燕麦β－葡聚糖的功效研究进展

孟彦彤，张东杰，薛 勇，沈 群

（中国农业大学食品科学与营养工程学院；国家粮食产业（青稞深加工）技术创新中心；国家果蔬加工工程技术研究中心；中国农业大学1，北京 100083）

（黑龙江八一农垦大学食品学院2，大庆 163319）

燕麦含有多种膳食纤维，β －葡聚糖作为燕麦中主要可溶性膳食纤维受到广泛关注。燕麦β －葡聚糖主要存在于胚乳和糊粉层细胞壁中，分子质量在65×103～3 100 ×103u 之间［1］，质量分数为1.8% ～7.0%，但会随着品种、种植地等因素而产生变化。燕麦β－葡聚糖由β －D －吡喃葡萄糖单位以β －（1→4）和β －（1→3）糖苷键连接而成［2］，其中约包含质量分数70%的β－（1→4）糖苷键和30%的β －（1→3）糖苷键［3］，β －（1→4）糖苷键所连接的葡萄糖残基会被β －（1→3）糖苷键所打断，形成多个三聚体（DP3）和四聚体（DP4），通常二者的摩尔比为1.5 ～2.3［4］。近年来，β－葡聚糖作为燕麦中的关键活性成分已成为国内外研究的热点，越来越多的证据表明其具有减肥、降糖、降脂、改善心血管疾病、抗肿瘤、提升免疫力等多种健康功效。这不仅推动了相关产品的开发和推广，也促进了科学研究的深入探索和快速发展。本文对燕麦β －葡聚糖的功能效应及其发挥作用的机制进行综述，以期为功能性食品的开发和疾病的预防提供参考。

1 燕麦β －葡聚糖发挥减肥功效的作用机理

1.1 增加饱腹感

膳食纤维能够在肠道中形成黏性环境来降低脂肪酶和淀粉酶的活性，还能增加胃排空的时间以及饱腹感。β－葡聚糖同样具有上述特点，且随着黏度的增加，效果更为明显［5］。早餐中给予健康受试者4 g燕麦β－葡聚糖，发现受试者的胃半排空时间上升超1 倍［5］。Rebello等［6］发现老式燕麦片比燕麦即食早餐谷物更能增加饱腹感，抑制食欲并减少预期摄入量，这与即食燕麦片和老式燕麦片中的β－葡聚糖含量、分子质量和胃黏度比燕麦即食早餐谷物更高有关。

1.2 调节激素水平

Barone等［7］对比了早餐摄入有／无3 g β －葡聚糖的饮料，发现摄入β－葡聚糖的受试者胃饥饿素活性被抑制8.1%。胆囊收缩素（CCK）具有减缓胃排空和减少食物摄入等多种作用，Beck 等［8］发现超重受试者的餐后的CCK水平与燕麦β －葡聚糖摄入剂量的呈显著正相关，摄入2.2 g燕麦β －葡聚糖后饱腹感明显增强。肽YY（PYY）是一种与食欲控制有关的厌食激素［9］，Beck 等［10］用3 种剂量的燕麦β －葡聚糖对超重者进行干预，发现燕麦β－葡聚糖的增多与血浆中PYY 水平的升高呈剂量反应关系。Adam等［11］也证实，燕麦β－葡聚糖干预使大鼠体重增幅下降37%，同时血清中胰高血糖素样肽－ 1（GLP－1）与PYY 的水平提高。PYY 是PYY3－36的前体物质，Huang 等［12］发现燕麦β －葡聚糖升高小鼠血浆PYY3－36浓度，下调下丘脑神经肽Y（NPY）mRNA的表达，推测燕麦β－葡聚糖对饱腹感的影响可能是通过PYY3－36－NPY 轴介导的。此外，β －葡聚糖可经肠道菌群发酵产生短链脂肪酸（SCFA）［13］，SCFA会作用于肠道促进PYY的分泌，因此推测β －葡聚糖通过影响SCFA 的产生来作用于受体－PYY路径，调节PYY的分泌，进而影响食欲。

因此，燕麦β －葡聚糖可以通过增强饱腹感、调节机体内多种激素水平，如胃饥饿素、CCK、PYY 等，来影响机体食欲、限制能量的摄入，进而达到降低体重的效果，燕麦β－葡聚糖与减肥功效中存在一定的剂量反应关系（表1）。

