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Cell子刊:膳食纤维虽好,摄入也要因人而异

时间:2022-06-01 来源:生物探索 作者:bio149 浏览次数:451

导语:膳食纤维主要是指存在于植物(即水果、蔬菜、豆类、坚果、种子和谷物)中的碳水化合物,人体无法将其自行消化,但是可以被肠道微生物菌群选择性代谢。一旦得到膳食纤维的滋养,肠道菌群就会参与许多有益的生化过程,包括将碳水化合物发酵成短链脂肪酸(Short-chain fatty acids,SCFAs)、合成重要的维生素(即K和B族维生素),以及启动免疫系统。因此,了解膳食纤维如何影响肠道菌群,进而影响人体生化和生理学效应,对于有效使用膳食纤维来改善人类健康至关重要。

  近日,美国斯坦福医学院医学院Michael Snyder教授团队在国际知名期刊Cell Host & Microbe上发表了题为“Global, distinctive, and personal changes in molecular and microbial profiles by specific fibers in humans”的研究成果(图1)。研究表明,每一种纤维都可引起个体化和纤维特异性的生化和微生物菌群反应,因此,膳食纤维对健康的益处因人而异,可能还取决于具体摄入的纤维类型和摄入剂量。

图1 研究成果(图源:Cell Host & Microbe)


  在这项研究中,研究人员开展了一项纵向、随机、交叉实验,以试图了解两种常见的单个纯化纤维阿拉伯木聚糖(Arabinoxylan,AX)和长链菊粉(Long-chain inulin,LCI)对肠道微生物以及人体的影响。AX在全谷物中很常见,如黑麦、小麦、燕麦和大米;而 LCI 则存在于洋葱、菊苣根、大蒜和洋蓟中。这两种纤维都可以作为膳食补充剂。

  研究人员招募了18名参与者定期补充这两种纤维,以及由等量的AX或LCI,阿拉伯胶、葡甘露聚糖和抗性淀粉等组成的混合纤维。参与者被随机分配到两组,纤维补充量从第一周(早餐)的每天10克增加到第二周的每天20克(早餐10克、晚餐10克),最后第三周增加到每天30克(早餐、午餐和晚餐各10克)。最后研究人员通过分析粪便宏基因组学、血浆蛋白质组学、代谢组学、脂质组学,血清细胞因子和临床数据,揭示AX、LCI 和混合纤维在肠道菌群以及人体代谢和炎症等方面的独特和个体化作用(图2)。

图2 研究设计概述(图源:Cell Host & Microbe)


  研究人员首先通过使用变异系数(Coefficient of variation,CV)衡量不同组学强度的个体间变异。研究结果显示,各个组学之间的CV分布是有显著差异的。其次,在所有的膳食纤维干预过程中,微生物菌群的组成发生了变化,微生物香农多样性减少(图3)。

图3 膳食纤维的一般生物学效应(图源:Cell Host & Microbe)


  接下来,研究人员深入研究了单个纯化纤维对临床相关分析和多组学测量的影响。研究结果显示,在摄入AX期间,参与者的血脂状况得以改善,体内低密度脂蛋白(全称,LDL,“坏”胆固醇)、总胆固醇和其他脂质水平有所降低(图4)。然而,个体的反应却各不相同。一些参与者的胆固醇水平几乎没有变化,而一些参与者胆固醇下降幅度最大(即强烈应答者),表现出不同的全身系统性反应,包括他们的宏基因组中有更多的酚酸代谢相关基因和更低的临床甘油三酯。

  此外,进一步研究显示,AX降低胆固醇与胆汁酸分泌增加或胆汁的其他变化有关。特别是,研究人员发现在摄入AX的过程中,胆汁酸增加。除了排出胆固醇池外,它们还作为胆固醇代谢的信号分子,与代谢性核受体FXR和LXR结合,控制胆固醇代谢及其向胆汁酸的转化。

图4 服用阿拉伯木聚糖时身体的系统生物学变化(图源:Cell Host & Microbe)


