膳食纤维在胃肠道功能紊乱综合征中的作用研究进展

龚凌霄，刘飞越，方 芳，王 静*

（1 北京工商大学 老年营养与健康教育部重点实验室 中加食品营养与健康联合实验室（北京）食品添加剂与配料北京高校工程研究中心 北京 100048）2 上海食品科技学校 上海 201599

胃肠道功能紊乱综合征（Functional Gastrointestinal Disorders，FGIDs）是消化系统临床常见病和多发病，包括有肠易激综合征（Irritable Bowel Syndrome，IBS）、炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease，IBD）、功能性腹胀（Functional Bloating，FB）和功能性便秘（Functional Constipation，FC）等[1]。目前FGIDs 的病因和发病机制尚未阐明，通常认为FGIDs 的发病主要与消化道运动功能障碍、内脏高敏感性、胃酸分泌、幽门螺旋杆菌感染、肠道微生态失衡和精神心理因素等密切相关[2]。虽然人们应对疾病所使用的药物、手术等治疗手段已经在一定程度上延缓疾病的发展，但是这消耗了大量的人力、物力、财力，且对患者具有一定的副作用。找到更科学、有效的方法对促进人体健康、防治疾病具有重大意义。近期研究发现，FGIDs发病与患者饮食和生活方式等因素密切相关，饮食方式的调整有助于改善FGIDs 患者胃肠道症状。膳食纤维（Dietary Fiber，DF）在预防人体胃肠道疾病和维护胃肠道健康方面功能突出，有“肠道清洁夫”的美誉。长期以来，人们一直认为纤维在调节新陈代谢和预防慢性胃肠疾病方面具有重要作用[3]。从膳食干预层面调整DF 的摄入是一种行之有效的方法。

1 膳食纤维概述

膳食纤维（Dietary Fiber，DF）是指植物中天然存在的、提取的或合成的碳水化合物的聚合物，不能被人体消化道分泌的消化酶所消化，并且不能被人体吸收利用的多糖[4]。根据其水溶性的不同，可分为水溶性DF 和非水溶性DF，前者包括果胶、树胶和植物多糖等；后者包括纤维素、木质素和半纤维素等[5]。虽然不能被完全消化，但DF 可以直接影响多种生理过程，具有多种生理功能。不同纤维的生理特性主要与其溶解度、黏度、物理结构和发酵性有关，而与其组成单体无关。纤维类型的溶解度是指它们在水中的溶解能力，而可发酵性是指它们被宿主微生物代谢的程度。另一方面，黏度是纤维在水中形成凝胶状稠度的能力。不同类型的纤维之间理化性质存在巨大差异，而这些性质本质上确定了不同类型纤维在调节微生物群中的作用，以及随后对宿主健康和疾病的影响[6-7]。下面将着重论述DF 对FGIDs 的作用及其机制，并讨论影响其作用效果的重要因素。

2 DF 对FGIDs 作用机制

2.1 DF 经肠道微生物发酵产生的代谢物质对FGIDs 的影响

2.1.1 短链脂肪酸 由于DF 不会被小肠吸收利用，因此将在结肠和盲肠中被肠道微生物利用并产生一系列代谢产物，其中短链脂肪酸（Short chain fatty acids，SCFAs）是最主要的发酵产物，乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐，其含量逐级递减。可溶性DF 会被肠道微生物利用产生大量SCFAs，而不可溶性DF 则不易被分解，只会产生少量SCFAs 和大量长链脂肪酸[8]。95%发酵产生的SCFAs 可被细菌利用，为机体提供能量，对维持肠黏膜屏障具有重要意义[9]。一方面，SCFAs 是肠上皮细胞（IEC）的重要燃料，可通过不同的机制调节IEC 的功能，如调节其增殖、分化以及调控亚群（如肠内分泌细胞）的功能[10]。丁酸盐是所有SCFAs 中利用率最高、作用效果最明显的，可作为宿主上皮细胞的能量来源，是决定结肠上皮细胞代谢活动和生长的关键营养素。低水平的丁酸盐可改变TH 细胞的细胞因子生成谱，并促进肠上皮屏障的完整性[11]。丁酸盐在线粒体通过脂肪酸β 氧化和三羧酸循环可以提供结肠所需能量的70%[12]。有证据显示，丁酸盐对维持结肠黏膜健康的作用部分是通过结肠Treg 细胞激活FOXP3 和IL-10 表达介导的[13]。另一方面，SCFAs 影响肠道运动并增强肠道屏障功能以及宿主代谢，或通过调节炎症因子，减少炎症发生，改善IBD、IBS 以及FAPD 的内脏超敏性和腹痛症状[14]。乙酸是胆固醇合成的主要底物，被肝脏代谢后可作为能源物质被利用，其醋酸盐通过G 蛋白偶联受体GPR43 防止肠道炎症。丙酸可以增加宿主抗菌肽的分泌，从而起到抗菌作用[15]。李竹青[16]研究发现，丁酸钠可通过下调IRAK1 蛋白（IL-1 受体关联激酶1 重组蛋白）来改善肠易激综合征的内脏高敏感性；Bayer 等[17]研究发现，猕猴桃纤维可通过产生SCFAs，限制促炎细胞因子NF-kB 的激活以及增加抗炎细胞因子TGF-b1 的释放，以此来减少IBD 的发生；Yu 等[18]在用丁酸盐治疗DSS（葡聚糖硫酸钠）诱导的小鼠结肠炎中发现，丁酸盐可显著减少小鼠结肠溃疡和隐窝损伤，并且显著降低了TNF-α 和IL-6 的水平，提高了IL-10 水平。