表1 燕麦β－葡聚糖的减肥功效

2 燕麦β －葡聚糖发挥降糖功效的作用机理

2.1 影响胃肠道的消化吸收功能

接受燕麦β－葡聚糖干预的糖尿病患者和健康男性中餐后血糖和胰岛素水平显著降低，这可能是由于β－葡聚糖减缓了胃排空，影响了葡萄糖的吸收［16］。有研究推测β －葡聚糖可能通过对食物微观结构产生影响、限制淀粉的糊化，影响α －淀粉酶的水解能力来发挥降糖作用［17］。Dong 等［18］发现燕麦β－葡聚糖能调节葡萄糖代谢，抑制α －糖苷酶活性，这意味着燕麦β－葡聚糖是一种潜在的α －糖苷酶抑制剂。

2.2 调节激素水平和糖代谢相关信号通路

Shen等［19］发现燕麦β－葡聚糖可通过增加GLP－1分泌、组织中糖原合成以及增强三羧酸循环中关键酶活性有效地降低糖尿病小鼠的空腹血糖和糖化血清蛋白水平。Zhang等［20］研究表明燕麦β－葡聚糖能增加肠道Na＋－K＋－ATP 酶和Ca2＋－Mg2＋－ATP酶活性以及回肠的能量代谢，改善胰岛素抵抗，从而调节机体的血糖水平。Hooda 等［21］发现饲料中添加6%浓缩燕麦β－葡聚糖能降低猪的峰值血糖水平和胰岛素水平、促进SCFA生成。Liu等［22］研究发现燕麦β－葡聚糖可能通过改善肝源性糖代谢并且修复胰岛β细胞和组织结构的完整性来改善糖尿病小鼠的血糖紊乱。Abbasi 等［23］给予IEC －6 细胞燕麦β－葡聚糖，结果显示燕麦β －葡聚糖可以抑制葡萄糖摄取和转运蛋白（SGLT1 和GLUT2）表达。Wang等［24］发现燕麦β －葡聚糖和L －阿拉伯糖共用可以改善胰岛素抵抗细胞模型的葡萄糖摄取，并通过激活PI3K／AKT通路发挥抗糖尿病活性。吕振岳等［25］观察到在燕麦β－葡聚糖的干预下肥胖小鼠血糖得到控制，肠道中拟杆菌门与厚壁菌门的比值显著增加，与血糖水平和胰岛素抵抗存在负相关的有益菌的丰度［26］。此外，燕麦β －葡聚糖能促进肠道中乳酸杆菌和双歧杆菌的增殖，增加SCFA 的产生，调节GIP和GLP －1 来改善胰岛素敏感性和胰岛素水平、调节血糖［27］。

因此，燕麦β －葡聚糖能通过影响肠溶液浓度、限制淀粉糊化或是抑制酶活来影响胃肠道吸收葡萄糖。还能通过调节多种激素水平、促进SCFA 生成、修复胰岛组织、影响葡萄糖摄取和转运、激活相关信号通路、促进肠道中有益菌的增殖来控制血糖，最终发挥降糖功效（表2）。

表2 燕麦β－葡聚糖的降糖功效

3 燕麦β －葡聚糖发挥降脂功效的作用机理

Whitehead等［29］纳入28 项随机对照实验，发现每天摄入3 g及以上燕麦β－葡聚糖能使血清TC和LDL－C水平降低。Ho 等［30］纳入58 项随机对照实验，发现中位剂量为3.5 g／d的燕麦β －葡聚糖能将LDL－C，和载脂蛋白B（ApoB）的水平下调0.19、0.03 mmol／L。

