褐藻膳食纤维对糖脂代谢调节作用的研究进展

邱 霞，张德蒙，高翔宇，王发合，刘海燕，秦益民

(1青岛明月海藻集团有限公司海藻活性物质国家重点实验室，山东青岛 266400；
2青岛海藻生物科技创新中心，山东青岛 266400；
3山东大学齐鲁医院，济南 250000)

近年来，糖脂代谢紊乱及相关疾病已经发展成为全球性的慢性疾病，是影响人类健康的重要因素[1-2]。目前，防治糖脂代谢紊乱疾病的主要措施是改变生活方式和应用降糖降脂药物，但药物治疗易产生严重的不良反应。因此，研究开发基于天然活性物质的功能食品具有重要意义。褐藻膳食纤维又称海藻酸盐、褐藻胶，是以不溶性盐的形式存在于海带、巨藻等褐藻细胞壁中的一种天然多糖类物质。科学研究表明，褐藻膳食纤维具有抗氧化、抗肿瘤、抗菌、增强免疫等生物学功效，其对糖脂代谢的调节作用引起了科学界的关注[3]。本研究通过查阅国内外相关文献，对褐藻膳食纤维在糖脂代谢中的作用及其机制进行综述，为开发防治糖脂代谢相关疾病的功能性食品和药物提供思路。

褐藻膳食纤维具有的持水力和凝胶特性使其通过影响机体消化吸收调节糖脂代谢紊乱。研究表明，褐藻膳食纤维可以抑制糖脂摄入[4-6]、阻碍糖脂吸收[11-15]、促进糖脂排泄[17-24](图1)。

图1 褐藻膳食纤维影响消化吸收调节糖脂代谢[4-6,10-24]

1.1 褐藻膳食纤维减少糖脂摄入量

褐藻膳食纤维具有吸水性和胶凝性，进入人体胃部依赖胃酸启动成胶过程使食团体积膨大，从而延缓胃排空时间，增加饱腹感，降低食欲和饥饿感，进而通过减少食物摄入量来避免食源性糖脂代谢紊乱[4]。Wanders等[5]发现，研究对象服用添加5%褐藻膳食纤维的产品后可使随意摄食量降低22%，胃排空速度延长48%。其机制在于褐藻膳食纤维与胃液反应会形成较大凝胶块，导致胃窦膨胀，激活胃壁张力受体，刺激远端胃壁的机械张力感受器传递饱腹感信号[6]。

褐藻膳食纤维对食物摄取量的影响效果与不同个体胃酸pH值的变化密切相关，也与褐藻膳食纤维粘度、凝胶强度、食物基质及干预剂型有关。褐藻膳食纤维是由β-D-甘露糖醛酸(β-D-Mannuronic，M)和α-L-古洛糖醛酸(α-L-Guluronic，G)组成的聚合物，M与G比例的不同可影响褐藻膳食纤维的粘度和凝胶强度。一项人群干预实验[7]发现，喝了含褐藻膳食纤维的牛奶后饱腹感增加，饥饿感下降，这在G含量高的褐藻膳食纤维中影响更加显著。研究结果表明，1%的强凝胶强度的褐藻膳食纤维(11 000 Pa)可显著增加饱腹感，降低饥饿感，但弱凝胶强度的褐藻膳食纤维(6 000 Pa)对正常体重受试者的食欲不影响，说明凝胶强度对褐藻膳食纤维干预效果的影响。Solah等[8]发现，与低粘度褐藻膳食纤维(～0.03 Pa·s)饮料相比，正常体重的成年人服用高粘度0.1%褐藻膳食纤维(～0.09 Pa·s)的饮料后3～4 h饥饿程度显著减少，曲线下的饥饿区域(AUC)(240 min)显著降低，证明褐藻膳食纤维的粘度与干预效果的相关性。有一些证据表明，褐藻膳食纤维水合形态(即当使用饮料作为载体时)补充剂抑制了食物的摄入量。然而，当加入固体食物或与其他膳食纤维混合的胶囊中时，褐藻膳食纤维似乎对人体自由生活条件下的食欲或摄入量没有显著的影响[9]，证实了干预剂型影响褐藻膳食纤维功效的可能性。

1.2 褐藻膳食纤维抑制糖脂吸收

一项研究发现，褐藻膳食纤维能改变肠道黏液层的通透性，实验通过蛋白质稳定乳剂模拟口腔，胃和小肠消化，发现在猪肠黏液中添加0.1%的褐藻膳食纤维可降低乳剂食糜中荧光标记脂质的扩散系数，说明褐藻膳食纤维对脂质消化的渗透性有明显影响，这可能是其降低小肠对脂肪的吸收率的原因之一[10]。褐藻膳食纤维具有粘性和胶凝特性，可增加胃肠道食糜的粘稠度，吸收水分的同时还可以吸附某些营养物质，从而阻碍葡萄糖和胆固醇等脂类物质的吸收。研究发现，用添加钙的褐藻膳食纤维液体配方淀粉喂食的狗，其消化率和葡萄糖的吸收率均有所降低，使血糖浓度维持在低水平而不影响血清胰岛素浓度[11]。Paxman等[12]发现，食用褐藻膳食纤维饮料后对碳水化合物、糖、脂肪等主要营养成分的消耗量与对照组相比均有明显的下降。一项研究表明，与富含M藻酸盐的饮食相比，喂食富含G的5%褐藻膳食纤维食物12 d的大鼠，食物利用率和食物转化率均显著降低，对血糖生成指数(GI)和胆固醇的反应也明显减少。观察发现随着褐藻膳食纤维浓度的增加，非淀粉多糖(NSP)消化率降低，这可能是整体减少食物利用率的一个标志[13]。

