程，維持骨的正常結(jié)構(gòu)功能。膳食纖維可促進(jìn)腸道SCFA生成，SCFA可調(diào)控成骨、破骨細(xì)胞及鈣吸收，進(jìn)一步調(diào)控骨代謝。目前對(duì)膳食纖維、SCFA與骨代謝的關(guān)聯(lián)機(jī)制尚未完全明確，仍需進(jìn)一步研究。本文綜述膳食纖維與骨代謝的關(guān)聯(lián)性，探討膳食纖維經(jīng)由影響SCFA作用于骨代謝的機(jī)制，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供新策略。

[關(guān)鍵詞] 膳食纖維；短鏈脂肪酸；骨代謝；影響機(jī)制

[中圖分類號(hào)] R151.1" """"[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(xì)胞、破骨細(xì)胞之間的平衡密切相關(guān)。近年來(lái)，骨質(zhì)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(lái)自植物的細(xì)胞，包含纖維素、半纖維素、樹脂、果膠及木質(zhì)素等。根據(jù)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(rèn)為膳食纖維可促進(jìn)短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA）的產(chǎn)生，進(jìn)一步促進(jìn)成骨細(xì)胞骨形成，并抑制破骨細(xì)胞骨吸收^[4]；還可促進(jìn)腸道鈣吸收，為骨形成提供原料，從而對(duì)骨代謝產(chǎn)生積極作用。

1" 膳食纖維與骨代謝

1.1" 膳食纖維攝入對(duì)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(guān)聯(lián)性，高纖飲食可改善骨質(zhì)。但這種關(guān)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(guān)聯(lián)性上的差異研究表明膳食纖維與骨健康的關(guān)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(zhì)流失率減少0.06%；而在女性群體中未觀察到該保護(hù)作用?；谟?guó)生物樣本庫(kù)數(shù)據(jù)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(guān)，且這種關(guān)聯(lián)性在男性群體中更顯著^[6]。使用其他數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析的研究同樣支持該結(jié)論^[7]。然而，部分研究結(jié)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(guān)聯(lián)性存在性別差異，但兩者之間呈非線性關(guān)系；研究者提出膳食纖維可能與骨密度無(wú)關(guān)聯(lián)，這是因?yàn)槭澄镏械钠渌麪I(yíng)養(yǎng)素也可能對(duì)骨代謝產(chǎn)生影響。

膳食纖維對(duì)男性骨健康的顯著關(guān)聯(lián)可能源于性別差異相關(guān)的生理機(jī)制。①雌激素干擾：女性骨代謝高度依賴雌激素保護(hù)，膳食纖維可通過結(jié)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(hù)作用；而男性無(wú)此干擾^[9]。此外，女性的骨質(zhì)流失發(fā)生早于男性。女性隨年齡增長(zhǎng)（尤其絕經(jīng)后）骨流失加速，雌激素驟降可掩蓋纖維的保護(hù)效應(yīng)^[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(zhuǎn)化為對(duì)骨骼有保護(hù)作用的SCFA^[12]；女性較低的擬桿菌門豐度使其無(wú)法充分分解膳食纖維產(chǎn)生足夠的SCFA，導(dǎo)致在此方面膳食纖維對(duì)女性的保護(hù)作用較弱。

近幾年許多研究提出膳食纖維與骨健康的關(guān)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(zhì)流失加速和性激素水平改變有關(guān)，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(duì)骨代謝影響的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

目前，膳食纖維與骨健康的關(guān)聯(lián)性已在多種動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)，結(jié)果表明不同膳食纖維對(duì)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(qiáng)度，而果膠作用較弱。Lucas等^[12]對(duì)小鼠進(jìn)行8周的高纖維飲食，結(jié)果顯示破骨細(xì)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(dǎo)致骨量增加。一項(xiàng)關(guān)于SDF菊粉對(duì)慢性腎臟病引發(fā)的礦物質(zhì)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(shí)提高骨強(qiáng)度，反映骨骼質(zhì)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(gè)充滿潛力的研究領(lǐng)域，值得進(jìn)一步的科學(xué)研究和探討。

