抗性淀粉（RS）也称功能性膳食纤维，具有一定的潜在益生作用和多种生理功能，是一种“药食两用”的食品资源。近几十年来，不仅结直肠癌等肠道疾病给临床医学带来严峻考验，II型糖尿病（T2DM）的患病率在全球范围内也急剧上升，且已蔓延至青少年和儿童，严重威胁人类健康。除了药物治疗外，将具有低血糖指数的RS纳入日常饮食中被认为是预防和治疗T2DM的潜在替代药物。RS可以修复胰腺损伤、调控脂肪酸的摄入和氧化过程、提高肝糖原合成能力，进而改善血脂异常，稳定血糖水平，对防治心血管疾病、T2DM和脂肪肝等多种代谢疾病具有重要意义。
东北农业大学食品学院的李颖、张欣和李艾黎*等人综述了RS调节宿主肠道健康和改善糖脂代谢紊乱方面的最新研究进展，为加深对RS的功能性认识提供参考。本文在总结国内外关于抗性淀粉对肠道健康及糖脂代谢的影响及其相关作用机制的基础上，展望其在糖尿病、结直肠癌等相关疾病的预防与治疗或膳食干预领域中的应用前景。
1 RS对宿主肠道菌群及其代谢产物的影响
研究发现，膳食是改善肠道菌群紊乱的关键因素，其中，RS的摄入能促进保护肠道屏障的双歧杆菌等有益菌增加，抑制诱导肠道内产内毒素的革兰氏阴性菌增殖，从而降低肠道通透性，减少致病机率。此外，RS经肠道菌群作用形成的短链脂肪酸（SCFAs）是G蛋白偶联受体（GPCRs）GPR43和GPR41的生理配体，作为不可或缺的调节因子在宿主的肝脏组织、胰腺组织、脂肪组织和肠道中都有所表达。因此，RS可以通过改善肠道菌群的组成，调节宿主糖脂代谢、肠道屏障功能、免疫应答以及炎症状态等（图1）。
1.1 RS对肠道菌群的影响
目前，大量动物和临床实验证明RS的摄入能够改变肠道厚壁菌门与拟杆菌门的比值，进而改善糖脂代谢紊乱。研究表明，部分杆菌、弧菌如志贺氏菌（Shigella）和霍乱弧菌（Vibrio cholerae）等菌群对酸性环境耐受性差，由于RS的摄入增加SCFAs的含量，通过降低肠道pH值，减弱或抑制这类细菌的生长和繁殖甚至死亡，因此推测pH值降低是菌群多样性降低的原因。然而，RS对菌群多样性的调节作用存在争议，有待作进一步的证实。
研究表明不同食物来源的RS均能促进肠道益生菌的生长，通过调节菌群数量和分布，改善肠道菌群平衡。如玉米、荞麦、薏苡仁、香蕉中的RS均能抑制肠杆菌（Enterobacter）、肠球菌（Enterococcus）、产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）等有害菌的生长，其是双歧杆菌（Bifidobacterium）和乳酸杆菌（Lactobacillus）等有益菌的增殖因子，并且RS浓度越大，抑制和增殖的效果越明显。薏苡仁RS可以改善小鼠肠道菌群结构，降低肠道内还原细菌（Sulphate-reducing bacteria）、紫单胞菌科、理研菌科（Rikenellaceac）、梭菌科（Clostridiaceae）致病性或潜在致病性的菌群的数量；增加丁酸弧菌属、拟杆菌科（Bacteroideae）等有益肠道健康菌群的数量，对维持肠道健康和预防肠道疾病发生发挥重要作用。
1.2 RS调节肠道代谢产物
已有研究证明，RS可以改善腔内环境，有效抑制一些有害蛋白质降解产物的生成。大量动物和人体实验研究表明：RS摄入后在结肠作为微生物底物被选择性的分解和发酵，可以产生大量以乙酸、丙酸、丁酸为主的SCFAs。SCFAs能为机体提供能量、帮助优势菌在肠道中建立优势地位以及作为信号分子调节糖脂代谢，还能够通过降低肠道pH值，抑制腐生菌的生长繁殖和致癌物质的产生，起到调节肠道功能的作用。
1.3 RS改善肠道健康
大量研究已经证实，不良的饮食习惯、不合理的膳食结构、膳食纤维摄入过少等因素是导致肠道微生态紊乱诱发结肠炎症和癌变的重要原因。然而，RS的摄入对改善肠道功能、抑制结肠癌的发病率起重要的调节作用。以下就RS通过肠道菌群对降低肠道通透性、增强肠道免疫功能和抑制结肠上皮细胞癌变方面的作用机制进行介绍。
RS维护肠道免疫屏障
不合理的膳食结构会导致有害菌数量增多，细胞裂解产生的LPS含量增加，肠道黏膜紧密连接蛋白（ZO-1）的表达水平降低，导致肠道通透性增加，内毒素被大量吸收入血，通过Toll样受体4激活NF-κB，促进肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素（IL）-1β、IL-6等促炎因子的释放，降低肠道免疫力。已有研究表明，长期以高脂饲料喂养的小鼠，肠道通透性增强，炎症反应加剧[37]。RS则可以通过调节肠道微生物群的平衡增强免疫功能，保护机体免受肠道炎症疾病的侵袭。相比于益生元和其他膳食，RS可以更大幅度地促进丁酸盐生成。丁酸盐不仅能够能发挥抗炎症作用，还可以调节ZO-1的表达，其表达上调或活性增强会促进肠黏膜发挥其重要的防御屏障功能，降低了致病菌和内毒侵入肠道，在血液中大量繁殖诱发肠源性感染的风险。
