膳食纤维与妊娠期糖尿病*

张东耀，徐先明

(上海交通大学附属上海市第一人民医院妇产科 上海交通大学医学院，上海 201600)

妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus，GDM)是指妊娠过程中首次出现或发现的糖耐量异常,是妊娠期常见的代谢性并发症。近年来GDM的发病率不断上升，全世界约有15%的孕妇受累[1]。GDM与孕产妇和新生儿的多种不良结局相关，包括羊水过多、剖宫产、新生儿产伤、巨大儿以及GDM妇女产后患2型糖尿病的风险增加[2]。

膳食纤维(dietary fiber，DF)是植物或类似碳水化合物中的可食用部分，可以抵抗人体小肠的消化和吸收，在大肠中被完全或部分发酵。美国糖尿病协会(American Diabetes Association，ADA)[3]建议，GDM孕妇每天至少摄入28g DF，因为孕期增加富含纤维食物的摄入有助于预防GDM发生以及降低GDM妇女和新生儿不良结局的风险[4]。本文主要从DF概述、DF对GDM的防治作用及其机制等方面进行阐述，以期为临床上应用DF来防治GDM提供理论支持。

1 DF概述

美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration，FDA)将DF定义为任何不可消化的碳水化合物(含有3个及以上的单体单位)和木质素，并且具有益于人体健康的生理效应，如调节血液中的葡萄糖和胆固醇，减少热量摄入，增加排便频率[5]。根据DF在水中溶解性的差异，可将DF分为可溶性膳食纤维(soluble dietary fiber，SDF)和不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber，IDF)两大类。

SDF：是植物中抗消化的可食用部分，包括果胶、树胶、β-葡聚糖和果聚糖，以及一些半纤维素，主要存在于胡萝卜、西兰花、洋葱等蔬菜，香蕉、浆果和苹果等水果，以及豆类、燕麦和大麦中。SDF易溶于水形成凝胶，可绕过小肠的消化，但在结肠中会被肠道细菌全部或部分发酵[6]。此外，SDF还有助于延迟胃排空、减缓消化及降低葡萄糖等营养物质的吸收等。

IDF：包括纤维素、一些半纤维素和木质素等，与SDF一样都是不可消化的，主要存在于全谷类食品、麸皮、坚果和种子中。IDF不溶于水，不会形成凝胶，同时发酵也会受到限制。IDF具有较高的水结合能力，其能增加粪便含水量和体积，缩短肠道转运时间，促进消化的规律性。大多数含有DF的食物中约有1/3的SDF和2/3的IDF[7]。

2 DF对GDM防治作用

近年来，关于通过调整饮食结构来预防GDM的研究受到越来越多的关注，因其一方面可减少使用过多对胎儿发育有害的药物，另一方面也可避免因减肥而对胎儿的生长发育造成潜在的负面影响。最近一项包含204例孕妇(104例健康组和100例对照组)的调查研究显示，与不健康饮食模式(蛋黄酱、红肉、糖果和甜点、糖等)的孕妇相比，选择DF丰富饮食模式(水果、坚果、蔬菜、鱼等)的孕妇患GDM的几率更低[8]。地中海饮食是富含DF饮食方式的典型，一项来自西班牙的前瞻性随机对照试验结果也发现，在孕8～9周到24～28周期间，高度坚持地中海饮食的孕妇，其孕期GDM发病率为17.1%(103/440)，低于标准饮食组的23.4%(74/434)[9]。

GDM的治疗目标是将孕妇血糖控制在合理的范围内。医学营养疗法(medical nutrition therapy，MNT)是GDM治疗的基础，增加GDM患者食物中DF含量是应用MNT治疗GDM的重要措施，因其既能满足孕妇和胎儿的营养需求，又能有效控制GDM患者的餐后血糖及糖化血红蛋白水平[10]。此外，Anjana等[4]研究发现，孕期增加富含DF的全谷物摄入量，有利于降低GDM妇女不良妊娠结局的发生风险。另一项观察性研究显示，GDM患者在产后坚持高DF的饮食模式，也有助于降低其产后发生2型糖尿病的风险[11]。