2" 膳食纖維通過SCFA對(duì)骨代謝的可能影響機(jī)制

2.1" 人體內(nèi)膳食纖維對(duì)SCFA的可能影響機(jī)制

膳食纖維對(duì)SCFA生成的影響機(jī)制主要通過調(diào)節(jié)腸道菌群的代謝途徑實(shí)現(xiàn)。膳食纖維進(jìn)入胃腸道后，由腸道中的細(xì)菌進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵過程中產(chǎn)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(chǎn)生乙酸和丁酸，而擬桿菌屬在此基礎(chǔ)上額外產(chǎn)生丙酸。

2.1.1" SDF對(duì)SCFA的可能影響機(jī)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(duì)不同SCFA促進(jìn)程度不同。有研究采用供體糞便作為發(fā)酵劑，進(jìn)行果膠體外發(fā)酵研究，結(jié)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(jìn)SCFA的產(chǎn)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(cè)單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（monocarboxylate transporter 1，MCT-1）的蛋白表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)半乳甘露聚糖可促進(jìn)MCT-1的表達(dá)，MCT-1參與腸道內(nèi)丙酸鹽的吸收，進(jìn)而顯著升高丙酸鹽水平^[17]。

2.1.2" IDF對(duì)SCFA可能影響機(jī)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(xì)胞壁中，主要有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等。一項(xiàng)研究將摻雜IDF的飲食喂養(yǎng)仔豬，收集結(jié)腸消化液分析細(xì)菌群落和SCFA水平，結(jié)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(duì)豐度，進(jìn)而促使結(jié)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(fù)合酶解法從竹子中提取 IDF，研究其通過體外糞便發(fā)酵對(duì)腸道微生物群和SCFA產(chǎn)生的影響，發(fā)現(xiàn)IDF可影響pH水平，進(jìn)而調(diào)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(jìn)而提高SCFA的生成，調(diào)節(jié)腸道中乙酸鹽、丙酸鹽含量?？偨Y(jié)已有文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，與SDF相比，關(guān)于IDF如何影響SCFA的研究較少，故此領(lǐng)域需進(jìn)行更深入的研究和探索。

2.2" SCFA對(duì)骨代謝的影響機(jī)制

SCFA可通過調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞的增殖分化影響骨代謝。此外，SCFA還可通過調(diào)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(xì)胞增殖分化" "SCFA可通過多種途徑調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的分化，抑制骨吸收。Zhang等^[20]通過丁酸喂養(yǎng)骨質(zhì)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(xì)胞介素（interleukin，IL）-1β等炎癥因子被明顯抑制，免疫組織學(xué)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(xì)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(dá)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(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組小鼠骨吸收標(biāo)志物CTX-Ⅰ血清水平顯著降低、破骨細(xì)胞數(shù)量減少及骨量增加。為排除免疫學(xué)因素在其中的影響，該研究對(duì)RAG1基因敲除小鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同樣觀察到上述現(xiàn)象，表明SCFA對(duì)破骨細(xì)胞形成的抑制作用并非僅通過免疫細(xì)胞產(chǎn)生。該研究也對(duì)破骨前體細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)SCFA抑制兩種破骨細(xì)胞生成的信號(hào)因子腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6和核因子活化T細(xì)胞1，誘導(dǎo)破骨前體細(xì)胞糖酵解增強(qiáng)，抑制前體細(xì)胞向成熟破骨細(xì)胞發(fā)育。此外，SCFA還可通過抑制組蛋白去乙酰化酶調(diào)控破骨細(xì)胞相關(guān)基因的乙?；剑瑥亩种破乒羌?xì)胞的分化^[21]。

