膳食可溶性多糖与胆汁酸相互作用的研究进展

杨立娜，王子义，雒明朔，姜淑慧，蔡文琪，朱丹实，马 涛，刘 贺

（渤海大学食品科学与工程学院，生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心，辽宁锦州121013）

0 引言

随着人类社会的进步，人类社会的疾病谱也在发生变化，现阶段心脑血管疾病已经成为引起人们死亡的主要疾病.引起心脑血管疾病的原因多种多样，胆固醇过高是重要的诱因，而胆固醇过高除了引起心脑血管疾病，还会增加人们患脂肪肝、肾结石的几率.研究表明人体血清胆固醇每高出正常水平1 mmol，心血管疾病的患病风险增加35%，血清总胆固醇每降低1%，发生冠心病的危险性可减少2%～3%［1］.降低心脑血管疾病发病风险的方法主要是减少摄入高热量食物来降低低密度脂蛋白胆固醇的摄入，除此之外，每天适量摄入水果蔬菜，主食要粗细搭配等饮食习惯也至关重要.粗粮如藜麦，具有很好的防治“三高”症状、肥胖等功能［2］.在日常膳食中，果蔬和粮食中的可溶性多糖降胆固醇作用十分显著.通过人们对多糖生物学功能的逐步深入研究，人们认为在继蛋白质工程、基因工程后，生物化学和分子生物学领域中最后一个巨大的科学前沿以多糖为重点的糖工程.有人预测，21世纪是“多糖生命科学”的时代，这种想法已被越来越多国内外学者认同［3］.大量的研究已经证明，摄入一定量的可溶性多糖会增加胆汁酸在粪便中的比率［4］.胆汁酸从胆囊中释放进入小肠，在小肠中促进食物中脂肪的消化吸收，在胆汁酸作用完毕后，会发生胆汁酸的重吸收现象，可溶性多糖与胆汁酸发生作用从而阻止胆汁酸的重吸收.胆汁酸的重吸收被阻止会导致部分胆汁酸排出体外，为维持体内胆汁酸的水平会消耗胆固醇合成新的胆汁酸，达到了降低胆固醇的目的.因此，本文综述了可溶性多糖与胆汁酸互作机制的研究进展，以期为防止胆固醇的吸收提供新思路.

1 可溶性多糖

多糖广泛存在于自然界的多种生物体中，可分为植物多糖、动物多糖和微生物多糖，是一类由多个糖分子通过糖苷键链接而成的天然高分子多聚物［5］.可溶性多糖的结构单位是单糖，其结构单位主要以α-1，4-糖苷键和β-1，4-糖苷键连接成骨架，以α-1，6-糖苷键连接成多糖的支链.

如表1所示，在自然界种存在各种各样的多糖，其功能也是多样，如多糖可作为表面活性剂对乳液稳定性产生影响［6］.张剑等［7］研究金针菇多糖制备过程中的抗氧化能力，发现金针菇多糖对羟自由基抑制最强，DPPH（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl）自由基抑制次之，总抗氧化能力最弱，且纯化程度越高的多糖抗氧化能力越弱.陈琛等［8］对天麻多糖的抑菌能力进行研究，发现天麻多糖具有广谱抑菌活性，无论对革兰氏阳性菌，还是革兰氏阴性菌或真菌均有抑制效果，其中对革兰氏阴性菌的抑菌效果更明显.可溶性多糖的生物学活性已经被大量研究，除了抗氧化和抗菌作用外，还有降胆固醇、降血糖、抗衰老等作用，其中降胆固醇的作用更引人注目.

2 胆汁酸

2.1 来源、结构与分类

胆汁酸是胆汁的重要成分，在肝细胞中由胆固醇转化而来，是肝脏清除胆固醇的主要方式［16］.胆汁酸的合成有经典途径和替代途径，经典途径是胆汁酸合成的主要途径.首先，胆固醇在胆固醇7α-羟化酶的催化下转化为7α-羟胆固醇，然后经过12α羟化和27α羟化后，使其侧链断裂，分别生成胆酸和鹅脱氧胆酸，随后与牛磺酸和甘氨酸结合生成结合型初级胆汁酸，随胆汁流入胆道在胆囊贮存，在发挥出其功能后，最终在结肠微生物的作用下发生去羟基化，并转化为相应的次级胆汁酸（脱氧胆酸和石胆酸）［17］.替代途径占人体总胆汁酸合成的18%.由甾醇27α羟化酶和甾醇12α羟化酶启动，最终生成鹅脱氧胆酸［18］.胆汁酸的分类如表2所示［17］.

表2 胆汁酸的分类

2.2 功能与危害

胆汁酸具有多种生理功能，除了在脂肪和脂溶性维生素的吸收、转运和分配中发挥重要作用外，还可以调节葡萄糖代谢和胰岛素信号通路［17，19-20］，参与粘膜免疫和炎症反应［21］，促进肝脏再生等［17］.但是过多的胆汁酸和某些类型的胆汁酸会对人体的健康产生危害.例如，脱氧胆酸的去羟基化反应产生了对肝细胞有毒的石胆酸，而石胆酸与结肠癌的发生有关［22］；血液和粪便中高浓度的脱氧胆酸会导致DNA损伤，增加胆固醇性胆结石、结肠癌和肝癌的发病风险［23-24］.除此外，胆汁酸对细胞也有毒害作用，具体作用机制可能与细胞能量衰竭和氧自由基作用有关.

