肥胖與代謝綜合征，膳食纖維干預(yù)的相關(guān)進(jìn)展

肥胖和代謝綜合征在全球范圍內(nèi)日益流行，是21世紀(jì)人類健康面臨的重大威脅之一。據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)全球數(shù)據(jù)估計，目前全球約13%(即近65億)成年人口受肥胖癥影響。

肥胖和代謝綜合征對健康的危害包括增加患心血管疾病、糖尿病和高血壓的風(fēng)險，影響身體的免疫系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)，還可能導(dǎo)致肝臟疾病等。

更令人擔(dān)憂的是，模型預(yù)測到2030年，約五分之一的成年人將患有肥胖癥，這些數(shù)字突顯了尋求新療法的迫切需要，這些新療法將獨(dú)特地利用肥胖和代謝綜合征背后的復(fù)雜途徑來促進(jìn)體重減輕以及代謝和免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。

"肥胖"是指身體過度脂肪堆積，超過正常范圍的體重。通常是由于攝入熱量過多，消耗熱量不足導(dǎo)致的。同時肥胖患者還伴有慢性低度炎癥，以及腸內(nèi)分泌和神經(jīng)激素的失調(diào)。

體重通過激素、神經(jīng)和代謝途徑之間復(fù)雜的相互作用進(jìn)行調(diào)節(jié)，并受到許多環(huán)境因素的影響。能量攝入和支出之間的不平衡可能是由于多種因素造成的，包括飲食行為的改變、異常的飽腹感或饑餓感以及低能量支出。

目前主要有兩種新興的治療方式：通過腸道微生物群和膳食纖維。腸道微生物群通過涉及粘膜和全身免疫、激素和神經(jīng)系統(tǒng)的多種機(jī)制，深刻影響能量穩(wěn)態(tài)的各個方面。

膳食纖維對新陳代謝和肥胖的益處也已通過機(jī)制研究和臨床試驗(yàn)得到證明，在本文，我們討論了不同纖維的理化特性、纖維和腸道微生物群如何相互作用以調(diào)節(jié)體重穩(wěn)態(tài)的新發(fā)現(xiàn)，以及與使用膳食纖維作為補(bǔ)充策略。

了解膳食纖維沿胃腸道的生理效應(yīng)，包括腸道微生物群的作用，將支持開發(fā)利用微生物群和臨床特征來預(yù)測個體對纖維補(bǔ)充反應(yīng)的精醫(yī)學(xué)方法，用于調(diào)節(jié)免疫、代謝和體重穩(wěn)態(tài)。隨著臨床前和臨床研究繼續(xù)探索膳食纖維能夠促進(jìn)哪些與健康相關(guān)的微生物群和代謝物，對這種纖維-微生物群的相互作用將為開發(fā)基于纖維的精營養(yǎng)提供框架，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化、個性化的肥胖和代謝綜合征相關(guān)治療。

01

關(guān)于肥胖你需要知道的

為了更好地預(yù)防和改善肥胖，我們需要先了解關(guān)于肥胖的一些知識。

肥胖的病理生理學(xué)

? 肥胖患者腸內(nèi)分泌和神經(jīng)激素會失調(diào)

肥胖不僅僅是體重過高，其實(shí)是一種復(fù)雜的慢性進(jìn)行性疾病，其特征是體內(nèi)脂肪堆積過多以及腸內(nèi)分泌和神經(jīng)激素信號通路失調(diào)，從而增加食欲和能量儲存。

? 肥胖還伴有慢性低度炎癥

肥胖也被描述為一種慢性低度全身炎癥，循環(huán)促炎細(xì)胞因子水平升高，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)以及參與能量和代謝穩(wěn)態(tài)的所有器官產(chǎn)生負(fù)面影響。

肥胖個體下丘腦尺寸的增加被認(rèn)為是由于下丘腦炎癥所致，這將加劇能量穩(wěn)態(tài)失調(diào)。內(nèi)臟脂肪組織和胃腸道失調(diào)似乎是全身炎癥的主要原因。來自肥胖動物模型的大量證據(jù)支持腸道微生物群衍生的脂多糖數(shù)量增加通過增強(qiáng)細(xì)胞旁運(yùn)動或通過乳糜微粒運(yùn)輸?shù)目缂?xì)胞途徑進(jìn)入體循環(huán)的作用，從而啟動許多炎癥途徑，進(jìn)一步導(dǎo)致體重增加。