2.1.2 肠道气体 DF 经肠道微生物发酵还可产生H2、CH4、H2S 等肠道气体，肠道气体失调是导致胃肠道功能紊乱的又一重要原因，肠道气体不仅可以增加粪便体积，还可以促进结肠运动[19]。此外，肠道内气体条件会影响肠道微生物的组成及功能，进而影响SCFAs 的产生[20]。动物实验表明，内源性H2S 可增加溃疡愈合，并具有抗炎作用[21]，H2S 也可以通过作用于平滑肌来调节结肠顺应性，与结肠痛觉和IBD 有关[22]；当DF 被发酵产生H2时，又会被不同的氢营养微生物如乙酸盐还原菌、硫酸盐还原菌等转化为乙酸盐、H2S 等，进而对肠道产生保护作用[23]；研究显示健康人群食用DF 会使CH4含量减少，而CH4会抑制结肠的运动，与便秘紧密相关[24]。

2.1.3 其它代谢产物 除了SCFAs 和气体以外，胆汁酸和犬尿酸等DF 的微生物代谢产物在FGIDs 的发生过程中也发挥重要作用，胆汁酸的合成途径分为两种，一种是合成酸性胆固醇的酸性途径，而另一种经典途径是胆汁酸合成的主要途径，是由肝脏中的胆固醇经胆固醇-7α-羟化酶（CYP7A1）催化而最终生成胆汁酸，在正常条件下至少75%的胆汁酸通过该途径产生，而CYP7A1是整条途径的限速酶，决定胆汁酸生成量[25]。DF被肠道菌群分解产生的SCFAs 可以促进此合成途径。另外，肠道中的部分胆汁酸还会在肠道中的菌群作用下脱氧生成次级胆汁酸[26]。胆汁酸和肠道菌群可以双向调节，肠道菌群通过改变胆汁酸的组成，来激活宿主代谢过程中的免疫活性。胆汁酸在肠道内可抑制细菌增长，可以通过它的抗细菌性和黏膜免疫刺激作用来防止肠内细菌过度生长[27]，以此来维持肠道菌群稳态化。这是肠道菌群-DF-肠道菌群的良性循环，DF 通过这种良性循环以此来维持肠道健康来实现对FGIDs 症状的改善作用。此外，胆汁酸可作为信号分子通过受体发挥效用调节复杂的生理病理过程[28]。胆汁酸受体主要包含G 蛋白偶联受体5（G protein-coupled receptor 5，TGR5）、法尼酯X 受体（farnesoid X receptor，FXR）等，胆汁酸可以直接作用于抗菌药物或通过FXR 诱导抗菌肽的产生，以及通过FXR 等调节宿主的免疫系统，改变肠道微生物群的结构[29-30]。人类中的TGR5 mRNA 在胆囊、回肠和结肠中高表达，可有效调节炎症[31]。Garibay 等[32]发现，TGR5 缺失可加剧DSS 诱导的结肠炎小鼠肠道炎症。一般情况下，胆汁酸会处于一种稳态，但当平衡发生改变如胆汁酸吸收不良，肠道胆汁酸重吸收的降低和粪便胆汁酸排泄的增加均会引起腹泻的发生[33]。Balesaria 等[34]研究了28 例没有其他胃肠道疾病的临床腹泻患者，对他们的75Se同型牛磺胆酸进行检测来判断胆汁酸的吸收情况，结果显示其中9 例的75 SeHCAT 检测值异常。Rao 等[35]发现口服补充胆汁酸可以增加IBS-C（便秘主导的肠易激综合症）患者的肠道转运速度，改善肠道运动功能。

