抗性淀粉對動物脂質代謝的影響及其機制研究

■羅 斌 陳代文 余 冰

（四川農業大學動物營養研究所動物抗病營養教育部重點實驗室，四川雅安625014）

脂質參與能量代謝、脂溶性物質的運輸以及細胞膜的構成等生命活動。正常的脂質代謝對維持機體內穩態具有重要作用，而脂質代謝紊亂與許多疾病的發生息息相關，如高脂血癥、Ⅱ型糖尿病、心血管疾病、脂肪肝和肥胖等。在畜禽生產中，脂肪的過度沉積，不僅浪費有限的飼料資源，增加養殖成本，而且直接影響動物機體的健康，導致肉品質降低?？剐缘矸圩鳛樯攀忱w維的一類，以多種方式參與調控機體脂質的吸收和排泄、膽固醇合成和分解、脂肪酸的攝入和氧化等生理過程，在維持或改善脂質代謝平衡，防止脂肪過度沉積中發揮著重要的作用。因此，本文旨在通過總結近年來國內外關于抗性淀粉調節動物的脂肪代謝及其作用機制，為抗性淀粉的深入研究與抗性淀粉在臨床（如控制代謝?。┖托竽翗I生產（如調控肉質）上的科學利用提供參考。

1 抗性淀粉定義、分類及生理功能

1.1 定義

1982年，Englyst 等[1]在膳食纖維的定量分析的過程中，首次發現有一小部分淀粉在體外試驗中可以抵抗α-淀粉酶和支鏈淀粉酶的水解，并將這一小部分淀粉定義為抗性淀粉（Resistant Starch，RS）。1992 年，世界糧農組織FAO將其定義為：在健康人體小腸中不被消化吸收的淀粉及其降解產物的總稱。尹富貴[2]提出RS 的新概念，即測定日糧中RS 的含量時的體外孵育時間應根據食糜在試驗對象的上消化道（從口腔到回腸末端）的流通時間來決定，從而使RS的定義更具有現實意義。

1.2 分類

抗性淀粉由于其來源以及加工方法的不同，抗消化的能力會有很大的區別，一般現將抗性淀粉分為以下5 類[3]：物 理 包 埋 淀 粉(Physically Trapped Starch，RS1)，指那些因細胞壁的屏障作用或蛋白質的隔離作用而不能被淀粉酶接近的淀粉，一般存在于完整的或部分研磨的豆類、谷物種子中；天然淀粉顆粒(Resistant Starch Granules，RS2)，指具有一定抗酶解能力的部分結晶結構的生淀粉粒，主要包括生馬鈴薯、未成熟的香蕉以及玉米高直鏈淀粉等；老化淀粉(Retrograded Starch，RS3)，直鏈淀粉在回生過程中分子重新聚集成的有序結晶結構，主要包括煮熟后迅速冷卻土豆、大米長期或反復濕熱處理的食物等；化學改性淀粉(Chemically Modified Starch，RS4)，是普通可消化淀粉經過化學變性處理(如酯化作用、醚化作用、交聯作用等引入了一定的化學官能團)產生的抗性淀粉；以及淀粉脂類復合物（Amylose-lipid Starch，RS5）。其中，RS5是Jovin等[4]在2010年通過加工含游離脂肪酸的高直鏈玉米淀粉而開發出來的一種新型的抗性淀粉。

1.3 生理功能

抗性淀粉一般不在小腸消化，而在大腸被微生物發酵利用，屬于植物性多糖，但是從功能上也可以被看作膳食纖維，對動物機體的作用更加廣泛。

1.3.1 糖代謝

大量研究發現抗性淀粉可減緩血糖水平的變化，促進胰島素分泌，對控制體重和預防糖尿病有一定的作用[5-6]。Raben等[7]和Reader等[8]發現當人進食5～7 h后，由于RS的代謝，餐后血糖和胰島素含量減少。通過動物實驗發現，抗性淀粉能夠預防高糖飼料誘發的大鼠葡萄糖耐量異常、并改善高脂飼料誘導的糖尿病大鼠的血糖狀況[9]。Qu 等[10]研究指出RS 影響餐后血糖水平的三種機制，一是通過抑制α-淀粉酶消化淀粉釋放葡萄糖，二是增加小腸食糜的黏度，減慢葡萄糖的攝取速度；三是結合葡萄糖，防止其擴散到黏膜細胞中。