盡管來自人類研究的證據(jù)不如來自動物模型的結(jié)果清楚地表明腸道來源的脂多糖與肥胖之間的關(guān)聯(lián)，但人體中的一些研究結(jié)果已將全身性脂多糖增加與肥胖聯(lián)系起來，特別是與肥胖相關(guān)的代謝疾病風(fēng)險。

此外，一些人類研究的結(jié)果表明，高水平的餐后內(nèi)毒素血癥先于2型糖尿病的發(fā)生，這表明存在潛在的致病作用。

能量穩(wěn)態(tài)的控制

在正常生理?xiàng)l件下，能量穩(wěn)態(tài)通過調(diào)節(jié)飲食行為和能量儲存的腸內(nèi)分泌和神經(jīng)激素信號通路受到嚴(yán)格控制。除了胰腺產(chǎn)生胰島素和胰高血糖素之外，胃腸道和脂肪組織也會產(chǎn)生主要整合在下丘腦內(nèi)的信號，以調(diào)節(jié)食物攝入和能量消耗。

? 腸內(nèi)分泌激素有促食欲和抑制食欲兩種作用

腸內(nèi)分泌激素，由整個胃腸道中專門的腸內(nèi)分泌細(xì)胞(EEC)響應(yīng)營養(yǎng)和其他信號而釋放。這些激素在胃腸道和遠(yuǎn)處器官中發(fā)揮局部作用，協(xié)調(diào)能量穩(wěn)態(tài)的維持，包括饑餓、飽腹感、腸道屏障完整性、腸道轉(zhuǎn)運(yùn)、血糖控制和整體能量平衡。

腸內(nèi)分泌激素的功能可根據(jù)其促食欲(刺激食欲)和厭食(抑制食欲)特性大致分類。膽囊收縮素(CCK)、肽 YY(PYY)、胰高血糖素樣肽1(GLP1)、葡萄糖依賴性促胰島素多肽(GIP)和胃泌酸調(diào)節(jié)素是主要由小腸EEC產(chǎn)生并在餐后釋放以誘導(dǎo)飽腹感和減少食物的攝入。

從胃中釋放的生長激素釋放肽和從結(jié)腸中的EEC釋放的胰島素樣因子5(INSL5)充當(dāng)促食欲信號。瘦素和脂聯(lián)素從脂肪組織中釋放，也有助于調(diào)節(jié)飲食行為和能量穩(wěn)態(tài)。

? 進(jìn)食速度和食物適口性也會影響能量攝入

然而，腸道源性食欲激素的水平并不一定與能量攝入相關(guān)；此外，一些研究表明，人類對急性飲食的激素反應(yīng)并未表現(xiàn)出對常量營養(yǎng)素攝入量長期差異的實(shí)質(zhì)性適應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)表明，其他因素，例如食物能量密度和食物攝入速度以及食物的適口性，可能會增加人類的能量攝入。

? 中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)饑餓、飽腹感和能量儲存

中樞神經(jīng)系統(tǒng)是多種腸道源性激素的重要作用部位，也是通過整合涉及自主下丘腦回路、皮質(zhì)執(zhí)行回路和皮質(zhì)邊緣獎勵通路的大腦網(wǎng)絡(luò)來調(diào)節(jié)饑餓、飽腹感和能量儲存的中樞調(diào)節(jié)器。

下丘腦的弓狀核內(nèi)有兩個獨(dú)立且相對的神經(jīng)元群：促食欲NPY-AgRP神經(jīng)元和促厭食POMC-CART神經(jīng)元。

NPY-AgRP神經(jīng)元被能量不足和信號(如生長激素釋放肽)激活，以刺激食物攝入，并被胃腸道中營養(yǎng)物質(zhì)的存在和飽足信號(如CCK和PYY)抑制。相比之下，瘦素等信號激活POMC-CART神經(jīng)元會抑制進(jìn)食，并由于釋放與大腦黑皮質(zhì)素受體結(jié)合的α-黑素細(xì)胞刺激激素而改變葡萄糖代謝。