犬尿酸（Kynurenic acid，KYNA）是一种广谱的促离子型谷氨酸盐受体拮抗剂，可以通过激活GPR35（G-蛋白偶联受体）降低初级感觉神经元的兴奋性，且它的激活可以起到镇痛的效果[36]；γ-氨基丁酸（GABA）作用于GABA 受体，对痛觉传递产生抑制作用[37]。

图1 膳食纤维发酵代谢物胆汁酸的作用机制Fig.1 Action mechanism of dietary fiber fermentation metabolite bile acid

2.2 DF 直接调控肠道微生物的结构

肠道微生态系统是人体最复杂的微生态系统，在宿主健康、营养、代谢和免疫稳态中起着关键作用。小肠细菌过度生长通常会在肠道结构改变、肠动力受损或胃酸分泌减少的患者中检测到。但在没有这些因素的情况下，它也与胃肠道症状的发展有关，与IBS 之间存在更直接的关系[38]。在肠腔内，微生物群调节胆汁酸的变化会影响粪便量和稠度，而微生物群发酵的变化可以影响产气量，这些相互作用可能会诱发或加重IBS 症状[39]。而且肠道菌群不仅参与IBD 的发病机制，还参与疾病进展的不同阶段，包括并发症和肠外相关疾病的发展。远端肠道克罗恩病的并发症可通过粪便流的近端分流而减少，这表明该病的某些特征可通过微生物群的操纵来治疗[40]。此外，有些针对结肠癌相关微生物组的研究表明，酸杆菌与疾病有显著相关性[41-42]。幽门螺杆菌感染与功能性消化不良之间的关系（尽管较弱）以及使用抗生素与IBS 风险增加有关的报告也表明了微生物群与胃肠道功能紊乱综合征的相关性[43-44]。还有证据表明微生物群参与了自发性和结肠炎相关的结肠癌发生。

肠道微生物群利用膳食营养来维持生存和生长，DF 对肠道微生物群的组成、基因表达和代谢特性似乎有适度的影响。作为共生细菌，这些微生物主要依靠不易消化的纤维和多糖作为能源，因此到达远端肠道的膳食多会对肠道生态产生根本性影响[45]。以含有DF 的饮食干预策略可通过改变结肠微生物群组成和代谢活性来影响胃肠道健康[46]。一般情况下人体肠道菌群处于一种平衡状态，但不当的膳食结构如低纤维饮食会造成肠道菌群失衡，进而导致各种胃肠疾病的发生[47]。富含DF 的饮食似乎有利于菌群的生态多样性，更丰富、更复杂的微生物组对代谢和健康也会产生有益影响[48]。在健康的个体中，最大的植物分类群为拟杆菌门和厚壁菌门（占据肠道微生物的70%）[49]，双歧杆菌是广为人知的肠道益生菌，它可以抑制腐生细菌生长、预防及治疗腹泻、便秘等症状；乳酸杆菌会产生乳酸、乙酸等抗菌物质，抑制有害细菌生长，维护肠道微生物群平衡，起到整肠作用；而肠杆菌、肠球菌则是常见的肠道致病菌。研究表明，拟杆菌门类在便秘病人结肠黏膜中明显增加[50]。尽管肠道细菌系统型的个体多样性和丰富性不同，但它们形成了功能相似的肠道菌群。

DF 对维持肠道菌群稳态、肠道黏液的生成和降解平衡、保护肠壁结构等肠道健康的良性循环有重要作用。其中，可溶性DF 可在水中稳定分散，在肠道内与葡萄糖缠结形成具有一定黏度的胶体，具有作为肠道菌群发酵基质的作用[51]。Koleva 等[52]在给小鼠喂食菊粉两周后检测粪便中菌群含量，发现双歧杆菌的含量增加，而肠杆菌含量降低。Liu 等[53]给健康的成年人膳食补充低聚果糖2 周后，其粪便中双歧杆菌数量增多，肠杆菌、沙门氏菌数量降低；膳食补充2 周低聚半乳糖以后，双歧杆菌丰度显著增加。在一项临床研究中发现，服用含有果寡糖（25%）、木寡糖（25%）、聚葡萄糖（25%）、抗性糊精（25%）的益生元补充剂的结直肠癌患者的拟杆菌门丰度降低，双歧杆菌、芽孢杆菌增加，肠球菌丰度降低[54]。在IBS 患者中，肠杆菌科、细菌属与健康对照组相比有所增加，而梭菌属、法氏杆菌属和双歧杆菌属在IBS 患者中减少[55]。Zoppi 等[56]发现益生元摄入后，与健康儿童相比，FC 儿童的梭状芽孢杆菌和双歧杆菌显著增加。