2.2.2" SCFA促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖分化 "雖然Lucas等^[12]研究指出SCFA對(duì)成骨細(xì)胞無(wú)影響，但大部分研究認(rèn)為SCFA對(duì)成骨細(xì)胞正常增殖分化有重要作用。有細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明乙酸可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子23基因表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖和分化^[22]。Chen等^[23]研究發(fā)現(xiàn)對(duì)小鼠進(jìn)行丙酸治療后，成骨細(xì)胞生長(zhǎng)曲線明顯優(yōu)于對(duì)照組，說(shuō)明丙酸可有效促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖，且在一定程度上可降低成骨細(xì)胞衰老凋亡的速率，同時(shí)發(fā)現(xiàn)成骨蛋白標(biāo)志物活性顯著提升。大鼠實(shí)驗(yàn)證實(shí)丁酸可提升大鼠體內(nèi)自噬水平，促進(jìn)成骨細(xì)胞分化^[24]。此外，丁酸可增加甲狀旁腺激素分泌，促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，刺激骨形成^[25]。

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

2.2.4" SCFA促進(jìn)鈣吸收調(diào)節(jié)骨代謝 "鈣是骨組織的主要成分之一，鈣經(jīng)腸道吸收入血后，可通過影響激素等途徑對(duì)骨代謝產(chǎn)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(dòng)吸收；且SCFA進(jìn)入腸道細(xì)胞后產(chǎn)生的氫離子分泌出細(xì)胞可增加氫鈣離子交換，使鈣離子吸收增加；氫離子進(jìn)入腸道后又可促進(jìn)SCFA進(jìn)入細(xì)胞，增加鈣吸收正反饋^[28]；SCFA還可通過影響胰島素樣生長(zhǎng)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(duì)骨代謝的可能影響機(jī)制

膳食纖維調(diào)節(jié)腸道菌群代謝途徑復(fù)雜，其可促進(jìn)SCFA產(chǎn)生，而SCFA通過抑制破骨細(xì)胞與促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖分化等途徑影響骨代謝，產(chǎn)生骨保護(hù)作用。因此膳食纖維可通過影響腸道菌群代謝產(chǎn)生SCFA進(jìn)而對(duì)骨代謝產(chǎn)生作用。已有研究提出該觀點(diǎn)，但均未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)深入研究相關(guān)機(jī)制^{[14， 30]}。

3" 討論

膳食纖維對(duì)骨代謝的影響因性別、年齡及絕經(jīng)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(guān)關(guān)系在男性中更顯著^[5]；女性群體中絕經(jīng)前人群比絕經(jīng)后顯著，這可能與絕經(jīng)后女性雌激素水平下降、骨量流失較大有關(guān)。年輕人群相比老年人群的骨密度受膳食纖維的保護(hù)作用更強(qiáng)^[6]。因此，未來(lái)應(yīng)針對(duì)不同人群設(shè)計(jì)個(gè)性化干預(yù)方案，以最大化膳食纖維對(duì)骨健康的保護(hù)作用。如男性和年輕人可采用高膳食纖維飲食；女性在絕經(jīng)前應(yīng)增加膳食纖維攝入，絕經(jīng)后則結(jié)合補(bǔ)充鈣和維生素D；針對(duì)老年人群除增加膳食纖維外，還應(yīng)結(jié)合適度運(yùn)動(dòng)和營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)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?zé)狳c(diǎn)。盡管現(xiàn)有研究已揭示其對(duì)骨密度的積極影響，但其在不同性別、年齡階段的作用機(jī)制仍需深入探索。作為一種安全、低成本的干預(yù)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(jià)值，不僅有望減少傳統(tǒng)藥物治療的副作用，還可通過長(zhǎng)期膳食調(diào)控提升整體骨骼健康。未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)與臨床研究，進(jìn)一步明確最佳干預(yù)策略，并推動(dòng)在公共健康政策中的應(yīng)用，為骨質(zhì)疏松等骨代謝疾病的預(yù)防與管理提供科學(xué)依據(jù)。

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）