褐藻膳食纤维对机体消化酶的影响是其具有降脂减糖功效的原因之一。喂食褐藻膳食纤维的啮齿类动物的实验数据表明，蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶以及胰-胆道分泌物均代偿性增加，被视为一种适应性降低营养素消化率的反应，会干扰消化过程从而减缓营养吸收，减少餐后血糖波动，表明其对消化酶具有抑制作用。食糜粘度的增加可以减缓食糜扩散速度，延迟传输时间，增加未搅拌水层(UWL)的厚度，从而降低葡萄糖的吸收率[14-15]。Paxman等[12]研究了褐藻膳食纤维饱感饮料对血糖及胆固醇的影响，志愿者在喝了饱感饮料30 min后吃300 g的意大利通心粉及100 g番茄酱，在吃前15 min及吃后225 min的时间内定期测试血液成分，初步结果显示，褐藻膳食纤维饮料对血液中胆固醇及糖含量的影响不大。但是，在试验组比较肥胖的人中发现，喝了海藻酸饮料后血液中的胆固醇和葡萄糖含量有实质性的下降，说明褐藻膳食纤维对不同人群的影响具有差异性，具体机制还需进一步研究。

1.3 褐藻膳食纤维促进糖脂排泄

研究人员发现，褐藻膳食纤维可对肠道产生容积作用刺激肠道蠕动，加速食物残渣排出，降低肠道的消化吸收能力，促进糖脂排泄[16]。张全斌等[17]对不同来源膳食纤维理化及功能特性的研究结果表明，相比其他膳食纤维，褐藻膳食纤维的膨胀力、持水力最强，小肠运动试验结果也表明，在几种不同来源的膳食纤维中褐藻膳食纤维小肠推进率最好。褐藻膳食纤维含有许多亲水基团，具有良好的持水性，较高的持水性可增加人体排便的体积和速度，并减轻直肠内和泌尿系统的压力。陈培基等[18]研究了褐藻膳食纤维的功能活化，并结合人体试验检查离子交换法活化后膳食纤维的通便作用，试验结果表明，褐藻膳食纤维干预后排便正常率为92.5%，有效率达100%，实验发现膳食纤维的膨胀力和持水力越高，排出的粪便水分含量就越高，使粪便体积大而软，比较容易通过肠道，从而缓解便秘。

Wolf等[19]测试了分别喝了含钠褐藻膳食纤维及阿拉伯胶饮料后志愿者的正餐后血糖指数，结果显示，含褐藻膳食纤维的饮料显著弱化了正餐后血糖指数。Williams等[20]注意到在吃了含褐藻膳食纤维脆饼的正餐后血糖指数亦有所下降，这是否与褐藻膳食纤维影响胰岛素抵抗相关，确切机制尚待进一步阐明。Sandberg等[21]发现在回肠吻合术中，患者摄入低纤维饮食并补充7.5 g褐藻膳食纤维2周后可显著降低回肠的脂肪吸收量，分析可能与褐藻膳食纤维处理组胆汁酸的重吸收能力较弱相关。对美国职业高尔夫协会5名年轻健康男性的研究发现，高剂量[175～200 mg/(kg·d)]褐藻膳食纤维服用23 d不影响血清胆固醇水平，但是胆汁酸排泄略有增加，而脂肪的总排泄量略低[22]，考虑是否为接受褐藻膳食纤维补充剂的受试者钠摄入量较高而减弱了潜在的降脂效果[23]。一项动物实验对高胆固醇饮食大鼠补充2周的含钙褐藻膳食纤维饮食，测定门静脉血浆胆汁酸浓度和粪便中的胆汁酸，发现其浓度显著降低，说明含钙褐藻膳食纤维浓度可依赖性地增加胆汁酸的排泄；
实验结果表明，含钙褐藻膳食纤维可降低血液中的胆固醇水平，其机制可能是褐藻膳食纤维减少了肠内重吸收，刺激肝脏中胆固醇合成胆汁酸，导致粪便中胆汁酸的排泄增加，从而降低血浆胆固醇[24]。

肠道菌群被誉为人类的“第二基因组”，科学家发现肠道菌群的分布、种类、数量和代谢产物与糖脂代谢密切相关，能够防治其诱发的代谢性疾病[25]。一些研究表明，褐藻膳食纤维可以调节糖脂代谢相关肠道菌群的含量和丰度，从而影响肠道菌群代谢产物，改善肠道功能，缓解糖脂代谢紊乱[29-37](图2)。