1.3.2 腸道健康

抗性淀粉被認為是一種益生元，能夠促進腸道有益菌的生長和繁殖。動物實驗表明，抗性淀粉能夠促進結腸益生菌如乳酸桿菌（Lactobacillus）、雙歧桿菌（Bifidobacterium）增加，而使致病性大腸桿菌（Escherichia coli）降低[11]?？剐缘矸鄣拿缚剐允沟盟谛∧c中只有很少的一部分能被小腸消化吸收，大部分進入大腸發酵產生短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA），并產生CO2、CH4和H2[12]。而丁酸是SCFA中對大腸健康影響最為突出的SCFA，它作為結腸黏膜細胞的主要能量來源，有利于機體的健康[13]。同時，SCFA的產生能夠降低腸腔內pH 值，結腸中一些腐生菌在較高的pH值環境下異常活躍，易產生致癌物質，腸道pH值降低有利于抑制腐生菌的生長。

1.3.3 礦物質吸收

Schulz 等[14]研究發現飲食中天然抗性淀粉（RS2）能于回腸中經腸內菌發酵而降低pH值，促進鎂、鈣變成可溶性而易通過上皮細胞為人體所吸收。Lopez等[15]研究發現生土豆和高直鏈淀粉中的抗性淀粉（RS2）能提高大鼠鈣、鎂、鋅、鐵和銅的表觀吸收率。而抗性淀粉能夠促進礦物質的吸收的原因可能有兩方面：一方面是由于SCFA的產生降低腸道pH值，提高無機鹽在腸道的溶解性，形成可溶性物質易通過擴散與主動吸收從上皮細胞吸收；另一方面SCFA 促進后腸壁面積增加，使得無機鹽吸收的表面積增大[16]。

1.3.4 飽腹感和降低能量攝入

研究發現，含抗性淀粉食物能夠使機體產生餐后的飽腹感。而大部分學者認為抗性淀粉影響餐后飽腹感的機制，與影響食欲的胃腸激素變化有密切關系[17]。其中高血糖素樣肽(GLP-1)是經食物刺激后由腸道L細胞分泌的一種腸肽類激素；肽YY（PYY）具有抑制食欲產生飽腹感的生理作用。而將含有抗性淀粉的飼料飼喂大鼠，能夠顯著的提高大鼠餐后血液中GLP-1 和PYY 的濃度，發揮調節食欲，增強飽腹感的作用[18-19]。

1.3.5 脂質代謝

近年來國內外關于抗性淀粉對血清和肝臟膽固醇和甘油三酯水平的影響報道很多。而正常的脂質代謝對于維持機體內穩態具有重要作用，對于機體的健康密切相關。因此，本文重點綜述了抗性淀粉對動物脂質代謝的影響及其機理。