  同时,研究结果显示,低剂量LCI的摄入与炎症标志物轻微减少和双歧杆菌丰度增加有关。双歧杆菌是一种能在机体中产生健康短链脂肪酸的肠道益生菌。然而,在30克/天的高剂量摄入下,参与者的炎症水平和肝脏中的丙氨酸氨基转移酶(Alanine aminotransferase,ALT)水平会显著升高(ALT是肝损伤的潜在标志物),表明LCI摄入过多可能会有害健康。

  膳食纤维可以通过调节肠道菌群的组成和功能,来改善人体健康,但不同种类的纤维补充剂可能有不同作用。该研究揭示了不同膳食纤维补充剂在肠道菌群以及人体代谢和炎症等方面的独特和个体化作用。值得注意的是,研究结果发现摄入高剂量LCI可能导致一些不良反应,而AX降低胆固醇的作用也存在个体间差异,提示了膳食纤维个体化干预的重要性。

  总之,这项研究结果表明,膳食纤维的益处取决于纤维类型、剂量和个体本身,即纤维、肠道菌群和宿主之间相互作用产生的一系列因素。这些结果对于理解个性化营养至关重要。

  日常饮食中应如何摄入膳食纤维?

  纤维是我们饮食的重要组成部分,也被称为粗粮,它是植物食物中难以消化的部分,有助于降低患心脏病和2型糖尿病等疾病的风险。

  纤维主要有两种类型,都是人们无法消化的非淀粉多糖:

  (1)不溶性纤维主要有纤维素、部分半纤维素、木质素等。不溶性膳食纤维质地较硬,它们的主要作用是促进肠道蠕动和预防便秘。

  (2)可溶性纤维主要有果胶、树胶、藻胶、豆胶、琼脂、部分低聚糖及少数半纤维素等。一般来说,可溶性的膳食纤维质地柔软,在大肠中部分或全部被发酵,可以帮助人体控制胆固醇和血糖水平,有利于预防心脏病和糖尿病等慢性疾病。

  尽管上述研究揭示膳食纤维对健康的益处因人而异,不过有一点可以肯定,就是适当摄入膳食纤维确实对人体存在一些益处,如:增加饱腹感,有助于肥胖者减少进食量;膳食纤维的吸水性可增加粪便体积,促使粪便排泄;减少小肠对糖的吸收,降低脂肪、胆固醇等吸收率,达到降低血糖和血脂的作用等。

  中国营养学会推荐成年人膳食纤维的摄入量是25~35 克/天,但根据2016 年发布的《中国居民膳食纤维摄入白皮书》显示,中国居民膳食纤维摄入普遍不足。因此,补充膳食纤维是非常有必要的,在生活中应当保证粗粮摄入,多吃蔬菜水果。

  此外,在补充膳食纤维时要注意以下几点:

  1. 可溶性膳食纤维比较柔和,对消化道刺激小,适合肠胃功能不好的人;

  2. 不溶性膳食纤维对肠胃的刺激较大,如果肠胃功能不是很好,尽量少吃“筋”多、富含不溶性膳食纤维的食物;

  3. 补膳食纤维并非多多益善,摄入过量时,会引起胃肠胀气,肠易激综合征患者、儿童和老人更为明显;

  4. 摄入过多膳食纤维还会影响钙、铁、镁等矿物质的吸收。

  总之,膳食纤维益处多多,我们需要重视膳食纤维的摄入,但也必须因人而异,因时而异。

  题图来源:Healthline,仅用于学术交流。

撰文|依然

排版|露娜


参考资料:

[1]Lancaster SM, Lee-McMullen B, Abbott CW, et al. Global, distinctive, and personal changes in molecular and microbial profiles by specific fibers in humans. Cell Host Microbe. 2022 Apr 22:S1931-3128(22)00166-4. doi: 10.1016/j.chom.2022.03.036. Epub ahead of print. PMID: 35483363.

[2]全国膳食纤维日|膳食纤维究竟是什么?为什么我们越来越需要它?

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