谷物β-葡聚糖對(duì)代謝的影響

仝海英(1970～)，女，漢族，山東籍，副主任護(hù)師

谷物β-葡聚糖對(duì)代謝的影響

仝海英綜述，高繼東審校

(青海大學(xué)附屬醫(yī)院)

DOI：10.13452/j.cnki.jqmc.2015.03.013

谷物β-葡聚糖對(duì)代謝的影響是近年來學(xué)界新關(guān)注到的一個(gè)問題，產(chǎn)生了一些新的學(xué)說或觀點(diǎn)，本文就此加以綜述。

β-葡聚糖是膳食纖維中的一種成分類型，是重要的谷物非淀粉多糖，主要存在于大麥和燕麥中，據(jù)報(bào)道[1]，每100g干重大麥含β-葡聚糖為2～20 g，燕麥為3～8 g，明顯高于高粱(1.1g～6.2g)、玉米(0.8g～1.7g)、麥子(0.5g～1.0g)和大米(0.13g)。青稞是大麥的變種，俗稱裸大麥(Hull-less or naked barley)，主要分布于我國(guó)青藏高原，具有很高的β-葡聚糖含量：約為4.96%～7.62%[2-3]。

β-葡聚糖是以混合的(1→3)、(1→4)-β-糖苷鍵連接形成的線性D型葡萄糖聚合物，它具有水溶性并在較低濃度下就可以形成很高的粘稠度。它在小腸內(nèi)既不能被消化也不能被吸收，但易受結(jié)腸微生物環(huán)境的發(fā)酵。近期，Andrade EF等[4]對(duì)β-葡聚糖在糖尿病患者血糖水平影響方面進(jìn)行了綜合分析，他從2013年以前發(fā)表的819篇文獻(xiàn)中選擇了針對(duì)糖尿病人個(gè)體(1型和2型)的10篇文獻(xiàn)(在這些研究中，β-葡聚糖均來自燕麥，進(jìn)食的方式無論是與食物混合或以純?chǔ)?葡聚糖的形式，以及使用的劑量和實(shí)驗(yàn)的期限都未作嚴(yán)格限制)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，每人每天服用6.0 g β-葡聚糖持續(xù)至少4周就足以引起血糖水平以及血脂參數(shù)的改善，不過，單獨(dú)使用β-葡聚糖并不能使血糖水平恢復(fù)正常，低劑量β-葡聚糖(3.0g)持續(xù)服用12周可使代謝獲益亦有報(bào)道。作者認(rèn)為上述結(jié)果顯示出服用β-葡聚糖能夠有效降低糖尿病患者的血糖水平，較大劑量或較小劑量只要長(zhǎng)期服用都會(huì)產(chǎn)生好結(jié)果。對(duì)高β-葡聚糖大麥?zhǔn)称返难芯恳囡@示類似結(jié)果。Brockman DA等[5]檢測(cè)了Zucker糖尿病肥胖鼠服用含有6%β-葡聚糖的大麥面粉的效應(yīng)，六周后顯示大麥面粉組糖化血紅蛋白下降，糖耐量實(shí)驗(yàn)曲線下面積減少，肝重減輕，肝脂含量下降，肌肉肉堿脂酰(acylcarnitines)含量升高。Tian MJ等[6]將40只C57BL/6小鼠分為4組：高劑量組(4%β-葡聚糖和高脂飲食)、低劑量組(2%β-葡聚糖和高脂飲食)、高脂飲食組和正常對(duì)照組，12周時(shí)檢測(cè)結(jié)果顯示，β-葡聚糖組降低了血清葡萄糖和血清脂質(zhì)以及胰島素抵抗指數(shù)。與此研究相同，Lingxiao Gong等[7]給喂飼蔗糖高脂食物的雄性Sprague-Dawley鼠加服西藏裸大麥，15周后與加服精制小麥面粉的大鼠相比，其體重、血脂水平和胰島素抵抗均減少。對(duì)44個(gè)高膽固醇血癥的日本男性觀察顯示，其中每日服用伴有7 g β-葡聚糖大麥粉的人，12周后他們的血清Tch和LDL-C水平顯著低于飲食為大米的對(duì)照組。不僅如此，內(nèi)臟脂肪面積、腰圍及BMI也均下降，提示代謝綜合征將會(huì)受益于β-葡聚糖[8]。研究表明，血糖、胰島素的反應(yīng)狀態(tài)受到β-葡聚糖服用劑量的明顯影響，呈現(xiàn)出一種線性依賴關(guān)系。對(duì)10個(gè)健康自愿者(1男9女)服用含β-葡聚糖2 g、4 g和6 g的50 g碳水化合物，結(jié)果顯示血糖指數(shù)(Glucemic Index GI)分別為83.7、58.3、63.6，胰島素指數(shù)(Insulin Index II )為75.0、57.6、51.1。[9]Jenkins AL等[10]認(rèn)為在服用50 g碳水化合物時(shí)每克β-葡聚糖能減少GI4個(gè)單位。Tappy L等[11]在三次早餐中，讓2型糖尿病患者服用含β-葡聚糖4.0 g、6.0 g 、8.4 g的早餐，與對(duì)照者相比，隨β-葡聚糖量值升高，早餐后血糖和胰島素水平顯著下降。