2 抗性淀粉對動物脂質代謝的影響

2.1 對血液及肝臟脂質代謝相關指標的影響

大量的試驗研究表明，抗性淀粉對試驗動物的血清甘油三酯（Total glyceride，TG）、總膽固醇(Total cholesterol，T-CHO)、高密度脂蛋白（High density lipoprotein cholesterol，HDL-C）、低密度脂蛋白（Low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）等血脂代謝指標有逆轉效果，具有良好的降血脂活性。Yang等[20]研究發現高直鏈淀粉日糧顯著降低育肥豬血清中TG和T-CHO的含量。而直鏈淀粉含量對抗性淀粉的形成有顯著影響，且與抗性淀粉產率呈顯著正相關[21]。Sun 等[22]長時間飼喂70日齡閹公豬玉米淀粉和生土豆淀粉日糧，發現生土豆淀粉日糧能顯著降低血清中T-CHO、TG 和HDL-C 的含量，其原因可能是生土豆淀粉富含抗性淀粉（RS2）并增加到達后腸可發酵淀粉的數量[23]。Zhou等[24]發現RS能夠緩解Ⅱ型糖尿病小鼠血液脂質代謝紊亂，其中血液中TG 和T-CHO 含量顯著降低，HDL-C含量顯著增加。Si等[25]報道，在小鼠高脂日糧中添加2 g/d 高直鏈淀粉（RS2）和酯化高直鏈淀粉（RS4），均能顯著降低血清中TG和T-CHO的含量，并且能顯著降低肝臟谷丙轉氨酶（Alanineaminotransferase，ALT）、谷草轉氨酶（Aspartate aminotransferase，AST）和堿性磷酸酶（AlkalinePhosphatase，AKP）活性，有效改善模型鼠的肝功能，促進小鼠肝臟損傷修復，且RS4在降低血糖、降低血脂水平和增強肝臟功能方面優于RS2。RS 對畜禽肝臟脂質代謝的影響得到了類似的結論。Xie 等[26]通過飼喂育肥豬純糯玉米淀粉、非糯玉米淀粉和豌豆淀粉日糧，其中直鏈淀粉與支鏈淀粉的比值分別為0.07、0.19和0.28，研究發現豌豆淀粉日糧顯著降低育肥豬肝臟中TG 和T-CHO 的含量。Choi等[27]用玉米淀粉和老化大米（RS3）分別作為主要碳水化合物來源，對飼喂高脂/高膽固醇飼糧的小鼠干預8周，考察老化大米對小鼠脂質代謝的影響。結果表明，老化大米日糧能顯著降低肝臟TG、TCHO和LDL-C 含量，且載脂蛋白A的含量顯著增加，載脂蛋白B 的含量顯著降低。He 等[28]分別飼喂斷奶仔豬木薯淀粉(80%支鏈淀粉和20%直鏈淀粉)和玉米淀粉(70%支鏈淀粉和30%直鏈淀粉)日糧。研究發現，玉米淀粉日糧相對于木薯淀粉日糧顯著降低肝臟TG 和T-CHO 的含量，且能緩解木薯淀粉組觀察到的中度脂肪肝。以上研究均表明，抗性淀粉具有良好的降血脂和改善肝臟脂質代謝紊亂的作用。

2.2 對機體脂肪沉積的影響

體脂是動物儲存能量的主要方式，通常包括腹脂率、皮下脂肪厚等指標。高體脂不僅造成了飼料浪費，畜禽產品品質變差，也降低了消費者的購買意愿。因此，開發能夠降低或調控畜禽機體脂代謝的飼料添加劑一直是研究人員關注的重點。研究發現，日糧添加抗性淀粉能減少脂肪在動物體內的沉積。Li等[29]發現相對于糯玉米和非糯玉米淀粉日糧，豌豆淀粉日糧能顯著降低育肥豬背膘厚，增加眼肌面積。而豌豆淀粉引起的葡萄糖的持續釋放和吸收，使得更多的瘦肉沉積，從而使飼喂豌豆淀粉日糧的豬得到更佳的日增重和料肉比。這與Yang 等[20]研究高直鏈淀粉日糧能顯著降低育肥豬背膘厚和肝臟脂肪的含量的結果一致。另外，戴求仲等[30]發現高直/支鏈淀粉比（0.47）能顯著降低黃羽肉雞的腹脂率；He等[28]發現高直鏈淀粉日糧顯著降低斷奶仔豬肝臟總脂肪含量。Si 等[31]發現日糧添加抗性淀粉能顯著逆轉高脂日糧引起的小鼠肝臟重量增加和內臟脂肪的過度沉積。Fang等[32]研究發現，飼喂生土豆淀粉相對于玉米日糧顯著降低了胸腰和6～7肋背膘厚度，但對背最長肌脂肪含量沒有影響。這與Doti 等[33]研究豌豆淀粉日糧有降低育肥豬背膘厚的趨勢，但并不影響肌內脂肪的含量結果一致。但與Yang 等[20]研究發現高直鏈淀粉日糧顯著降低肌內脂肪的結果不太一致。以上研究表明，抗性淀粉具有降低機體皮下脂肪和內臟脂肪沉積的作用，但對肌內脂肪沉積的影響還存在分歧，需進一步研究。

