抗性澱粉通過改變腸道菌群影響宿主營養

當談到研究複雜的膳食碳水化合物對腸道菌群的影響時，抗性澱粉（resistant starch）作為一種飲食干預受到了越來越多的關注，它們可以通過改變腸道菌群對宿主產生有益影響。雖然澱粉是人類和動物飲食中主要的能量來源，但是我們對於抗性澱粉影響宿主營養和健康的生物化學、機制、途徑和細胞信號卻知之甚少。

來自湖南師範大學生命科學學院和中國科學院亞熱帶農業生態研究所的研究團隊發表的一篇綜述探討了當前關於抗性澱粉通過影響腸道菌群來影響宿主營養學的知識，該綜述發表在今年5月的《Cellular Physiology and Biochemistry》雜誌上。

根據小腸內澱粉的消化和吸收速率及其程度，可以將澱粉分為三類：快速消化澱粉（rapidly digestible starch，RDS）是指攝入20 min內就被消化成葡萄糖並且導致血糖水平快速升高的澱粉；慢消化澱粉（slowly digestiable starch，SDS）是指能在小腸中被完全消化吸收但是速度較慢的澱粉，在20-120 min內完成；抗性澱粉（resistant starch，RS）是指在小腸內無法被消化吸收，而進入大腸內被腸道細菌發酵利用的澱粉，類似於膳食纖維。在植物性食品，主要是穀物、豆類、種子類、薯類和香蕉中，天然存在著5種類型的抗性澱粉，或者可以通過工業生產並整合到食品之中。所有這些類型的澱粉都可以在包括食管、肝臟、胃、小腸和大腸等部位發揮作用。

根據澱粉類型的不同，其直鏈澱粉的含量也不同。直鏈澱粉含量高也就意味著宿主酶對澱粉消化能力低，因此，未消化的澱粉的主要部分到達結腸並被共生的腸道細菌所利用。抗性澱粉的直鏈澱粉含量最高，其實是慢消化澱粉，最後是快速消化澱粉。

食品加工對澱粉的營養成分有顯著的影響。例如，烹飪會增加快速消化澱粉和抗性澱粉的含量，而降低慢消化澱粉的含量。除此之外，食物的儲存會增加快速消化澱粉和慢消化澱粉的水平，但對抗性澱粉水平沒有影響。例如，烹飪薯類、穀物和豆類可提高抗性澱粉的含量。此外，抗性澱粉的含量變化也依賴於食物的品種。例如，水稻的抗性澱粉含量隨著水稻品種和烹飪方法的不同而變化。在不同的水稻品種和烹飪技術中，傳統電飯鍋中烹煮的長粒米的抗性澱粉含量最高，而高壓鍋烹飪的短粒米抗性澱粉含量最低。

一些實驗和臨床研究發現，抗性澱粉對炎癥狀態具有積極作用，可能對2型糖尿病、心血管健康、胃健康、結腸炎和慢性腎病的進程具有一定的保護作用。抗性澱粉對治療這些疾病產生有益影響的潛在機制包括改善心血管疾病的發病率（通過多種機制，比如降低血清甘油三酯水平）、減少炎症標記物和減少氧化應激。還需要更大的樣本量和更長的隨訪時間來研究抗性澱粉對這些疾病的影響。

此外，抗性澱粉對腸道環境具有有益作用，包括增加布氏瘤胃球菌（Ruminococcus bromii）的數量。布氏瘤胃球菌是硬壁菌門的一個主要成員，它是發酵抗性澱粉的主要菌種，能夠通過其對抗性澱粉的特殊活性從那些逃避宿主酶的消化的澱粉中釋放能量。除此之外，攝入富含抗性澱粉的食物已經被證明可以提高腸腔內短鏈脂肪酸的水平、調節微生物代謝產物、改善葡萄糖穩態和胰島素敏感性。有趣的是，服用抗性澱粉后丁酸水平的增加因每個人獨特的腸道菌群而不同。抗性澱粉對腸道環境的這些影響表明抗性澱粉對腸道菌群的生理功能具有積極的影響，包括代謝活性、對腸道上皮和免疫結構和功能的營養作用以及保護宿主免受病原微生物的入侵。

關於解釋抗性澱粉的生理作用的細胞信號通路，動物模型研究表明抗性澱粉可能通過誘導調節性T細胞反應、直接或間接增加多肽YY激素（PYY）和胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）的水平以及減少遊離脂肪酸和白介素-6（IL-6）的水平來發揮強大的抗炎作用；多肽YY是餐后腸道產生的一種激素，能夠幫助降低食慾和限制食物攝入。這表明抗性澱粉不僅可以通過調節腸道菌群，也可以通過誘導食慾調節激素的改變來影響體重。補充抗性澱粉也可以通過增加短鏈脂肪酸的產生治療兒童急性腹瀉以及急性腹瀉導致的嚴重脫水，因為短鏈脂肪酸被結腸上皮細胞吸收后可以增強鈉離子依賴的液體吸收，從而利於液體和電解質的保持。除了腸道以外，抗性澱粉還能幫助減少1型糖尿病大鼠體內維生素D穩態的破壞。

儘管如此，也有一些研究表明在小鼠飲食中補充抗性澱粉具有不好的效果，比如體重增加不足和增加焦慮樣的行為。這些數據表明我們還需要進一步的人類和動物模型的研究來闡明富含抗性澱粉的飲食的作用。

總之，當研究複合碳水化合物在營養中的作用時，應該考慮抗性澱粉。越來越多的證據表明，抗性澱粉可以通過調節腸道菌群維持宿主健康。雖然目前該領域的研究還處於早期階段，進一步的研究將會對將抗性澱粉作為日常飲食的一部分的具體建議進行更清晰的描述。

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參考文獻：

Yang, X. P., et al. (2017). "Resistant Starch Regulates Gut Microbiota: Structure, Biochemistry and Cell Signalling." Cellular Physiology and Biochemistry 42(1): 306-318.