β-葡聚糖對(duì)血脂亦呈現(xiàn)出獨(dú)特的效果，含β-葡聚糖大麥?zhǔn)称犯深A(yù)心血管風(fēng)險(xiǎn)因素的薈萃分析顯示[12]，在4～12周期間每日平均服用β-葡聚糖5 g，與對(duì)照組相比，顯著減少了具有不同飲食特點(diǎn)人群的總膽固醇(Tch)0.30mmol/L和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)0.27 mol/L，但甘油三酯(TG)和高密度脂蛋白(HDL)未受影響。另一個(gè)薈萃分析顯示[13]，參加者接受了每天含有7 g β-葡聚糖的大麥?zhǔn)称罚鋵?duì)Tch、LDL-C和TG產(chǎn)生有益作用，但HDL-C無改變。服用燕麥粗粉和燕麥糠分別為28 g、56 g、84 g持續(xù)6周的成年人研究結(jié)果顯示，84 g燕麥粉，56 g和84 g燕麥糠使LDL-C比對(duì)照組分別下降10.1%和15.9%、11.5%。其中56 g燕麥糠引起的降低幅度顯著大于56 g燕麥粉的降脂作用[14]。作者認(rèn)為這充分說明高β-葡聚糖含量的燕麥糠是LDL-C降低的原因，支持β-葡聚糖具有獨(dú)立降低LDL-C的作用。Queenan KM等[15]在75例伴有高膽固醇血癥的成年人中進(jìn)行了隨機(jī)控制研究，一組接受每日6 g的濃縮燕麥β-葡聚糖，另一組接受每日6 g葡萄糖作為飲食添加劑，共服六周，β-葡聚糖組的血清Tch-C和LDL-C值比基線值平均分別顯著下降0.3 mmol/L，且LDL-C的減少值明顯大于對(duì)照組。