? 肥胖患者的能量信號受損導(dǎo)致易暴飲暴食

有證據(jù)表明，肥胖成人中營養(yǎng)信號的受損會導(dǎo)致暴飲暴食和肥胖。在一項(xiàng)針對健康體重個體和肥胖個體的單盲、隨機(jī)、對照交叉研究中，結(jié)果顯示，肥胖個體在大腦對攝入營養(yǎng)素的反應(yīng)中表現(xiàn)出整體和營養(yǎng)特異性受損。因此腸道和脂肪源性激素以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)共同是能量穩(wěn)態(tài)治療操縱的基本目標(biāo)。

過去二十年的研究表明，肥胖代謝特征的特征是人類血清膽囊收縮素、胰島淀粉樣多肽、胃饑餓素、INSL5和胰島素水平升高，同時瘦素、GLP1和PYY水平降低。

重要的是，這些血漿激素水平被發(fā)現(xiàn)隨著減肥手術(shù)后肥胖的解決而恢復(fù)正常，從而強(qiáng)調(diào)了它們作為關(guān)鍵治療靶點(diǎn)的作用。

基于藥物的療法

? 激素藥物的療法會受到胃腸道耐受性的影響

針對肥胖的內(nèi)源性神經(jīng)分泌機(jī)制的藥物是治療肥胖和代謝綜合征有效的長期藥物療法。GLP1激動劑(索馬魯肽、利拉魯肽和西他列汀)已被證明對持續(xù)減肥和改善心臟代謝功能具有良好功效。

使用作用于GIP、GLP1或胰高血糖素受體的雙重和三重激素受體激動劑的臨床試驗(yàn)已顯示出在減肥和改善代謝參數(shù)方面的卓越功效。

然而，這些基于腸降血糖素的療法的使用目前受到高成本、有限的醫(yī)療保健覆蓋范圍和胃腸道耐受性問題的限制。此外，人們還擔(dān)心這些藥物對腸道功能的長期影響。

? 基于飲食的療法將是未來的趨勢

由于這些限制，人們越來越有興趣開發(fā)替代性腸促胰島素靶向療法，特別是基于飲食的方法，通過使腸促胰島素激素(如GLP1和GIP)水平正?；?/strong>來治療肥胖并預(yù)防肥胖相關(guān)代謝功能障礙的發(fā)生。

02

膳食纖維和代謝健康

在動物模型和人類中進(jìn)行的大量研究表明膳食纖維攝入對宿主代謝和減肥有好處，因此增加膳食纖維攝入量作為一種基于飲食的肥胖療法已引起廣泛關(guān)注。

膳食纖維是碳水化合物的一種聚合物，主要存在于植物食物中，可抵抗哺乳動物基因組中編碼的酶的消化；它們到達(dá)近端結(jié)腸，在其中經(jīng)歷腸道微生物群不同速率和程度的糖分解發(fā)酵。

? 目前大部分人群膳食纖維攝入不足

膳食纖維的生理益處多種多樣，取決于其理化特性和攝入量，膳食纖維的推膳食攝入量為每1000kcal 14克(成年女性每天25克，成年男性每天38克)。然而，目前大部分人群通常每天攝入的纖維少于15克，即推量的一半左右。

? 腸道微生物在纖維代謝促進(jìn)健康中起重要作用

幾項(xiàng)大型前瞻性研究已經(jīng)證明了纖維消耗與代謝健康之間的關(guān)聯(lián)，目前的工作強(qiáng)調(diào)了腸道微生物群在將膳食纖維攝入與有益效果聯(lián)系起來。

越來越多的證據(jù)表明，腸道微生物群通過涉及免疫、激素和神經(jīng)系統(tǒng)影響的多種機(jī)制，深刻影響能量穩(wěn)態(tài)的各個方面，并且腸道菌群失調(diào)或腸道微生物類群的異常組成可能會導(dǎo)致能量代謝紊亂并對脂肪組織、肌肉和肝臟造成影響。