食物中的脂肪先经过胆汁酸的乳化作用，随后被脂肪消化酶所消化.消化产物被包含在胆汁酸形成的微粒中，通过小肠中的绒毛膜被吸收.胆汁酸促进脂肪消化吸收的作用机理如下：（1）胆汁酸分子独特的两性结构使胆汁酸具有较强的表面活性，胆汁酸在构型上内有亲水性的羟基及羧基，外有疏水性的烷基.因此胆汁酸能使油水两相间的表面张力降低，并形成脂肪酸乳糜颗粒，扩大了脂肪和脂肪酶的接触面积，从而加快了脂类的消化速度［25-26］；（2）胰腺分泌的脂肪酶需要被胆汁酸激活才能转变为有活性的脂肪酶.胰脂肪酶的盖子结构需要结合胆汁酸才会被打开，从而使其中催化基团暴露出来.胰脂肪酶空间结构的变化也使其最适pH发生变化，由最初发挥的最佳pH值范围为8～9转为6～7，因此能在pH值为6～7的小肠中发挥作用.并且在脂肪的吸收过程中，肠上皮细胞可以识别胆汁酸，使脂肪酸-胆汁酸复合物进入小肠绒毛膜内，从而提高了脂肪的吸收率［27］.

胆汁酸对细胞的毒性作用的靶点是线粒体.在胆汁酸毒性试验中，出现了线粒体通透性改变、细胞色素C释放和ATP合成受阻现象［28-29］.胆汁酸通过质子层作用或破坏膜序列而诱导膜对质子的通透性改变，诱导钙从线粒体中释放到细胞中，而细胞内钙的突然增加可能导致钙依赖蛋白水解作用增强，最终导致细胞死亡.此外，在高钙和氧化应激条件下会触发线粒体通透性转换孔开放，引起H2O等小分子突然涌入，导致膜电位改变，线粒体肿胀和外膜破裂，释放膜间隙促凋亡蛋白.细胞色素C释放造成呼吸链中损害的电子流在辅酶Q-复合物Ⅲ水平下促进电子外露，增加活性氧的生成.活性氧通过降低线粒体膜电位及促使线粒体通透性转换孔开放作为细胞凋亡信号分子［30］.

3 可溶性多糖与胆汁酸的互作机制

3.1 胆汁酸重吸收

在体内95%以上的排入肠道的胆汁酸可以被重新吸收回肝肠循环［31］，仅5%的胆汁酸随着粪便排出.在回肠部位对结合型胆汁酸以主动重吸收为主，重吸收的胆汁酸会经门静脉回到肝脏，最终被肝细胞吸收.在胆汁流入小肠后，排入肠道内游离胆汁酸（石胆酸除外）通过扩散作用在小肠和结直肠部位被动重吸收，通过小肠刷状缘的顶端Na+依赖胆汁酸转运体，结合胆汁酸在回肠中以主动重吸收的方式进入小肠黏膜细胞，并结合回肠胆汁酸结合蛋白，由基底膜终末腔面的有机溶质转运体α/有机溶质转运体β吸收入门静脉［32］，转运到窦状隙，由钠-牛磺酸共转运体吸收入肝细胞，再经胆盐输出泵的作用胆汁酸被分泌入胆小管，随着新的胆汁分泌.回肠腔内存在的细菌会使一些结合的胆汁酸发生降解，从而导致从空肠开始并贯穿整个小肠的游离胆汁酸的被动吸收［33-34］.逃过肠道吸收的胆汁酸在大肠内进行细菌酶转化，形成继发性胆汁酸.这个过程被称为肠肝循环，每天发生4到12个周期［35］.

3.2 可溶性多糖阻止胆汁酸重吸收的分子机理

Sijo J.Thandapilly等［36］将高、低两种分子量的大麦β-葡聚糖作为志愿者的日粮，结果发现高分子量的大麦β-葡聚糖增加了志愿者粪便中次级胆汁酸石胆酸的含量.Yanan Wang等［37］为了判断β-葡聚糖是通过影响胆固醇的吸收、合成还是打断胆汁酸的代谢途径来降低胆固醇，通过稳定同位素法发现β-葡聚糖不影响胆固醇的吸收，β-葡聚糖是通过打断胆汁酸代谢而降低血液胆固醇水平.B.Drzikova等［38］发现随着燕麦中β-葡聚糖含量的上升，结合胆汁酸的能力也随之增强.还有其他研究表明，摄入一些粘性的可溶性多糖会增加胆汁酸的排泄，导致血浆总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇的含量显著降低，但是不影响高密度脂蛋白的含量［39］.可溶性多糖降胆固醇的可能机制是多糖通过吸附胆汁酸阻止其回到肝肠循环中，与此同时，肝脏中胆固醇代谢和胆汁酸的合成速度加快，胆固醇的消耗增加［40］.因此，人体利用胆固醇增加胆汁酸的合成来维持胆汁酸池的平衡.