3 DF对GDM防治作用机制

DF对GDM的预防和治疗在临床上已取得了一定的效果，其防治GDM的具体机制目前尚无定论,主要途径包括：(1)控制体重；(2)调节糖代谢；(3)调节肠道菌群及其代谢。

3.1 控制体重 肥胖和孕期体重增加过快是GDM发病及进展中最显著的可改变的危险因素。一项包含20项队列研究的荟萃分析显示，与体质量指数(body mass index，BMI)正常的女性相比，超重、肥胖和严重肥胖女性患GDM的风险分别高出约2、4倍和8倍[12]，同时体重的过多增长也会加重GDM患者的不良预后。研究已证实，合理的DF摄入量与体重增加呈负相关。Basu等[13]将孕前肥胖孕妇(BMI≥30kg/m2)随机分配到干预组(每天280g蓝莓和12g瓜尔胶)和对照组(标准产前护理)，持续18周，干预组孕妇体重增加显著低于对照组[(6.8±3.2)kg与(12.0±4.1)kg，P=0.001]。Wang等[14]在GDM患者的每日饮食中加36g高含量DF粉，持续8周，与对照组相比,高含量DF粉组的孕妇体重控制更佳[(68.79±12.8)kg与(69.11±9.18)kg，P=0.036]。故孕期增加DF的摄入可通过减轻肥胖来降低GDM的发生，同时对于GDM患者而言，也有利于其避免因体重的过度增加而加重母体胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)。

DF控制体重的作用主要归因于以下几个因素：(1)产生饱腹感：DF摄入后易吸水膨胀，增加胃中食物的体积，产生饱腹感。同时可发酵性DF被肠道细菌分解产生的短链脂肪酸(short chain fatty acids，SCFAs)能触发肠上皮L细胞分泌胃肠激素，如胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)和YY肽(peptide YY，PYY)，这两种激素具有延迟胃排空和增加饱腹感作用，从而减少食物的摄入量[15]；(2)减少食物中热量的吸收：代谢能(metabolizable energy，ME)是食物中总能量减去粪便、营养物、尿液等中损失的能量。DF可通过与部分脂肪酸结合降低脂肪的吸收率而降低食物的ME，因而富含DF的食物即使摄入较多的量，机体实际吸收的热量也相对较少；(3)增加餐后能量消耗：DF可通过增加粪便体积刺激胃肠道而引起胃肠动力增强、肠道转运加快及机体耗能增加，其具体机制目前仍不清楚；(4)增加双歧杆菌数量：研究已证实，食用大量富含果聚糖的食物有利于人体肠道中双歧杆菌的增殖[16]。而肠道双歧杆菌数量的增加有助于减轻肥胖，其机制与双歧杆菌可通过强化肠上皮完整性、改善肠道屏障功能进而避免代谢性内毒素血症有关[17]。

3.2 调节糖代谢 目前使用DF控制GDM患者的血糖在临床上已得到广泛的研究，在GDM患者饮食中加DF可有效调节糖代谢，改善其餐后血糖水平[18]。DF控制GDM患者血糖的途径主要包括减少葡萄糖吸收和抑制某些糖类水解酶的活性。

SDF(如树胶、果胶、β-葡聚糖和车前草)的黏滞性是调节血糖的有益特性。近年研究发现，β-葡聚糖在胃中能通过相互缠结增加黏度限制周围溶剂的流动，形成黏液样胶体物质。这种具有黏度的胶体物质可以导致食物在胃中的滞留时间而延缓胃排空，同时也可以包裹在食物表面形成一种“黏性”食物团。进一步研究发现，“黏性”食物团一方面可抑制小肠对大量营养素的吸收，导致食物中糖类消化吸收减少[19];另一方面也可阻碍α-淀粉酶与食物中淀粉的接触，降低α-淀粉酶对淀粉的酶解，减少肠内淀粉水解所产生的葡萄糖量。此外，这种黏性的胶体物质进入小肠后还可限制小肠内葡萄糖与肠上皮细胞中Na+/葡萄糖共转运蛋白SGLT1结合，进而减少葡萄糖的摄取[20]。