RS抑制结肠上皮细胞癌变
目前已有多项研究报道显示R S与结（直）肠癌（CRC）的发病率密切相关，随着对RS在改善肠道功能方面研究的不断深入，发现RS可通过调节肠道中微生物群组成和SCFAs浓度，在宿主肠道黏膜上皮细胞增殖、分化和凋亡等过程中起着重要的调控作用，从而对结肠疾病具有明显的预防与缓解作用。SCFAs可以显著抑制结直肠癌的早期标志物变性隐窝病灶（ACF）的发生，并且通过内质网应激介导的线粒体凋亡途径抑制肿瘤细胞中抗凋亡蛋白（Bcl-2）的表达，同时对促凋亡蛋白Bax的表达起到上调作用。CRC的侵袭和转移是临床医学上的主要问题，因此还需要深入研究RS对C-Myc、Ras等癌变基因的影响和作用机制，并且加大对样本量的分析，为CRC早期癌前病变的诊断和治疗提供科学依据。R S也能通过降低丙二醛浓度，增强谷胱甘肽（GSH）浓度、超氧化物歧化酶（SOD）活力和相关氧化酶的活力等对癌变起到一定的预防作用。此外，动物实验结果表明，饮食中蛋白质摄入量的增加会加重结肠DNA损伤，使结肠黏膜屏障变薄，RS可以通过减轻食用高蛋白饮食引起的结肠DNA损伤，抑制和延缓肠道肿瘤的发生。
2 RS改善机体糖脂代谢紊乱
2.1 RS对餐后血糖、胰岛素水平的影响
恢复和改善第一阶段胰岛素分泌是治疗T2DM的一个重要手段。稳态模型（HOMA）（HOMA-%B、HOMA-%S、HOMA-IR）是在临床医学上衡量胰岛β细胞功能、胰岛素敏感性与抵抗水平的有效指标。胰岛素分泌能力与体内血糖水平具有直接关系（图2）。RS作为一种新的膳食成分，可以减缓啮齿动物和人类的消化速度，升高糖尿病患者的HOMA-%S，对空腹血糖、空腹胰岛素、糖化血红蛋白（glycosylated hemoglobin,HbA1c）、HOMA-%B、HOMA-IR均具有降低作用。
2.2 RS对肝脏脂质代谢相关指标的影响
RS不仅能够改善糖代谢，还可以在一定程度上改善肥胖者体内脂质构成，降低总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白（LDL-C）的含量，达到降血脂和减少肝脏炎症风险的重要作用。RS经肠道菌群作用形成的SCFAs可以介导GLP-1和PYY等胃肠肽类激素，GLP-1和PYY可以减慢胃排空，提升饱腹感，从而减少食物摄入量来避免食源性肥胖。此外，SCFA与FFAR2结合后，刺激肝脏和脂肪组织中的腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）的活性，进而激活下游关键转录因子过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）α等的表达，改善脂质代谢紊乱。虽然RS对降低血脂和改善脂肪堆积的机制已被许多实验所证实，但仍存在相当大的模糊性，还需加大对糖脂代谢相关参数和潜在机制的研究，为深入评估临床疗效提供参考。
3 RS对机体糖脂代谢的分子机制研究
RS及其功能因子对改善机体糖脂代谢紊乱的研究已成为目前国际代谢性疾病研究领域的重点方向，其中R S对葡萄糖和脂质代谢过程中肝脏和胰腺组织的酶活性及其基因表达的调节作用尤其引人关注（图3）。本文将阐述RS与宿主糖脂代谢互作的分子机制，从而为精准膳食干预、糖尿病等代谢疾病的诊断和治疗提供参考。
3.1 RS对糖代谢的分子机制研究
磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B信号途径
PI3K-Akt信号途径是胰岛素信号转导的主要途径，通过调节其下游FoxO、GSK-3等底物受体，调节糖异生和糖原合成相关酶的表达来降低葡萄糖含量，增强骨骼肌组织和脂肪组织对葡萄糖的摄取，维持体内葡萄糖稳态，并且避免过剩的葡萄糖转变为脂质沉积。IRS1、IRS2是胰岛素信号转导通路中尤为重要的两个胰岛素受体底物，在肝脏中大量表达。研究发现：与对照组相比，敲除肝脏中的IRS1和IRS2基因组的小鼠，显著增加患高血糖、高胰岛素血症、高血脂和胰岛素抵抗的患病机率。