值得注意的是，DF 与肠道微生物之间的关系受其分子质量、结构等因素的影响。颜玲[57]给小鼠分别喂食低分子质量纤维素与高分子质量纤维素，并喂食葡聚糖作为对照，4 周后发现低分子质量纤维素组微生物多样性没有显著差异，肠道有益菌数量显著增加。而高分子质量纤维素组菌群多样性较低，拟杆菌丰度比低分子质量纤维素组低5.61%。DF 的结构（如糖苷键类型和单体组成）和链长是调节肠道微生物组成的重要因素[58]。如β，1-4 连接的低聚糖可以有效刺激双歧杆菌生长，也可以被一些乳酸菌和细菌属发酵[59]；由β-糖苷键连接的五碳低聚糖（如阿拉伯木聚糖）比由α-糖苷键连接的六碳低聚糖（如低聚果糖、菊粉）在消化道中被肠道微生物利用的范围更小[60]；短链的低聚果糖比长链的低聚果糖更容易被双歧杆菌利用，从而刺激双歧杆菌生长[61]。果聚糖由于其小分子尺寸和表达其水解所需酶（β-呋喃果糖苷酶）的细菌的可利用性而被快速发酵[62]。而多糖，如部分水解瓜尔豆胶（PHGG）、RS 亚型的发酵速度较慢，这是因为它们的链长较长，物理结构复杂，或者是因为它们依赖于具有必需酶的高度特异性的微生物而限制了细菌的可利用性[63-64]。聚合度（Degree of polymerization，DP）可能对发酵位置产生重大影响。其中，低DP 果聚糖和高DP 果聚糖分别倾向于在近端结肠和远端结肠进行更多发酵[65-66]。Nilsson 等[67]给大鼠喂食不同聚合度的4 种低聚果糖研究其体内短链脂肪酸的含量，结果显示聚合度低（2～8）的低聚果糖沿后肠产生高水平的丁酸，而聚合度高（10～60）的低聚果糖产生高水平的丙酸。有研究发现聚合度较低的果聚糖可促进盲肠lgA 分泌，IgA 与乳酸杆菌和双歧杆菌的浓度之间存在高度正相关，低DP 果聚糖强烈刺激盲肠中乳酸杆菌的生长，而高DP 果聚糖优先支持双歧杆菌的生长[68]。此外，在体外研究发现DP大于10 的低聚果糖比DP 小于10 的低聚果糖发酵慢得多[69]。菊粉是一种天然的果糖聚合物，聚合度较低时则可称为低聚果糖，低聚果糖的分子质量较小，推测能更好地被菌群利用[70]。朱立猛研究发现相比于聚合度高的菊粉，聚合度低的低聚果糖对增加肠道益生菌相对丰度的效果更显著[71]。

图2 膳食纤维对肠道微生物组成的影响Fig.2 Effect of dietary fiber on intestinal microbial composition

2.3 DF 调节胃肠道转运

胃肠动力障碍是引起功能性消化不良的常见原因，DF 调节肠道微生物群结构和代谢物的产生，有助于调节肠道运动。不溶性纤维通常很难被肠道微生物发酵，在肠道中这些不可发酵的纤维通过增加微生物生物量或由于保水性吸水膨胀后使得粪便体积增大，粪便内容物的额外体积通过物理膨胀效应刺激肠道蠕动并加速结肠转运[72-73]。它们在饮食中的存在增加了肠道转运率，从而减少了结肠细菌发酵未消化食物的时间。另外，不溶性DF 中存在特殊的管状结构，这些结构具有毛细作用，可大大增强吸水性。同时纤维素内存在无定形区，通过区间的空隙可以使其有限溶胀，增大体积，促进转运[74]。纤维还具有凝胶形成的能力，这种性质使纤维变得黏稠，从而顺利通过胃和肠。如果排便太慢（如便秘），黏性纤维会使肠道运动更快，如果运动太快（如腹泻），黏性纤维又会减少肠道运动并增加通过时间。这种现象有助于调节肠道运动，并有助于稳定便秘和腹泻的症状[75]。

马满鹏等[76]研究发现提高犊牛纤维的摄入水平，能够促进犊牛胃肌层和容积，为胃的蠕动提供动力。Khuituan 等[77]研究发现火龙果中提取的低聚糖可以改善小鼠的肠道蠕动；唐飞[78]的研究表明不同年份、不同嫩度的青砖茶纤维均可明显改善小鼠胃肠动力障碍。一项对健康人的研究显示，补充麦麸皮后，肠道转运时间显著减少，而对便秘者的作用较小[79]。Stephen 等[80]研究发现补充麦麸后可使整个肠道的转运时间加快37%，产生的粪便内容物包括约61%的固体和12%的细菌。这与通过主要可发酵的卷心菜纤维观察到的变化形成对比，补充卷心菜纤维可加快运输20%，粪便内容物包括18%的固体和54%的细菌。此外，具有黏性、凝胶形成特性的纤维，包括β-葡聚糖、甲基纤维素、果胶、木虱等，与液体混合时变稠，形成凝胶结构。在胃中，这种凝胶与食物结合，形成一个黏稠、凝固的团块，可以使健康受试者的胃排空速度降低20%，影响整个胃肠道的功能[81-82]。