腸道微生物群發(fā)酵纖維會釋放出多種代謝物，包括短鏈脂肪酸、酚類和吲哚化合物、支鏈脂肪酸、乳酸、琥珀酸和各種氣體(氫氣、二氧化碳、甲烷、一氧化氮和含硫化合物)。

腸道微生物產(chǎn)生代謝物的途徑和前體對飲食攝入具有高度適應(yīng)性；因此，通過特定的飲食干預(yù)措施(例如膳食纖維)來針對微生物代謝是改善代謝功能障礙和肥胖的關(guān)鍵因素。

短鏈脂肪酸

短鏈脂肪酸是通過微生物可接觸的膳食纖維發(fā)酵產(chǎn)生的主要代謝物，人體腸腔中主要短鏈脂肪酸的相對比約為乙酸鹽(60)：丙酸鹽(20)：丁酸鹽(20)。

短鏈脂肪酸可以通過與G蛋白偶聯(lián)受體相互作用并抑制組蛋白脫乙?；?/strong>來介導(dǎo)多種局部和外周效應(yīng)，從而導(dǎo)致基因表達(dá)的表觀遺傳調(diào)節(jié)變化。

丁酸鹽在結(jié)腸中被結(jié)腸細(xì)胞用作能量來源，而丙酸鹽和乙酸鹽通過門靜脈吸收到肝臟，其中丙酸鹽主要用作糖異生和脂肪生成的底物；相反，乙酸鹽以更高的量進(jìn)入體循環(huán)。

? 短鏈脂肪酸影響激素分泌從而改善葡萄糖代謝

除了纖維對胃排空和抑制消化的影響已得到充分證明外，增加飲食中的纖維含量可能會通過產(chǎn)生短鏈脂肪酸來幫助減肥和葡萄糖代謝。

大量體外和小鼠研究表明，短鏈脂肪酸通過G蛋白偶聯(lián)受體GPR41和GPR43(也稱為FFAR3和FFAR2)直接刺激腸道腸內(nèi)分泌細(xì)胞分泌胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)和肽YY(PYY)。

體內(nèi)研究表明，急性直腸輸注醋酸鹽或短鏈脂肪酸混合物會增加PYY和GLP1的全身水平。此外，一項(xiàng)人體研究表明，與單獨(dú)使用菊粉相比，在20名健康成年人中，急性口服菊粉丙酸鹽會增加全身PYY和GLP1的水平，并減少食物攝入量，這表明丙酸鹽水平增加在調(diào)節(jié)血糖新陳代謝方面發(fā)揮著作用。

? 短鏈脂肪酸影響神經(jīng)系統(tǒng)抑制食欲和能量攝入

短鏈脂肪酸還可以直接與腸神經(jīng)系統(tǒng)相互作用，從而允許腸道來源的短鏈脂肪酸向大腦直接發(fā)出信號。小鼠研究表明，短鏈脂肪酸給藥可通過中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)機(jī)制抑制食欲和能量攝入。

此外，體外和小鼠研究表明，短鏈脂肪酸可以通過多種機(jī)制增強(qiáng)血腦屏障，包括減少氧化和促炎途徑以及增加緊密連接蛋白。

在小鼠研究中，乙酸鹽和丁酸鹽已被證明可以穿過血腦屏障并刺激迷走神經(jīng)和下丘腦，從而調(diào)節(jié)食物攝入量和飽腹感。使用功能性磁共振成像的人體研究表明，結(jié)腸丙酸鹽輸送減少了與食物渴望相關(guān)的大腦區(qū)域的活動，并減少了食物攝入量。

需要注意的是，盡管在人腦和腦脊液中發(fā)現(xiàn)了可測量濃度的短鏈脂肪酸，但人腦對循環(huán)短鏈脂肪酸的攝取似乎有限，這表明一些記錄在案的循環(huán)短鏈脂肪酸對大腦活動的影響可能是這是由于短鏈脂肪酸誘導(dǎo)的與免疫和內(nèi)分泌系統(tǒng)的相互作用，而不是大腦內(nèi)的直接相互作用。