在体外实验中，有研究表明不同黏度的可溶性多糖对牛磺胆酸的吸附含量不同，而且与胆汁酸的结合能力随着黏度的增加而增加，其作用机制可能是胆汁酸被吸附在可溶性多糖形成的网络上［41-43］.如图1A所示，可溶性多糖与胆汁酸在分子水平上的相互作用，从而将胆汁酸吸附.但关于其结合方式，是单纯的物理吸附还是和化学吸附尚未探索清楚.另一种猜测如图1B所示，可溶性多糖在肠道内形成一层较厚的不动水层，作为物理屏障来阻止胆汁酸的重吸收.可溶性多糖在胃肠部分不会被消化，而是在大肠内被酵解.因此可溶性多糖在小肠内腔上可能形成一层水化膜，以此来阻断胆汁酸的肝肠循环，导致胆汁酸的过度排泄.最后一种猜测如图1C所示，可溶性膳食纤维将胆汁酸胶束束缚在局部范围.可溶性多糖具有膳食纤维的特性，会形成网络结构将胆汁酸包裹住，从而限制胆汁酸的活动.在随后的排泄中随着排泄废物离开人体.

上述三种猜测是凭借可溶性多糖的性质将胆汁酸吸附，进一步影响胆汁酸的正常循环，迫使胆固醇转化为新的胆汁酸，从而达到减少体内胆固醇的目的.除了这三种猜想机制外，还有其它猜想，但是不论是怎样的机制，核心的地方是可溶性多糖与胆汁酸是如何结合的，二者之间结合的力量是什么.

如图2示，Singh等［44］通过分子模拟将果胶和纤维素与胆汁酸分子进行对接，发现不同的胆汁酸与不同的果胶和纤维素的结合位点、结合率均不相同.我们猜测可溶性多糖与胆汁酸相互作用时，会以分子间形成化学键或是单纯的物理作用而结合，从而达到吸附胆汁酸的目的，最终会加速胆汁酸的代谢.从分子水平上出发来研究胆汁酸和可溶性多糖的关系，是着手解决可溶性多糖与胆汁酸结合问题的关键，分子水平完全可以反映出二者之间关系.因此分子模拟可以从最基础的的水平上阐明可溶性多糖降低胆固醇的分子机理.

3.3 影响可溶性多糖与胆汁酸互作的因素

胆汁酸和可溶性多糖相互作用的过程中，存在一些因素影响二者的结合，已经有实验证明了可溶性多糖与胆汁酸的种类对二者结合的影响.Kahlon等[45]人评价了多种蔬菜多糖的体外胆汁酸吸附能力，发现与甘蓝、花椰菜、芥菜、青椒等蔬菜相比，菠菜多糖的胆汁酸吸附率最高，达到8.6%.另一项研究也评估了胡萝卜、芦笋、甜菜、花椰菜、茄子、青豆、秋葵和萝卜等蔬菜的胆汁酸吸附能力［46-49］.除了蔬菜的种类会影响多糖吸附胆汁酸外，还有蔬菜的收获时间、部位、收获地点等都会影响多糖的胆汁酸吸附能力.除了可溶性多糖的因素外，胆汁酸的种类在二者的结合中也发挥着作用.Naumann［50-51］等人研究了富含膳食纤维的食物组分对二羟基胆汁酸（鹅脱氧胆酸和脱氧胆酸）和三羟基胆汁酸（胆酸）的吸附，结果发现膳食纤维对二羟基胆汁酸的吸附量高，而且胆汁酸和膳食纤维之间的相互作用主要与胆汁酸的疏水性有关.Yang［48］等人测试了羽衣甘蓝对胆结石患者、健康女性、男性2型糖尿病患者三种人群的胆汁酸体外吸附，结果发现羽衣甘蓝对男性2型糖尿病患者的胆汁酸吸附量最小，因此不同的胆汁酸组成会对可溶性多糖和胆汁酸的结合产生影响.在胆汁酸和可溶性多糖的互作中，不同的多糖和胆汁酸种类的改变，会引起二者结合方式的改变，甚至会发现某种胆汁酸和可溶性多糖的特异性结合.

4 展望

可溶性多糖对胆汁酸的截留作用会阻碍胆固醇的吸收，揭示了可溶性多糖降胆固醇的机理，但是相关实验性文章太少，而揭示可溶性多糖与胆汁酸的互作机制，对于营养物质的吸收利用至关重要.在未来的发展中，对于可溶性多糖的研究一定会引起更多人们的兴趣，虽然有上述三种机制的提出，但是不免有更多的事实等待发现，而新种类的多糖也会与胆汁酸产生新的效应.而眼下的问题是得到二者互作的具体机制，从而了解可溶性多糖与胆汁酸作用的特点，不仅可以以此为基点来开发新的产品，还可以为含多糖的食物降血糖提供具体的证据.