图3 膳食纤维在FGIDs 中的作用机制Fig.3 Action mechanism of dietary fiber in FGIDs

3 DF 在FGIDs 防治中的应用

3.1 DF 对IBS 的防治作用

肠易激综合征（IBS）是最常见的功能性胃肠疾病之一，影响近11%的全球人口，其特征是反复出现腹痛、腹胀和大便形式或频率的改变，而没有任何结构变化和明显的炎症[83-85]。其中肠道微生物群失衡是肠易激综合征最常见的病因。与其它纤维相比，可溶性纤维对IBS 的益处较大。在最近的一项荟萃分析中，Moayyedi 等[86]表明可溶性而非不溶性纤维在减轻总体症状方面是有效的。Singh等[87]在对22 个随机对照试验的系统回顾和荟萃分析中，可溶性纤维显著改善了全身性肠易激综合征症状和腹痛，而不溶性纤维则没有。Bijkerk等[88]比较了可溶性（木虱）纤维和不溶性（麸皮）纤维与安慰剂对IBS 患者的疗效。研究发现，除了腹痛或与健康相关的生活质量外，和安慰剂相比，木虱组的症状有所改善，而麸皮组没有导致症状的显著变化。部分水解瓜尔豆胶是一种可溶的非胶凝纤维，已被证明可以减轻IBS 患者的症状和腹痛[89]。Parisi 等[90]通过部分水解瓜尔豆胶与麦麸的对比试验发现两者均可改善IBS 的核心症状（腹痛和排便习惯），但部分水解瓜尔豆胶组的耐受性更好，有更多的患者症状显著改善，成功率高于麦麸组。这表明它的摄入可以受益于IBS 患者，使其成为一个有效的选择。车前，作为一种常见的可溶性纤维补充剂，已知能有效缓解肠易激综合征的症状，可作为补充剂来使它的益处在肠易激综合征中得到利用[91]。

3.2 DF 对FC 的防治作用

便秘是消化系统常见的功能性胃肠道疾病，临床上表现为大便量少、硬，排出困难，且伴有腹胀、腹部不适、食欲不振等症状。便秘造成排泄物在结肠内停留时间过长使得其中有害物质长期作用于结肠，有增加局部癌症发生的危险[92]。DF 因其大分子结构赋予的水合性、吸附作用而具有调节肠道菌群稳态、促进排便等功能。可溶与不可溶DF 在预防和治疗便秘的机制有所不同。可溶性DF 有效的增加了肠道内有益菌的丰富程度，并将DF 水解成短链脂肪酸，这些脂肪酸能降低肠道环境pH 值，且具有良好的吸水性，增加粪便中的水分，有助于软化粪便缓解便秘维持肠道清洁。低聚果糖（Fructo-oligosaccharide，FOS）是一种重要的水溶性DF，是一种应用广泛的益生元。研究显示，FOS 中的双糖渗透活性可以将肠腔内的水和电解质很好的保留下来，从而促进排便，而且在双歧杆菌的分解下，FOS 可以有效降低肠道内的pH 值，促进肠道蠕动[93-95]，具有很好的改善便秘的效果。殷忠义等[96]让64 例功能性便秘患者口服FOS 进行治疗，结果发现经治疗后患者的症状显著改善。Vandeputte 等[97]让患有轻度便秘的成年人每天摄入12 g 菊粉，4 周后发现其大便次数显著增加。一篇芸萃分析显示，菊粉对大便频率、通过时间和大便硬度都有积极影响[98]。