3 抗性淀粉對動物脂質代謝的分子機制研究

抗性淀粉通過調節與脂質合成和分解代謝的酶活性及其基因的表達參與動物體內的脂質代謝過程。Wang 等[34]通過對胰腺組織的數字基因表達譜技術和基因本體分析，通過飼喂小鼠高脂飲食日糧和注射鏈脲佐菌素引起Ⅱ型糖尿病，研究表明添加蓮子抗性淀粉引起511 個基因的表達存在差異，其中有277 個基因上調，而234個基因下調；抗性淀粉對信號通路的影響主要富集在FoxO 信號通路、胰島素信號通路、胰腺分泌通路、MAPK信號通路、PI3K-Akt信號通路和p53 信號通路。He 等[35]利用基因芯片技術對斷奶仔豬肝臟轉錄組學分析后得出，不同直/支鏈淀粉比例日糧鑒定出648個差異表達基因，其中許多基因參與了脂質和碳水化合物的代謝；信號通路分析表明日糧直/支鏈淀粉比例對胰島素和過氧化物酶增值激活受體（Peroxisome proliferator activatedreceptors，PPARs）信號通路均有明顯影響。

3.1 胰島素（Insulin）

激素是調節脂質代謝的重要介質。通過自身的受體介導或干擾其他激素信號傳導通路的方式，從分子水平或蛋白質水平調節脂質代謝相關基因的表達或關鍵酶的磷酸化，調控脂代謝酶的活性。較多的體內和體外研究表明，葡萄糖和胰島素含量的波動勢必會影響脂肪酶的活性和脂肪動態平衡的維持[36]。動物機體攝入碳水化合物會導致血糖升高，從而迅速觸發內分泌胰腺β細胞分泌胰島素，而胰島素的分泌會誘導肝臟中脂肪合成酶的轉錄。Yin 等[37]研究發現，不同消化率淀粉對斷奶仔豬血糖和胰島素含量影響顯著，消化率越低的淀粉其抗性淀粉含量越高，能顯著降低斷奶仔豬進食后血糖和胰島素反應。Si 等[38]在小鼠上也得到了同樣的結果，在高脂日糧中分別添加高直鏈淀粉（RS2）和酯化高直鏈淀粉（RS4），小鼠血糖水平和胰島素水平顯著降低，胰島素抵抗指數同樣顯著降低。Foufelle等[39]將19日齡哺乳仔鼠的脂肪組織取出，并培養在無血漿的培養基中6～24 h，之后在培養基中添加胰島素和葡萄糖，發現脂肪組織中與脂肪合成相關的酶類mRNA含量顯著增加，這意味著胰島素能夠有一條甚至多條信號通路可以調控脂肪的合成。Xie 等[26]研究表明，高抗性淀粉日糧顯著降低胰島素受體（Insulin receptor，INR）、固醇調節元件結合蛋白-1c（Sterol regulatory element-bingding proteins，SREBP-1c）mRNA表達量，直鏈淀粉含量較高的日糧通過降低胰島素與其受體（INR）結合使之磷酸化，從而通過抑制胰島素-PI3K 途徑增加SREBP-1c的轉錄，下調脂肪合成酶，降低肝臟脂質含量[40]。而胰島素也能直接通過誘導胰島素誘導基因1（Insulininduce gene 1，Insig-1）和胰島素誘導基因2（Insulininduce gene 2，Insig-2）基因表達來調節SREBPs 介導的脂肪合成，在調節細胞內膽固醇和脂肪代謝中起著重要的作用[41]。肝臟中Insig-1和Insig-2的過表達會抑制肝臟中SREBP-1c的表達[42]。Zhou等[24]研究表明RS 顯著增強糖尿病大鼠肝臟中Insig-1 和Insig-2 的表達，從而改善糖尿病大鼠葡萄糖穩態，進而使得肝臟脂肪內源合成降低。Shang 等[43]研究表明，日糧添加抗性淀粉顯著增強Insig-1 mRNA 和蛋白的表達，從而抑制脂質的積累和游離脂肪酸的合成[44]。