? 短鏈脂肪酸影響脂肪的分解和積累

在培養(yǎng)的小鼠和人類脂肪細(xì)胞中，乙酸鹽和丙酸鹽已被證明能夠以G蛋白偶聯(lián)受體依賴性方式促進(jìn)脂肪分解并抑制脂肪生成，從而可能減少非脂肪組織和脂肪組織中的全身脂質(zhì)循環(huán)和脂肪積累，同時還提高胰島素敏感性。

在人類研究中，短鏈脂肪酸的直腸給藥已證明可以促進(jìn)全身脂肪分解，并且在體外培養(yǎng)的人類脂肪細(xì)胞中，短鏈脂肪酸也已被證明可以刺激瘦素分泌。短鏈脂肪酸還可以減少人類外植體脂肪組織的促炎細(xì)胞因子分泌，因此可能有助于減少與肥胖相關(guān)的全身低度炎癥。

注意：仍然存在一些不確定性

然而，盡管大量工作支持短鏈脂肪酸在調(diào)節(jié)體重增加和宿主代謝方面具有潛在的有益作用，但該領(lǐng)域關(guān)于短鏈脂肪酸在肥胖中的作用仍然存在很大的不確定性，因?yàn)樵S多影響主要體現(xiàn)在小鼠模型無法在人類研究中復(fù)制。

事實(shí)上，據(jù)報道短鏈脂肪酸水平升高和降低都與肥胖有關(guān)。然而，大多數(shù)人類研究測量糞便樣本中的 短鏈脂肪酸，這反映了生產(chǎn)、吸收和利用的凈結(jié)果，并不一定反映可能更相關(guān)的全身水平。

為了支持這一觀點(diǎn)，對160名BMI在19.2 kg/m2至41kg/m2且葡萄糖代謝正常或受損的參與者進(jìn)行的橫斷面研究中證明，全身短鏈脂肪酸水平與空腹甘油呈負(fù)相關(guān)。三酰甘油和游離脂肪酸，與空腹GLP1呈正相關(guān)，而糞便水平與這些參數(shù)均無關(guān)聯(lián)。此外還發(fā)現(xiàn)循環(huán)醋酸鹽與胰島素敏感性之間呈負(fù)相關(guān)，而丙酸鹽與胰島素敏感性呈正相關(guān)。

總體而言，研究短鏈脂肪酸對宿主代謝的生理影響的可用人體體內(nèi)數(shù)據(jù)仍然有限。由于纖維、腸道微生物群和人體新陳代謝之間相互作用的復(fù)雜性，目前尚不清楚增加纖維攝入量的有益影響是由于微生物代謝和某些代謝物(例如短鏈脂肪酸)的產(chǎn)生或其他有據(jù)可查的影響而產(chǎn)生的纖維的變化，包括運(yùn)輸時間、營養(yǎng)吸收或糞便膨脹和結(jié)合的改變。

乳酸和琥珀酸

除了短鏈脂肪酸之外，腸道微生物群還在膳食纖維發(fā)酵過程中產(chǎn)生乳酸和琥珀酸，然而，這些代謝物通常被認(rèn)為是微生物生產(chǎn)短鏈脂肪酸的中間體。

? 肥胖和代謝綜合征患者乳酸和琥珀酸含量增加

乳酸和琥珀酸以低濃度存在于血液和組織中，與沒有肥胖的人相比，在肥胖和代謝綜合征患者中檢測到的水平有所增加。乳酸是宿主衍生的葡萄糖代謝產(chǎn)物，當(dāng)糖酵解通量超過線粒體氧化時，血液中的乳酸會增加。

? 乳酸可能作為活性信號分子減少促炎反應(yīng)

因此，乳酸可以被認(rèn)為是葡萄糖代謝受損的生物標(biāo)志物。此外，體外和小鼠研究表明，乳酸可以作為活性信號分子，調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞功能和代謝，并通過GPR81依賴性和非GPR81依賴性來減少脂肪組織和免疫細(xì)胞功能中的促炎癥反應(yīng)。

由于這些有益的發(fā)現(xiàn)，有人建議通過增加纖維攝入量和由此產(chǎn)生的乳酸產(chǎn)量來靶向GPR81可能代表肥胖和代謝紊亂的新治療靶點(diǎn)。