Gunness等［31］发现燕麦β －葡聚糖可能是通过减少循环胆汁酸水平和限制肠上皮细胞扩散作用来调节胆固醇水平。胆汁酸排泄的增加会促进胆固醇生成胆汁酸，使得7α－羟化酶活性增加，以补偿胆汁酸和胆固醇的损失。人群实验中也发现类似的结果［32］，在早餐中给予健康受试者β －葡聚糖含量不同的燕麦麸和小麦麸，结果显示燕麦麸使得受试者餐后血清中7α －羟基－4 －胆甾酮（7α －HC）的浓度增加了近1 倍，而血清中7α －HC 浓度与7α －羟化酶活性密切相关［33］。给予接受回肠造口术的志愿者β－葡聚糖干预［34］，发现11.6 g 的天然β －葡聚糖能使24 h胆汁酸排出显著增加，与血清7α －HC浓度的上升相符。此外，水溶性膳食纤维会在大肠中被肠道微生物发酵产生SCFA，其中乙酸和丙酸会抑制胆固醇和脂肪酸的合成［41］，进而影响脂质代谢。Bridges等［36］对20 名高胆固醇血症男性进行为期3周的燕麦麸或小麦麸饮食干预，结果显示燕麦麸能够降低血清胆固醇，且燕麦麸组的血清乙酸值显著高于小麦麸组，这意味着燕麦麸可能通过乙酸抑制了胆固醇的生成。Yu 等［37］发现给予猪丙酸钠溶液降低了血清和肝脏中甘油三酯的水平、抑制了脂肪酸合成，改善脂质代谢。燕麦β－葡聚糖的降脂功效已被广泛证实，但是在具体分子机制上的探索并不明确。目前已有的研究结果表明燕麦β－葡聚糖可能通过调节胆固醇和胆汁酸代谢路径、降低LDL－C水平、产生SCFA影响脂质代谢来发挥降脂作用（表3）。

表3 燕麦β－葡聚糖的降脂功效

4 燕麦β －葡聚糖改善心血管疾病的作用机理

Wolever等［46］进行了一项为期4周双盲的随机实验，给予健康受试者含有3 g高分子质量的燕麦β－葡聚糖饮料，发现燕麦β －葡聚糖将心血管疾病的发病风险降低8%。Wang等［47］对轻度高胆固醇血症患者进行饮食干预，结果显示含有3 g 高分子质量（292 ku）β－葡聚糖的早餐使部分菌群丰度增加，且与心血管疾病的风险因素的变化具有显著相关性，这可能是其改善心血管疾病和发挥生理益处的潜在机制之一。

动脉粥样硬化是冠心病等许多心血管疾病的发病因素，而血脂代谢异常以及脂肪的过氧化被认为是动脉粥样硬化的诱因［48］。赵范等［49］发现燕麦麸β－葡聚糖能显著降低糖尿病小鼠的血糖值和丙二醛含量，提高体内超氧化物歧化酶活性和谷胱甘肽过氧化物酶活性，表现出一定的抗氧化活性。宁鸿珍等［44］研究了燕麦β－葡聚糖对高脂血症大鼠的作用，干预后血清丙二醛和脑脂褐质含量降低，超氧化物歧化酶活性和总抗氧化能力增强。燕麦β －葡聚糖通过减少氧自由基的生成，清除过氧化物，保护生物膜，抑制脂质过氧化，对防止高脂血症诱发的动脉粥样硬化病变有着重要作用。Ryan 等［50］给予载脂蛋白E基因敲除小鼠燕麦β －葡聚糖和其他2 种饮食干预，并与药物辛伐他汀作对比，发现燕麦β －葡聚糖对循环脂类有积极影响，减少了主动脉壁斑块的范围，并通过调节肠道菌群来调节由高脂肪／高胆固醇诱导形成的动脉粥样硬化。这些结果表明，燕麦β－葡聚糖可能通过提升机体抗氧化能力来降低动脉粥样硬化的风险，进而改善心血管疾病（表4）。

表4 燕麦β－葡聚糖的改善心血管疾病功效

5 燕麦β －葡聚糖发挥抗肿瘤功效的作用机理

燕麦中的β－葡聚糖可通过促进细胞凋亡、改善肠道菌群组成及其代谢产物来发挥抗肿瘤的功效（表5）。Choromanska等［53］发现低分子质量（69 650 g／mol）的燕麦β－葡聚糖会增强癌细胞中半胱氨酸依赖蛋白内切酶caspase －12 的表达致使癌细胞凋亡。另一项研究中，Choromanska等［54］利用高分子质量的燕麦β－葡聚糖干预癌细胞，结果显示其诱导了癌细胞的氧化应激，表现为癌细胞系中的丙二醛和锰超氧化物歧化酶表达上调，但对正常细胞没有毒性。在小鼠早期结肠癌模型中，燕麦β－葡聚糖能促进细胞凋亡，并减少结肠癌促进因子次级胆汁酸的形成，同时结肠中的厌氧菌利用β －葡聚糖产生SCFA，形成酸性环境，为双歧杆菌、乳酸杆菌等微生物提供了良好的生存条件［55］。β －葡糖醛酸酶和偶氮还原酶是由一些肠道菌群产生的有害酶，β －葡糖醛酸酶与结肠癌的发展相关［56］，而偶氮还原酶与芳香族胺的形成有关，它可以在组织中转化为致癌化合物［57］。Shen等［58］研究发现燕麦β －葡聚糖能降低粪便中的β－葡糖醛酸酶和偶氮还原酶的活性。这可能是由于燕麦β－葡聚糖选择性地促进双歧杆菌的生长，双歧杆菌产生的偶氮还原酶和β －葡糖醛酸酶的活性几乎都低于其他肠道厌氧菌的活性［59］。目前对于燕麦β－葡聚糖的抗肿瘤功效研究多集中在癌细胞的凋亡，也有研究关注到小鼠肠道中有益菌的丰度及相关代谢产物，但对其内在机制的研究较为缺乏。