3.2 腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）

AMPK作為能量代謝開關，在調控脂質代謝中發揮了重要的作用[45]。當細胞內能量供應不足時，細胞內ATP 水平下降，AMP 水平上升，AMPK 激活。胞內分解代謝（如脂肪酸氧化）加強，合成代謝受到抑制（如糖原、脂肪和膽固醇的合成），從而肝臟減少ATP的消耗，促進ATP 的產生[46-47]。RS 在小腸中不吸收，使得日糧直接提供的能量減少，而在結腸和盲腸處能夠被微生物發酵產生有益短鏈脂肪酸。短鏈脂肪酸，如乙酸被吸收后，在肝臟和外周組織經過三羧酸循環的乙酰CoA 而代謝，同時產生AMP：乙酸+CoA+ATP→乙酰-CoA+AMP+焦磷酸，所以肝細胞中的乙酸可以激活AMP-激活蛋白激酶[48]。研究報道，在小鼠高脂日糧中添加丁酸可改善胰島素抵抗，其可能機制是通過增加AMPK 和p38 的磷酸化和活性，從而維持線粒體活性和能量消耗[13]。日糧添加RS 能不同程度增加后腸總SCFA、乙酸、丙酸和丁酸的含量[32,49]。而肝臟細胞中AMPK的激活可以抑制SREBP-1的活性，減少脂肪的產生，進而參與脂質調節[50-51]。而SREBPs的靶基因眾多，它們參與膽固醇合成，脂肪酸合成和去飽和，甘油三酯合成等重要生理過程[52]。SREBP-1對脂肪酸的調控主要是通過脂肪酸合成酶（Fatty acid synthetase，FAS）、硬脂酰輔酶A 去飽和酶1（Acyl-CoA desaturase 1，SCD1）和乙酰輔酶A 羧化酶（Acetyl coenzyme A carboxylase，ACC）等的表達。而FAS是脂肪酸合成中的限速酶[53]，ACC提供脂肪酸生物合成的丙二酰輔酶A底物[54]，SCD1一種主要的Δ9去飽和酶，為細胞內單不飽和脂肪酸合成的限速酶[55]。而肝臟SREBP-l 被抑制可以降低膽固醇合成相關酶的表達。一方面，ATP 檸檬酸裂解酶(ATP-citrate lyase，ATP-CL)對提供乙酰CoA 到膽固醇合成起重要作用。另一方面，3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A 還原酶（3-Hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase，HMG-CoAR）的轉錄受SREBPs 調控，HMG-CoA 是膽固醇內源合成的限速酶[56]，SREBP-1 mRNA 水平的降低會抑制肝細胞脂肪酸和膽固醇合成酶mRNA水平，從而減少肝臟脂肪酸和膽固醇的內源合成。Yin 等[37]研究表明低消化率淀粉日糧組斷奶仔豬FAS、ACC、ATP-CL 在心肌、肝臟、腹脂和前肩脂中的活性均顯著低于中消化和高消化率淀粉日糧組。Si 等[25]發現RS 和RSA（乙?；剐缘矸郏┚懿煌潭冉档蚐REBP-1、HMG-CoAR、ACC 的mRNA表達量。