? 琥珀酸作為代謝穩(wěn)態(tài)的一種信號分子

盡管琥珀酸傳統(tǒng)上被認(rèn)為是三羧酸循環(huán)的代謝物，但目前的研究已證明琥珀酸可作為參與應(yīng)激和組織損傷的代謝信號。

腸腔中琥珀酸含量較低，但對小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞外琥珀酸的濃度隨著纖維攝入量的增加而增加。琥珀酸可以通過與幾種不同細(xì)胞類型(包括脂肪細(xì)胞和免疫細(xì)胞)上的琥珀酸受體1(SUCNR1；也稱為GPR91)結(jié)合而充當(dāng)信號分子。

在人類中，橫斷面研究報告稱，血漿琥珀酸水平、肥胖和葡萄糖代謝損傷之間存在負(fù)相關(guān)。據(jù)報道，琥珀酸還可以充當(dāng)生熱激活劑和褐變劑，并且對脂肪分解具有影響。

一項(xiàng)使用脂肪細(xì)胞特異性Sucnr1敲除小鼠和從肥胖人群中分離出的人類脂肪細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，通過與SUCNR1相互作用調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞中的生物鐘和瘦素表達(dá)，琥珀酸誘導(dǎo)的代謝效應(yīng)具有新功能。

? 琥珀酸可能有助于解釋代謝與炎癥之間的聯(lián)系

還有強(qiáng)有力的證據(jù)表明琥珀酸-SUCNR1信號傳導(dǎo)可以充當(dāng)代謝應(yīng)激和炎癥之間的聯(lián)系。

利用人類原代巨噬細(xì)胞證明，細(xì)胞外琥珀酸可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生抗炎作用。有趣的是，肥胖與全身琥珀酸水平高有關(guān)，但脂肪組織駐留巨噬細(xì)胞中琥珀酸受體的表達(dá)減少，這可能有助于解釋為什么肥胖患者往往無法控制炎癥。

在小鼠模型中，研究表明，腸道微生物群響應(yīng)補(bǔ)充低聚果糖 的飲食而產(chǎn)生的琥珀酸增加，通過充當(dāng)腸道糖異生的底物并隨后減少肝臟葡萄糖的產(chǎn)生來改善血糖控制和能量代謝。

隨著越來越多的研究檢查琥珀酸誘導(dǎo)的生理效應(yīng)，它可能有助于闡明細(xì)胞外琥珀酸的作用及其在調(diào)節(jié)宿主代謝中的局部和全身作用模式以及如何好地針對這些途徑。

腸道氣體

? 微生物發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生的氣體會導(dǎo)致一些胃腸道癥狀

膳食纖維經(jīng)微生物發(fā)酵還會進(jìn)一步產(chǎn)生H2、CO2和CH4等氣體。然而，纖維發(fā)酵過程中氣體產(chǎn)量的增加可能會引起不良癥狀，并且是個體不耐受高水平纖維的主要原因之一。

因此，還需要進(jìn)行更多研究來增加腸道氣體對宿主生理和代謝影響的了解，使用纖維和大量營養(yǎng)素的飲食控制來減輕患有與產(chǎn)氣相關(guān)的胃腸道疾病的患者癥狀。

03

膳食纖維對胃腸道的生理作用

了解膳食纖維在胃腸道中的生理效應(yīng)機(jī)制，包括其與腸道微生物群的作用，將有助于開發(fā)基于膳食纖維的補(bǔ)充策略，以調(diào)節(jié)免疫、代謝和體重穩(wěn)態(tài)。

膳食纖維的異同

所有膳食纖維的共同特征是它們的低聚或多聚碳水化合物結(jié)構(gòu)可抵抗小腸的消化，并且如果分離和合成，則對人類健康顯示出生理益處。然而，纖維之間的化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)以及理化特性存在巨大的異質(zhì)性。

常見分離和合成的商業(yè)膳食纖維

? 膳食纖維的差異會影響其對人體的作用

具有較長、無支鏈的線性碳水化合物結(jié)構(gòu)(如纖維素)通常不溶于水性溶劑，阻礙了人類腸道微生物群對其進(jìn)行發(fā)酵，使較少的微生物能夠接觸到這種結(jié)構(gòu)。