图2 褐藻膳食纤维通过肠道菌群调节糖脂代谢[29-37]

2.1 褐藻膳食纤维调节糖脂代谢相关肠道菌群丰度与数量

越来越多的证据表明，肠道菌群在糖脂代谢中扮演了极其重要的作用，认为肠道菌群是潜在的调节糖脂代谢人群干预的重要靶标[26]。利用益生菌和益生元等功能性食品影响机体肠道菌群结构和数量，改善糖脂代谢和胰岛素抵抗的方法被认为是研发安全有效的改善糖脂紊乱及代谢性疾病功能食品的重要途径[27]。

肠道菌群构成和数量的不同能够显著改变脂类和糖类的代谢水平[28]。褐藻膳食纤维对肠道中菌群结构具有调节作用，研究发现，持续2周每日服用褐藻膳食纤维10 g，粪便中双歧杆菌的数量增高，卵磷脂酶阴性梭菌的数量降低，粪便的气味也得到了改善[29]。科学家发现，糖脂代谢紊乱的发生发展与肠道中的厚壁菌门和拟杆菌门的数量与丰度密切相关，它们占肠道菌群数量的98%左右，厚壁菌门可协助机体从食物中吸收能量，拟杆菌门主要在多糖、类固醇等的代谢中起主要作用[30]。人群干预实验表明，膳食纤维可改变肠道中厚壁菌门和拟杆菌门的比例和丰度，从而降低体质指数和体脂率[31]。一项动物实验表明，小鼠连续2周服用2%低分子量褐藻膳食纤维，分子量大约为50 kDa，其盲肠中酸性拟杆菌属的丰度较高[32]。

2.2 褐藻膳食纤维影响肠道菌群的代谢产物

褐藻中水溶性膳食纤维占67%～85%，其中大部分在结肠发酵转化为短链脂肪酸，如乙酸、丙酸和丁酸，为肠道上皮细胞提供能量。其中，乙酸作为胆固醇或脂肪酸的前体，被吸收入血进入肝脏代谢，同时通过激活克雷布斯循环改变下丘脑食欲调节神经肽的表达谱，从而减少食欲；
丙酸多数由拟杆菌门发酵产生，作为糖原异生的前体进入门静脉循环，同时通过降低肝脏中参与胆固醇合成的关键酶的活性来降低胆固醇的合成；
丁酸是厚壁菌门的主要代谢产物，参与糖异生、酮体生成及三酰甘油合成等，可降低胆固醇合成关键酶的活性，增加将胆固醇转化为胆汁酸的胆固醇7α-羟化酶的活性，影响糖类和脂类的代谢[33]。

褐藻膳食纤维的补充可影响结肠发酵和盲肠短链脂肪酸的浓度，研究发现，高粘性褐藻膳食纤维(5%)与富含纤维素的对照饲料相比，显著增加了猪体内的短链脂肪酸浓度[34]。有人认为，短链脂肪酸是机械性的参与引起胰高血糖素样肽-1(GLP-1)和来自肠内的L细胞的肽YY(PYY)等肠道肽释放，而这些肠道肽与降低食欲和诱发厌食症密切相关[35]。实验表明，肠道菌群可分解人体不能消化的膳食纤维，产生短链脂肪酸，参与调节机体能量代谢，同时参与宿主基因功能调控，影响宿主对糖脂等物质的摄取及吸收[36]。

肠道菌群和胆汁酸之间的动态平衡在调节糖脂代谢方面也发挥着重要作用。胆汁酸可增高脂肪组织能量代谢率，避免发生体脂升高和胰岛素抵抗，肠道菌群对糖脂代谢调节作用有一部分是通过胆汁酸介导的。胆盐水解酶存在于拟杆菌、乳酸杆菌和双歧杆菌等肠道细菌物种中，这些菌群能够水解胆盐，干扰其通过肠肝循环的再吸收。另外，胆盐水解为游离胆汁酸后，可与胆固醇形成复合物共同沉淀下来，从而降低胆固醇含量。褐藻膳食纤维不仅可干扰胆固醇和胆汁酸的吸收，而且可通过产生短链脂肪酸降低胆固醇的合成，从而调节胆固醇的代谢[37]。

综上所述，褐藻膳食纤维可通过减少糖脂摄入量抑制糖脂的吸收，促进糖脂排泄等影响机体的糖脂消化吸收能力，同时调节肠道菌群的种类和数量，影响肠道菌群代谢产物，从而改善糖脂代谢紊乱，防治其诱导的代谢性疾病。但是，对褐藻膳食纤维调节机体糖脂代谢的机制以及某些基因表达水平的调控尚未明确，还需要更多深入的研究，从而为慢性代谢性疾病患者提供一种食疗新途径，为开发改善糖脂代谢的功能性食品提供全面的科学依据。加大对褐藻膳食纤维健康功效的研究，拓宽褐藻膳食纤维的应用领域，不仅可以满足广大食品市场的需要，而且可以优化和改善我国人民的膳食结构，在经济发展的同时，减少相关疾病的发生，保证人们身体健康，这样才能具有良好的社会效益和经济效益。

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