叉头状转录因子（FoxO1）是胰岛素PI3K/Akt信号通路的下游关键信号分子。在禁食条件下，通过Akt磷酸化抑制糖异生相关基因的表达，如PEPCK和G6Pase，在肝脏胰岛素抵抗中发挥重要的调节作用。胰岛素与肝脏糖异生作用密切相关，当体内胰岛素水平低时，FoxO1处于激活状态，糖脂代谢基因表达异常，从而加重机体糖脂代谢紊乱。
胰腺十二指肠同源异型盒因子-1
PDX-1是胰腺β细胞胰岛素基因的转录调控因子，GLUT2和GK的表达，对促进胰岛素分泌和维持葡萄糖水平稳定发挥重要作用。RS的摄入会导致下丘脑食欲调节中心的神经元活动发生变化，使小鼠出现饱腹感，减少食物的摄入量，从而降低肥胖和相关疾病的发生率。由此可见，RS通过PI3K/Akt信号途径调节IRS1、IRS2、FoxO1等关键受体和信号分子及其下游重要的糖代谢（摄取、合成、异生、转运）相关酶的基因表达，调控糖尿病动物体内血糖应激和胰岛素转运，降低血糖水平和改善胰岛素分泌，有效地缓解糖代谢紊乱（图4）。
3.2 RS对脂代谢的分子机制研究
固醇调节元件结合蛋白信号转导途径
SREBP-1对脂肪酸的调控主要是通过脂肪酸合成酶（FAS）、硬脂酰辅酶A去饱和酶（SCD1）和乙酰辅酶A羧化酶（ACC）等的表达，对脂肪在机体内的合成、沉积，脂质代谢发挥有效的调控作用。此外，SREBP-2调控胆固醇合成限速酶、3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶（HMG-CoAR）的表达，维持胆固醇稳态。
过氧化物酶体增殖物激活受体信号转导途径
PPARs是脂肪细胞基因表达和胰岛素细胞间信号转导的主要调控因子，PPARα是调节线粒体内和过氧化物酶体内的脂肪酸氧化的主要亚型。PPARα通过调节肉碱棕榈基转移酶-1（CPT-1）和ACOX的表达参与脂肪酸β氧化，降低人类和 啮齿动物血清中 TG 浓度。此外， PPAR α 能促进在胆固醇转化成胆汁酸途径中起重要作用的限速酶，胆固醇 7 α 羟化酶（ CYP7A1 ）的表达，加速肝脏中胆固醇的分解代谢，增加粪便中胆固醇的排泄。
如图5所示，RS通过Insulin、AMPK信号通路调节PPARα和SREBPs等关键信号转导途径及其下游脂质代谢相关酶的基因表达，抑制肥胖小鼠肝脏脂肪酸及胆固醇合成、增加粪便中胆汁酸的排量等，降低血脂含量和脂质沉积。目前，利用表达谱基因芯片技术，对各种组织和细胞中的基因表达进行定量分析，已成为探索某种疾病分子机制的重要思路。RS可以调节糖脂代谢途径中肝脏和胰腺组织相关基因的表达，有效预防和治疗糖尿病、高血脂等相关代谢疾病。
结 语
综上所述，RS作为低热量、高纤维含量的功能性食品成分，对保障机体健康有着重要的影响。RS与肠道菌群的组成有着紧密的联系，基于益生菌和SCFAs对增强肠道屏障功能、调节细胞免疫，进而缓解和改善某些结肠炎等疾病症状的大量研究，使得探索RS提高宿主肠道健康成为可能。同时，随着RS对机体糖脂代谢研究的不断深入，发现RS可以通过调节糖原合成、减少糖异生、调控脂质合成和分解代谢等途径降低血糖和血脂，从而缓解糖脂代谢紊乱。目前，已知结肠发酵、SCFAs的产生和某些基因表达水平的调控被认为是RS发挥生理作用的有效方式，但RS对参与宿主代谢以及相互作用的机制尚未明确，还需要更多深入的研究。在不久的将来，RS将在益生菌培养、功能食品开发、代谢性疾病防治等方面产生积极的推动作用。
本文《抗性淀粉改善肠道功能及糖脂代谢的研究进展》来源于《食品科学》2020年41卷13期326-335页，作者：李颖，张欣，杨佳杰，马向阳，侯俊财，李艾黎。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190719-241。点击下 阅读原文 即可查看文章相关信息。
为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社在成功召开“2019年动物源食品科学与人类健康国际研讨会（宁波）”的基础上，将与青海大学农牧学院于2020年10月22-23日在西宁共同举办“2020年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。研讨会将就肉、水产、禽蛋、乳制品等动物源食品科学基础研究、现代化加工技术，贮藏、保鲜及运输，质量安全与检测技术，营养及风味成分分析，副产物综合利用，法律、法规及发展政策等方面的重大理论研究展开深入探讨，交流和借鉴国外经验，为广大食品科研工作者和生产者提供新的思路，指明发展方向。
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