相比之下，具有混合連接或支鏈的低聚合物和聚合物通常可溶于水，更容易被腸道微生物接近。因此，隨著聚合度的增加，可溶性纖維傾向于將水和其他化合物截留在聚合物內(nèi)和聚合物之間，從而以濃度依賴性方式增加粘度。分子量也會影響微生物的發(fā)酵和短鏈脂肪酸生產(chǎn)速率；然而，分子量與發(fā)酵之間的關(guān)系取決于纖維結(jié)構(gòu)，且不一定是線性的。

盡管纖維通常根據(jù)物理化學(xué)性質(zhì)(例如溶解度、粘度、結(jié)合能力或發(fā)酵性)進(jìn)行分類，但這種分類并不能反映離散纖維結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出的全部性質(zhì)。

例如，來自高粱或稻米等草類的阿拉伯木聚糖低聚物或簡單結(jié)構(gòu)的聚合物很容易發(fā)酵，而復(fù)雜結(jié)構(gòu)的阿拉伯木聚糖要么在整個結(jié)腸中緩慢發(fā)酵，要么很難被人類腸道微生物群作用。

因此，了解纖維的結(jié)構(gòu)和理化特性，尤其是分離或合成后的纖維，對于更精確地應(yīng)用纖維來治療肥胖至關(guān)重要。

近端胃腸道的生理反應(yīng)

膳食纖維的理化特性影響它們在胃腸道中的作用，從而決定它們對炎癥、代謝和能量穩(wěn)態(tài)的影響。

? 粘性纖維和較大纖維會增加飽腹感并減少攝入

從口腔開始，粘性纖維和大纖維顆粒(如谷類麩皮)可以通過獲得更堅硬和耐嚼的食物基質(zhì)來延長咀嚼和口腔感官暴露，從而改變內(nèi)分泌相對飽腹感的反應(yīng)并減少能量攝入。

當(dāng)食品應(yīng)用中熱量密集的糖和脂肪減少時，菊粉、低聚果糖和微纖絲纖維等纖維也可以保持感官特性(如甜味和口感)。天然食品中的纖維基質(zhì)進(jìn)一步充當(dāng)唾液淀粉酶等消化酶的屏障。咀嚼過程中這些三維植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的維持影響細(xì)胞內(nèi)成分(如淀粉)沿胃腸道的生物利用度。

增加食糜粘度的纖維，例如較高分子量的混合連接或支化聚合物和微纖絲纖維，可促進(jìn)胃擴(kuò)張并延遲胃排空。小腸腔內(nèi)增加的食糜粘度通過限制營養(yǎng)物質(zhì)向粘膜擴(kuò)散和內(nèi)源性消化酶的活性進(jìn)一步延遲營養(yǎng)物質(zhì)吸收，這通過觸發(fā)回腸破裂進(jìn)一步減慢近端胃腸傳輸。

? 纖維結(jié)構(gòu)影響脂質(zhì)的吸收和利用率

除了粘度之外，某些纖維結(jié)構(gòu)還可以結(jié)合或捕獲化合物，例如常量營養(yǎng)素和微量營養(yǎng)素、酚類和膽汁酸，從而延遲或阻止小腸吸收。膽汁酸與膳食纖維的結(jié)合會干擾膽汁酸的腸肝循環(huán)并阻礙膠束形成，從而減少脂質(zhì)的吸收和利用率。

此外，增加纖維結(jié)合膽汁酸向大腸的輸送可能會導(dǎo)致微生物膽汁鹽水解酶和 7α-脫羥酶將初級膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸。對人類和小鼠的研究以及使用分離的人類胰島和哺乳動物培養(yǎng)細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)表明，這些次級膽汁酸通過多種膜和核受體(包括G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體(TGR5)和法尼醇X受體，導(dǎo)致飽腹感增加、肝糖原合成、肝臟、棕色脂肪和肌肉組織中的胰島素分泌和能量消耗。

一項(xiàng)針對肥胖和2型糖尿病患者(n=23)的研究證明，將結(jié)合膽汁酸輸送到回結(jié)腸區(qū)域可降低餐后血糖和空腹胰島素水平，并增加GLP1分泌，這支持了膽汁酸在葡萄糖代謝中的作用。