目前認(rèn)為β-葡聚糖對(duì)機(jī)體所產(chǎn)生的上述作用起源于其理化特性[1]。由于可溶性，β-葡聚糖形成了粘性液體，隨著粘性程度的提高，延遲了胃內(nèi)食物的排空，遲滯了隨后的消化和吸收。在小腸，很高的消化粘度降低了消化酶的彌散，并刺激非移動(dòng)水層形成，降低了葡萄糖向腸細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)。Yu K等[16]采用超聲心動(dòng)圖觀察了糖尿病患者在服用相等能量、容量，不含或含有可溶性膳食纖維(燕麥β-葡聚糖7.5g)飲料時(shí)胃排空與血糖和胰島素的關(guān)系顯示，膳食纖維延遲的胃排空與餐后血糖和胰島素反應(yīng)呈顯著負(fù)相關(guān)。近期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究顯示[17]，小腸中高分子量與濃度的燕麥β-葡聚糖提高了抑制葡萄糖擴(kuò)散和葡萄糖吸收的作用。腸粘膜中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體和Na/K-ATP酶的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)活性在葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中隨著燕麥β-葡聚糖的添加比對(duì)照組顯著下降，同時(shí)高分子量燕麥β-葡聚糖對(duì)腸道的雙糖酶活性具有很大的抑制效果。與此類似，在含8.9 g β-葡聚糖飲食中加入葡萄糖，服用三天后顯示外源性葡萄糖在血漿中的顯現(xiàn)較無β-葡聚糖的對(duì)照組降低21%[18]。Wood PJ等[19]觀察健康成人在口服50 g葡萄糖情況下，β-葡聚糖粘度的對(duì)數(shù)與葡萄糖和胰島素反應(yīng)之間表現(xiàn)出顯著的線性關(guān)系，這種關(guān)系顯示在葡萄糖和胰島素反應(yīng)變化的因素中粘度所起的作用可能占79%～96%。

大腸內(nèi)的酸堿度和溫度對(duì)細(xì)菌的繁殖極為適宜，一些研究認(rèn)為，可溶性飲食纖維在大腸中受到厭氧細(xì)菌的分解發(fā)酵所產(chǎn)生的短鏈脂肪酸(Short-chain fatty acids SCFA)可能對(duì)血糖和胰島素的改變有影響。這些SCFA，如丙酸(propionic acid)、丁酸(butyric acid)通過過氧化物酶增值激活受體(PPAR)γ，提高了肌細(xì)胞、脂肪細(xì)胞對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4(GLUT-4)的表達(dá)。對(duì)喂飼高熱量飲食的12只雄性有卒中傾向的自發(fā)性高血壓大鼠(SHRSP)的研究顯示，糖耐量實(shí)驗(yàn)后可溶性纖維(Psyllium)添加組血糖水平較對(duì)照組顯著降低，而胰島素分泌水平無顯著不同，但前者骨骼肌漿膜面GLUT-4的表達(dá)明顯提高[20]。

對(duì)β葡聚糖降低血清膽固醇水平的機(jī)制亦存在這兩種認(rèn)識(shí)。多數(shù)研究者認(rèn)為β-葡聚糖在胃腸道的粘性提高了膽汁酸的排泄和降低了膽汁酸的吸收。Zhang JX等[21]對(duì)9個(gè)實(shí)施了回腸造瘺術(shù)患者的飲食添加了低飲食纖維(4.9g/日，麥面粉)或高飲食纖維(29g/日，燕麥粉)，經(jīng)過六周的交叉設(shè)計(jì)觀察，顯示高纖維飲食者平均每天膽汁酸的排泄量顯著大于低纖維飲食者。與此類似，Lia A等[22]也給9個(gè)回腸造瘺的患者不同類型的四種食料：1)燕麥糠(含β-葡聚糖12.5g)；2)燕麥糠加β-葡聚糖酶(含3.8gβ-葡聚糖)；3)大麥(含13.0gβ-葡聚糖)；4)小麥(含1.2gβ-葡聚糖)，每種食料添加到患者的基礎(chǔ)飲食中連續(xù)服用2天。結(jié)果加服燕麥糠者24小時(shí)的膽汁酸排泄比燕麥糠加β-葡聚糖酶者提高53%，也顯著高于服用大麥和小麥?zhǔn)沉险?。同時(shí)服用大麥者平均每天排泄的膽固醇也比服用燕麥糠加β-葡聚糖酶和小麥者明顯升高。膽汁酸的排泄增多促進(jìn)了肝臟從周圍循環(huán)中獲取膽固醇合成膽汁酸的功能。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，是一些可溶性纖維包括β-葡聚糖在腸道被發(fā)酵所產(chǎn)生的SCFA影響了脂代謝。如丙酸鹽已經(jīng)顯示出顯著抑制合成膽固醇的限速酶羥甲基戊二酸單酰CoA還原酶(HMG- CoA 還原酶)效果。為了區(qū)別β-葡聚糖酵解和結(jié)合膽汁酸降低膽固醇的機(jī)制，Jiezhong Chen等[23-24]提出，除了伴隨糞便排出的膽汁酸和膽固醇指標(biāo)外還應(yīng)測(cè)定HMG-COA還原酶及膽固醇7α-羥化酶(Cholesterol 7α-hydroxylase，CYP7A1)活性。由于β-葡聚糖通過其特性在腸道結(jié)合膽汁酸降低了膽汁酸的重吸收及返回肝臟，肝臟膽汁酸濃度的減少將激活7α-羥化酶，此酶具有使膽固醇轉(zhuǎn)化為膽汁酸作用，這一過程導(dǎo)致肝細(xì)胞膽固醇含量減少而上調(diào)低密度脂蛋白(LDL)受體合成和加速低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)由血液轉(zhuǎn)運(yùn)至肝細(xì)胞內(nèi)。同時(shí)，細(xì)胞內(nèi)減少的膽固醇也會(huì)上調(diào)肝細(xì)胞HMG-COA還原酶的合成。近期Li-Tao Tong等[25-26]研究了阿拉伯樹膠(Arabinoxylan AX)和裸大麥β-葡聚糖對(duì)膽固醇代謝的影響。他們對(duì)具有高膽固醇血癥的倉(cāng)鼠分別喂食含AX( 5g/Kg)、5‰裸大麥β-葡聚糖和5‰燕麥β-葡聚糖的實(shí)驗(yàn)食物30天，顯示除降低血漿膽固醇效應(yīng)外，還提高總的脂質(zhì)、膽固醇和膽酸的糞便排泄，減少肝臟HMG-COA 還原酶及提高7α-羥化酶的活性，并且提高了結(jié)腸總的SCFAs及丙酸鹽的含量。這些結(jié)果可能體現(xiàn)了雙重作用的機(jī)制。