不可溶性DF 促进胃肠蠕动的效果较好，它可通过对肠黏膜的机械刺激来改善粪便稠度和粪便质量，增加肠道的压力，加快食物通过消化道，这有助于形成良好的排便规律；多孔结构可以吸附肠道内有害菌释放出的毒素等，维持肠道内的健康环境[99]。白冰瑶等[100]在对红枣DF 改善功能性便秘的研究中发现，中、高、低剂量组的红枣DF均可缩短小鼠首粒排黑便时间，小鼠的排便粒数和质量也有所增加。朱婧等[101]对谷物中的DF 对于排便频率、肠道通过时间以及粪便湿重的影响的多个研究结果进行Meta 分析，结果表明谷物中的DF 可以增加排便频率，缩短肠道通过时间，增加粪便湿重。Ustundag 等[102]在一项随机、对照研究中评估了纤维（部分水解瓜尔豆胶）和乳果糖对61 名4～16 岁患有慢性便秘儿童的影响。结果发现在治疗后排便频率、大便稠度和腹痛方面均有显著改善，且乳果糖组排便次数明显增多。Anti等[103]对117 名FC 患者摄入纤维和液体情况进行评估。研究结果表明，每天摄入25 g 纤维会增加排便次数，且随着年龄的增长，排便次数会进一步显著增加。通过饮食逐渐增加纤维摄入量至20～30 g/d，并补充足够的液体，通常被推荐为便秘的一线疗法[104]。从丽敏等[105]建立大鼠便秘模型，研究发现DF 在一定程度上可改善便秘，且联合益生菌可显著改善便秘。这也意味着DF 和其它物质的混合对于便秘的治疗更佳，这也为我们今后对胃肠疾病的防治提供了一种新思路。

3.3 DF 对IBD 的防治作用

炎症性肠病是一组以慢性炎症和肠道菌群失调为特征的功能性胃肠道疾病。其中溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis，UC）和克罗恩病（Crohn’s Disease，CD）是炎症性肠病（IBD）的两种主要表型[106]。肠道失调被认为是IBD 患者疾病进展和胃肠道症状的重要原因，DF 可以维持肠道菌群稳态，调节免疫应答和维持免疫稳态。IBD 患者与健康人的另一个差异是肠道屏障受损，摄入特定类型的DF，可以促进有益微生物的生长及其活性、增强肠上皮屏障功能，改善肠道炎症及促进结肠上皮损伤的愈合保护，修复IBD 患者的肠黏膜屏障恢复肠道的完整性和内环境稳定性[107-108]。

曹峻菡等[109]研究发现海藻DF 作为一种天然活性成分对炎症性肠病具有营养保护功能。韦瑶[110]在用可溶性DF 联合粪菌移植治疗溃疡性结肠炎时发现，可溶性DF 的联合治疗要比独立的粪菌移植效果明显。而患有结肠炎的患者在接受治疗后的饮食护理上，也被推荐食用多纤维食物[111]。Guarino 等[112]研究发现菊糖能够恢复一些重要保护蛋白的水平，参与炎症过程。Furrie 等[113]发现，在溃疡性结肠炎人群中，菊粉的摄入下调了促炎症细胞因子白介素10（IL-10）的表达水平，对治疗溃疡性结肠炎效果显著。在一项前瞻性研究中，让269 位CD 患者和338 位UC 患者摄入DF（平均24.3 g/d），结果发现患CD 和UC 风险均显著降低，其中CD 风险降低了40%，且表明从水果和蔬菜中摄入DF 可以降低患CD 的风险，而从全谷类或豆类中摄入纤维对患CD 或UC 的风险没有影响[114]。Amre 等[115]进行了一项对照研究，研究发现食用富含纤维的蔬菜和水果的儿童患CD 的风险较低，且随着食用的增加，风险也在降低。但一项病例对照研究表明大量食用蔬菜和水果只会略微降低UC 的风险，并无显著相关性[116]。Hansen 等[117]针对87 个关于IBD 发生前环境因素的问题（涵盖了被认为是CD 和UC 假定风险因素的不同主题）进行了统计分析，表明高纤维的摄入与CD 和UC的发生有显著相关性。

4 DF 的副作用

鉴于DF 在胃肠道功能上的有效作用，越来越多的人改变饮食，虽然增加DF 的摄入已被证实对胃肠道有益，一般每天的摄入量应控制在20 g 以内，食用过量的DF 会被肠道中一些菌群分解产生挥发性脂肪酸和多余的气体引起腹部胀痛[118]。其中低聚果糖（Fructo-oligosaccharide，FOS）在大肠中可完全发酵，是肠道气体的重要来源，对一些人来说，快速产气会导致腹部不适。在特定的条件与剂量下，低聚糖的过量摄入将扰乱肠道原有的平衡引起肠道不适，降低微生物的多样性，增加结肠透性等[119]。李东尧[120]将24 只小鼠随机分到FOS 急性剂量组、FOS 低剂量组、FOS 梯度剂量组中，以不同的方式补充低聚果糖。PERMANOVA 检验结果显示，梯度剂量组膳食干预对菌群代谢功能的影响效应占总效应的52%，低剂量组占36%，而急性剂量组仅占28%。陈彬睿[121]给32 只小鼠灌喂生理盐水或低聚果糖，14 d 后检测结果表明低聚果糖的摄入使得IBS 小鼠的内脏敏感性进一步增加。FOS 的大量摄入还会引起液体在小肠和大肠中的渗透滞留而导致腹泻，不良作用的出现和强度取决于产品剂量和个体反应[122]。Den 等[123]研究发现每天摄入菊粉4～15 g 的剂量不会影响肠道转运时间，但会增加健康个体的粪便量。在患有便秘的老年人中发现，每天摄入菊粉剂量达到20～40 g 时会增加粪便沉积频率，且在某些情况下会伴有肠胃胀气[124]。此外，高剂量的DF 还会延长胃的排空时间，引起食物反流造成反酸而导致食道与胃黏膜损伤[125]。在一项小型研究中，果聚糖（小麦、黑麦、洋葱和大蒜中发现的碳水化合物）被证明会增加胃食管反流[126]。胃调节功能的降低与更高的反流事件发生率相关[127]。