DF除了通过其本身的理化性质限制葡萄糖吸收外，还可通过抑制糖类水解酶的活性来改善GDM患者的血糖。研究显示，麸皮中含有丰富的阿拉伯木聚糖(52%～70%)、纤维素(20%～24%)和β-葡聚糖(6%)等非淀粉类碳水化合物[21]。Lv等[22]通过实验对麸皮中的DF研究发现，麦麸中的DF能显著抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性，其中麦麸对α-淀粉酶的抑制表现为竞争性抑制而对α-葡萄糖苷酶的抑制为非竞争性抑制。Hamden等[23]通过动物实验研究果胶对糖尿病大鼠α-淀粉酶活性的影响发现，与饮食中未添加果胶的糖尿病大鼠相比，果胶可抑制糖尿病大鼠α-淀粉酶活性,并使其血糖水平降低24%。然而，其降低酶活性的确切分子机制，目前尚不清楚。

3.3 调节肠道菌群及其代谢 孕期的饮食结构是影响GDM患者肠道菌群的重要因素，近年来基于纠正GDM患者肠道菌群失调来防治GDM逐渐成为人们研究焦点。

肠道菌群是指定植于人类胃肠道的所有微生物，调节着人体的代谢和免疫功能，对人体健康起着至关重要的作用[24]。GDM患者与健康孕妇相比，常存在肠道菌群失调，如GDM患者肠道菌群中常伴有柯林斯菌、放线菌门、厚壁菌门等肠道细菌的丰富度增加，而双歧杆菌属、拟杆菌属、阿克曼菌属等肠道细菌的丰富度降低[25]。肠道菌群失调可改变GDM患者的肠道通透性而增加其对脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)的吸收，也可使GDM患者肠道细菌产生的有毒物质三甲胺N-氧化物(TMAO)增多而SCFAs减少。这些异常的代谢能促使母体产生炎症而干扰胰岛素信号转导[26]。研究表明，DF摄入量低的孕妇可能促使其肠道菌群失调，导致其糖耐量受损的易感性增加，而增加DF的摄入则有利于纠正肠道菌群的失调[27]。Ferrocino等[28]一项包含41例GDM患者的前瞻性研究显示，饮食中增加DF摄入量的患者，其肠道中厚壁菌门增加，放线菌门数量减少，α多样性显著增加(P<0.001)，并有助于改善GDM患者的代谢和炎症反应。

肠道特定菌群和妊娠代谢变量之间也存在一定的相关性，如柯林斯菌数量与孕期循环胰岛素水平呈正相关，柯林斯菌丰富度的增加会加重妊娠期间IR。其潜在机制可能是柯林斯菌能通过减少肠上皮细胞紧密连接蛋白表达导致肠道通透性增加，使得细菌和内毒素渗漏到肠系膜淋巴结和门静脉循环增多，刺激肠道和肝巨噬细胞分泌TNF-α、IL-6和IL-1等细胞因子，这些细胞因子可通过引起炎症反应抑制胰岛素受体底物丝氨酸磷酸化来干扰胰岛素信号转导过程，进而增加孕期IR和GDM的发病风险[29]。研究发现，柯林斯菌的丰富度可能与DF摄入量呈正相关，缺乏DF的红肉饮食和精制小麦面包的饮食都有利于柯林斯菌的生长，而富含DF的饮食则会降低柯林斯菌的丰富度并改善糖尿病患者的葡萄糖代谢[30]。故孕期DF摄入量的减少在一定程度上会导致柯林斯菌的过度增长，其增长会破坏肠道的完整性，导致母体易发生炎症和高血糖，而增加DF的摄入量可能降低其发生的风险。