研究表明，β-葡聚糖的粘性效應(yīng)與其分子結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。Wood PJ等[27]對(duì)其既往完成的粘度與血糖改變關(guān)系的臨床資料進(jìn)行了重新分析，他發(fā)現(xiàn)血糖的變化與β-葡聚糖分子量的對(duì)數(shù)和濃度對(duì)數(shù)之間有著顯著的聯(lián)系。為了驗(yàn)證β-葡聚糖的粘性效應(yīng)受控于分子量和數(shù)量，2010年，Wolever TM等[28]完成了345例的多中心臨床研究。方差分析顯示，Log(分子量× 數(shù)量)是LDL-C改變的決定因素。研究認(rèn)為伴有高分子量(2210000g/mol)或中等分子量(530000g/mol)的3 g燕麥β-葡聚糖能降低LDL-C，約0.2mmol/L(5%)，當(dāng)分子量被減致210000 g/mol，其有效性將減少50%。Kim HJ[29]等則通過燕麥β-葡聚糖體外(in vitro)結(jié)合膽汁酸和發(fā)酵顯示，具有(2.42～1.61×105)g/mol分子量的β-葡聚糖能結(jié)合最大數(shù)量的膽汁酸，24小時(shí)發(fā)酵后，分子量為(3.48～0.87×105)g/mol的β-葡聚糖中所形成的總SCFA沒有差別，而高分子量(6.87×105g/mol)和最低分子量(0.46×105g/mol)的β-葡聚糖產(chǎn)生總的SCFA數(shù)量最低。由此他提出，in vitro能有效降膽固醇的最佳β-葡聚糖分子量范圍是(2.42～1.61×105)g/mol。進(jìn)一步研究提示[30]，β-葡聚糖的分子量，所含低聚糖的比值[纖維三糖(DP3)/纖維四糖(DP4)，纖維聚糖(DP)≥5的數(shù)量及β-(1-4)/β-(1-3)鍵比值]都能影響到燕麥的粘性。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)今后培育和應(yīng)用谷物β-葡聚糖將是有益的。

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收稿日期2015-01-03