碳水化合物的不耐受会导致胃肠道变异和肠道不适引起很多不良反应。数据显示，超过30%患有碳水化合物不耐受和功能性、非特异性、非过敏性胃肠道疾病的患者合并乳糖不耐受和果糖吸收不良[128]。在大多数吸收不良的情况下，食物中的碳水化合物如乳糖和果糖进入大肠成为细菌的底物，发酵产生氢气从而加重FGIDs 患者的症状。一项关于碳水化合物对IBS 患者上消化道运动影响的研究表明，果聚糖灌胃会导致胃肠道症状的快速发作，特别是痉挛、肠胃胀气和疼痛，且与葡萄糖组相比，果聚糖更容易引起餐后胃压的升高[129]。Major 等[130]让健康受试者和肠易激综合征患者摄入菊粉，结果表明结肠气体体积增加了约4 倍，小肠含水量没有变化，不良症状仅在肠易激综合征患者中出现。本身就具有这些不良症状的FGIDs患者要尤其注意，要对病因进行检测，然后根据个人饮食计划进行个性化治疗，在医生的监控和建议下正确摄入DF。

此外，如若过多的摄入快速发酵型纤维则会在盲肠和近端结肠中快速发酵，可能导致大量SCFAs 的集聚而对黏膜产生毒性，这种效应会使屏障受损诱发黏膜炎症和内脏敏感性增加。另外，快速产气相关的管腔扩张可刺激机械感受器，在内脏过敏的情况下，机械感受器可诱发疼痛和腹胀加重肠易综合征的症状[131]。FODMAP 是肠道无法正常吸收的可发酵短链碳水化合物的集合，包括低聚糖、双糖、单糖、多元醇。当FODMAP 到达小肠时，它们会缓慢移动，因高渗透性吸引大量水分，将很多水带入肠道中，这可能会影响肠道的蠕动速度和腹泻发生[132]。大部分人没有完全分解FODMAP 的酶，当它们进入大肠时，FODMAP 中的乳糖和低聚果糖被肠道菌群发酵，增加肠道内糖基化终产物的生成，多余的气体和水会导致导致肠腔扩张。由于患有IBS 的患者肠道高度敏感，故肠壁的拉伸会导致腹部疼痛、胀气等不适感[133]。Kamphuis 等[134]通过给小鼠喂食乳糖或喂食低聚果糖发现，这会导致肠易激综合征患者出现症状，导致小鼠腹部敏感性增加。大多数FODMAP 是益生元，益生元纤维具有会引起腹胀和腹痛气体的副作用，低FODMAP 饮食可以限制这种对肠道微生物重要的纤维[135]。很多研究表明低FODMAP 饮食可以改善许多与功能性肠道疾病和炎症性肠道疾病相关的症状。一篇芸萃分析表明，70%～80%的人可以通过低FODMAP 饮食改善IBS 症状[136]。Chumpitazi 等[137]在一项针对8 名7～16 岁儿童的研究中调查了低FODMAPs 饮食是否能降低IBS症状。发现患者的腹痛和疼痛频率显著降低。Eswaran 等[138]将92 名IBS 患者分成低FODMAP组和一般饮食组，结果显示低FODMAP 饮食组中超过一半的患者的症状有所改善。但这种限制性饮食只适合存在特定症状的人群，不然可能弊大于利。低FODMAP 饮食不可避免地会减少部分主食（如小麦）、乳制品等的摄入，长期使用后会引发营养不良[139]。Eswaran 等[140]对成年IBD 患者进行试验，比较了低FODMAP 饮食和mNICE 饮食预措施，研究表明，部分患者采用低FODMAP 饮食后，会导致总碳水化合物的摄入量显著降低。此外，低FODMAP 饮食可能引起DF、铁、锌、叶酸及B 族维生素等不足[141]。Ostgaard 等[142]研究发现，12%的IBS 患者的饮食结构欠丰富，影响维生素核黄素、磷、钙的吸收。另外，肠道的菌群会受到我们所吃DF 种类的影响，低FODMAP 饮食导致用于肠道内发酵的底物大大减少，会使得肠道菌群的组成和功能改变，会对肠道微生物的平衡以及多样性产生不利的影响。Halmos 等[143]对27 名IBS 患者和6 名健康受试者随机分配低FODMAP饮食或澳大利亚饮食，研究发现低FODMAP 饮食降低了细菌总数，丁酸盐产生梭状芽孢杆菌相对数量减少。Staudacher 等[144]进行了一项随机对照试验将IBS 患者随机分为干预饮食组（限制碳水化合物）和习惯饮食组，4 周后发现肠腔内双歧杆菌数量降低。此外，FODMAP 具有免疫调节、增加粪便体积、促进钙吸收、降低血清胆固醇水平等重要的生理作用，低FODMAP 饮食可能会削弱这些效果而增加心血管或结直肠癌等风险[145]。