研究表明，DF除有助于纠正肠道菌群失调外，其经肠道细菌代谢所产生的SCFAs对GDM患者的胰岛素敏感性及胰岛素生成的调节也有重要影响[31]。

SCFAs主要包括乙酸、丙酸、丁酸和戊酸，可由肠道细菌分解可发酵性DF(如低聚果糖、菊粉和车前草等)而产生。SCFAs对孕期许多炎症和代谢紊乱具有潜在积极效果，并有助于通过降低母体炎症改善GDM患者的IR[32]。SCFAs产生后主要通过H+依赖或NA+依赖的单羧酸转运蛋白(monocarboxylate transporter，MCT)所介导的主动转运被结肠细胞吸收，然后在肠细胞内被氧化成CO2以ATP的形式为细胞提供能量。未被结肠细胞吸收的SCFAs则通过血液运输到身体的不同部位[33]。研究表明，SCFAs能通过与G蛋白偶联受体(G-protein-coupled receptors，GPCRs)结合以及调节组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)活性来抑制LPS所诱导的炎症。如丙酸可降低孕期LPS诱导的单核细胞中肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)的表达而发挥抗炎作用[34]。此外，SCFAs还可通过与过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)结合抑制脂肪细胞脂解，促进脂肪组织中甘油三酯(triglyceride，TG)的存储，减少全身游离脂肪酸(free fatty acid，FFA)的释放。FFA下降有利于增加GDM患者外周胰岛素敏感性[35]。动物实验发现，给予肥胖C57BL/6J小鼠持续16周的富含丁酸钠的高脂饮食，能增加其PPARδ表达，PPARδ增加可通过增强C57BL/6J小鼠骨骼肌葡萄糖的氧化代谢来改善其胰岛素敏感性[36]。同时，SCFAs还可通过与游离脂肪酸受体2/3(FFAR2/3)结合，提高GDM患者血浆中PYY和GLP-1水平，其中PYY可增强肌肉和脂肪组织对葡萄糖的吸收，GLP-1能通过刺激胰岛素前体基因表达而促进GDM患者体内β细胞合成胰岛素[37]。

4 富含DF饮食与血糖控制

富含DF的食物(蔬菜、水果、豆类与全谷物等)在孕期血糖控制中固然重要，但其血糖指数(glycemic index，GI)和血糖负荷(glycemic load，GL)的高低也不容忽视。高GI的食物会迅速提高餐后血糖水平，而高GL则会延长高血糖的持续时间。最近，Zhang等[38]在研究孕前和孕期饮食GI/GL与GDM风险的相关性发现，与饮食GI/GL处于最低三分位数的女性相比，孕前、孕早期和孕中期饮食GI/GL处于最高三分位数的女性，其发生GDM的风险分别增加12%/15%、25%/23%以及29%/25%(P均≤0.02)。对于GDM患者，低GI(GI<55)/GL(GL≤10)饮食能显著改善GDM患者的空腹血糖、餐后2h血糖和糖化血红蛋白水平，并降低早产、巨大儿、新生儿低血糖及胎儿窘迫等不良妊娠风险[39]，而高GI(GI>70)/GL(GL≥20)饮食不仅不利于GDM患者空腹及餐后血糖的控制，同时增加其孕期使用胰岛素治疗的可能[40]。

为了保证GDM患者每日摄入充足的碳水化合物，并降低其对GDM患者血糖的影响，2018年美国营养与饮食学会(Academy of Nutrition and Dietetics，AND)建议GDM患者每日碳水化合物的摄入量不低于175g，在每日摄入28g DF的前提下，优先选择低GI/GL的食物[41]。如在GDM患者饮食中增加摄入富含DF的低GI食物，如全谷物、坚果、豆类、非淀粉类蔬菜和大多数水果，针对菠萝，芒果或枣等GI偏高的水果，应在血糖平稳的条件下限制其摄入量。此外，为了降低GL，GDM患者应将每天总的能量和碳水化合物摄入量分配到不同的餐次中，分散摄入，以免引起餐后血糖过高。

5 总结与展望

综上所述，DF作为人体重要的营养素，对GDM的积极作用在临床上已得到肯定。大量研究已证实，DF对孕期的体重控制，GDM患者的糖脂代谢、肠道菌群及其代谢的调节等方面都有一定的益处。然而，DF在对GDM患者进行营养治疗时，会由于DF的来源和个体的差异而表现出不同的预后。为制定GDM有效的预防和治疗策略，需更多大规模的研究来验证DF与GDM之间的潜在作用机制，以制定出合理的GDM患者膳食方案。