表5 燕麦β－葡聚糖的抗肿瘤功效

6 燕麦β －葡聚糖发挥免疫调节功效的作用机理

β－葡聚糖是一种天然的免疫调节剂，具有调节先天性和获得性免疫反应的特性，当β－葡聚糖作为免疫刺激剂或佐剂时，C型凝集素受体、补体受体3、淋巴细胞表面抗原、内酰基神经酰胺等可作为其受体发挥作用［63］。Davis等［64］发现燕麦β －葡聚糖能增强小鼠体内巨噬细胞对1 型单纯疱疹病毒的抵抗力。Estrada等［65］则发现燕麦β－葡聚糖能刺激小鼠巨噬细胞产生IL－1，并以剂量依赖的方式诱导脾脏细胞中IL －2、IFN －γ 和IL －4 的分泌。此外，在金黄色葡萄球菌感染前3 d单次腹腔注射500 μg的燕麦β－葡聚糖可提小鼠的存活率。Yun 等［66］证明了燕麦β－葡聚糖可以抵抗小鼠体内寄生虫的感染，提高血清总免疫球蛋白和抗原特异性免疫球蛋白水平。Udayangani 等［67］发现纳米级燕麦β －葡聚糖（平均粒径465 nm）会提高斑马鱼幼体对致病菌的存活率，并上调TNF－α、IL－1β、β－防御素、溶菌酶等多种免疫功能基因的表达。不同分子质量的燕麦β－葡聚糖可能会产生差异免疫效果。Błaszczyk等［68］和Wilczak 等［69］利用高分子质量（2 180 000 g／mol）和低分子质量（70 000 g／mol）的燕麦β －葡聚糖对LPS诱导的大鼠肠炎改善作用进行了探究，前者发现补充燕麦β －葡聚糖会在炎症过程诱导的信号通路造成差异表达，分子质量的差异也会导致一些基因的差异表达，在高分子质量组效果更为明显。而后者发现燕麦β －葡聚糖能够促进SCFA 的合成，提升机体的抗氧化活性，但是低分子质量组作用效果更为明显。综合动物实验和细胞实验的证据，可以得出燕麦β－葡聚糖能够通过调节机体炎症因子、免疫蛋白和其他免疫因子的水平，并改善炎症通路的表达来发挥免疫调节作用（表6）。

表6 燕麦β－葡聚糖的免疫调节功效

7 总结与展望

文章综述了燕麦β－葡聚糖在减肥、降糖、降脂、改善心血管疾病、抗肿瘤以及免疫调节方面的功效及其作用机制，旨在为燕麦β－葡聚糖的全面开发利用提供参考。目前虽然关于燕麦β －葡聚糖的研究数量和角度很多，但大多停留在较浅层次的结果分析，在更深入的分子机制探索上较为缺乏，同时对于机体内多组织与器官之间的作用联系研究较少。例如，在燕麦β－葡聚糖体现的生物学功能中，肠道菌群及其代谢产物是如何发挥作用，又是以何种方式作用于生物体内的其他组织。在此类的问题上仍需要更进一步的研究。其次，燕麦β－葡聚糖虽已有大量证据证明其功效，但是不同燕麦品系、不同分子质量以及不同构象对β －葡聚糖功能的差异仍需要进行分析和讨论。此外，燕麦β－葡聚糖是目前研究最为深入的一种谷物β－葡聚糖，但其他富含β －葡聚糖的谷物，如大麦、青稞等，也值得进行全面的研究。探索不同品种来源的β －葡聚糖在结构、连接方式、功能等方面的共通和差异，不仅能提升人们对β－葡聚糖的认知，还能促进多种谷物资源和功能成分的开发与利用。