更慢发酵的纤维，如抗性淀粉（Resistant Starch，RS）亚型，可根据运输速度和微生物群发酵纤维的能力进行远端发酵。然而，更高剂量的此类纤维（补充39 g/d 的RS）可能会引起腹胀和腹部不适[146]。过多的可溶性DF 会吸收肠道中的水分引起脱水导致纤维硬化而便秘，缓慢发酵的纤维单独使用可能不适用于传输较慢的便秘患者[147]。菊粉属于发漫（FODMAPS）类纤维，会产生一定气体，腹胀是菊粉（摄入过多）最常见的副作用。一研究发现菊糖比葡萄糖诱导更多患者出现腹胀的症状，菊糖诱导H2、结肠气体和结肠容积增加[148]。胃功能较弱者，肠道蠕动较慢，便秘时秘结的粪团阻塞在下端结肠，若在此时大量补充DF会刺激上段结肠的蠕动，从而导致不完全性肠梗阻。Major 等[149]研究了便秘型IBS 患者摄入剂量高达21 g/d 的木虱后症状的变化，结果显示小肠含水量增加了3 倍，但与健康受试者不同的是患者结肠含水量的变化更为多变。因此，可以预期IBS患者补充高剂量的木虱纤维后出现的腹胀等症状可能是由于木虱的凝胶结构引起的结肠水膨胀所致。炎症性肠病的患者的结肠会有不同程度的炎症和溃疡，甚至有的肠段狭窄、穿孔，还有癌变的可能。若摄入DF 不当，可能会加重病情使其变得复杂而难处理。结肠上皮细胞过度增生被认为是结肠癌的一种早期改变，过多的DF 可能会改变小肠细胞的更新速度，使其更新加快，许多营养物质会随脱落的黏膜细胞离开小肠而被带出体外。有研究发现DF 发酵产物SCFAs 可以刺激大鼠结肠细胞过度增殖[150]。这表明不正确的摄入DF 可能具有致癌作用，我们对其还需进行更多的研究。

5 结论与展望

越来越多的科学证据表明DF 的摄入有利于肠道健康，对FGIDs 具有防治作用，但不正确的摄入DF 将会加重FGIDs 患者的症状并使病情恶化。美国食品药物管理局（U.S.Food and Drug Administration，FDA）推荐健康成年人总DF 的摄入量为每日20～35 g。然而，DF 种类较多，分子质量、聚合度等不同的结构特性会具有不同的物理机械性能、功能特性以及发酵特性。所以几种纤维联用能对机体发挥更好的生理保护作用。一般建议IBS 患者使用可溶性纤维如木虱或部分水解瓜尔豆胶作为饮食干预以改善症状，尽量避免使用麦麸等不溶性纤维防止症状加重。而且，可溶性纤维被纳入饮食后，建议逐渐增加纤维摄入量（每3～4 d 增加2～3 g）。对于FC 患者，可发酵纤维和不可发酵纤维均有益处，通过饮食逐渐增加纤维摄入量至20～30 g/d，并补充足够的液体，通常被推荐为便秘的一线疗法。IBD 患者宜根据具体病情调整DF 摄入量。一般来说，缓解期患者无需限制纤维消耗，而对于炎症明显以及有肠道狭窄或者穿透性病变的患者，应坚持低纤维饮食，每天最多5 g。DF 作为饮食干预的重要组成在FGIDs 防治中的应用，需要考虑DF 的种类、功能性特点和剂量等因素，同时更要明确FGIDs 患者机体对DF产生的特异性生理学反应。综上所述，靶向患者生理学反应以调节胃肠道症状的个性化膳食纤维防治策略是FGIDs 饮食干预方法建立的全新方向。