3.3 過氧化物酶增值激活受體（Peroxisome proliferator activated receptors，PPARs）

PPARs是一類由配體激活的核轉錄因子，根據其結構和功能可分為PPARα、PPARβ及PPARγ三種亞型。目前研究最多的是PPARα亞型，其在脂肪酸分解代謝率高的組織中表達，直接控制脂肪酸氧化關鍵酶的表達，調節線粒體內和過氧化物酶體內的脂肪酸氧化[57]。Shang 等[43]研究抗性淀粉改善小鼠脂質代謝紊亂的分子機制發現，抗性淀粉誘導AMPK 磷酸化，活化的AMPK 促進PPARα表達，從而促進脂肪酸的β氧化。而脂肪酸β氧化升高導致動物血清甘油三酯濃度降低[58]。Choi 等[27]研究發現老化大米（RS3）日糧顯著增加PPARα及下游基因肉堿棕櫚基轉移酶-1（Carnitine palmitoyltransferase-1，CPT-1）和過氧化物酶體?；o酶A 氧化酶（Peroxisomal acyl-coenzyme A oxidase，ACOX）mRNA表達量，促進了脂肪酸β氧化。肝型脂肪酸結合蛋白（Liver fatty acid binding protein,LFABP）和腸型脂肪酸結合蛋白（Intestinal fatty acid binding protein,I-FABP）同樣受PPARα調控。前人研究表明，L-FABP 基因減弱可抑制長鏈脂肪酸（longchain fatty acids,LCFA）的氧化，并促進高脂肪喂養小鼠的體重增加，此外，高水平的FABP能夠結合LCFA，降低難溶性脂質的毒性作用，促進LCFA 在胞內的轉運和擴散[59]。Sun等[22]通過對豬肝臟的基因表達組學和代謝組學分析發現，生土豆淀粉顯著增加PPARα和FABP 的表達，表明高抗性淀粉日糧能通過促進肝臟中脂肪酸的氧化和降低脂肪酸的攝取，來調節肝臟脂質代謝，從而避免脂肪肝綜合征的發生。再者，RS可以促進逆轉運回肝臟的膽固醇和肝臟一些游離的膽固醇轉化成膽汁酸。膽固醇7α羥化酶（Cholesterol 7α hydroxylase，CYP7A1）是膽固醇轉化成膽汁酸的經典合成途徑限速酶[60]，Sinal等[61]給小鼠應用含PPARα激活劑WY-14，643的食物后，肝臟CYP7A1 mRNA表達增加了2～3 倍，表明PPARα能促進CYP7A1 的表達及膽汁酸的合成。RS 可以提高CYP7A1 mRNA 的水平和活性，并且隨著CYP7A1 活性和mRNA 水平的升高，糞膽汁酸的排泄量增加，從而促進肝臟膽固醇轉化成膽汁酸，使血清膽固醇得以清除[25,27]。

綜上所述，抗性淀粉通過Insulin、AMPK、PPARα調節核受體和SREBPs等關鍵轉錄因子及其下游脂質代謝（合成、轉運、分解和氧化）相關酶的基因表達，調控動物體內脂質合成和分解代謝，降低血脂含量和脂肪沉積，有效的緩解脂質代謝紊亂。其調控機制如圖1所示。

圖1 抗性淀粉對動物脂質代謝的調控機制

4 總結

近年來，關于抗性淀粉影響動物脂質代謝的內在機制雖有一些報道，但并不完全清楚，有待進一步研究。抗性淀粉作為抗營養因子，日糧中含量過多會影響畜禽正常的生長，因此，不同動物日糧中抗性淀粉的適宜添加量有待進一步研究。有研究發現RS4 在改善脂質代謝紊亂方面其功能優于RS2，且不同類型的RS 對動物脂質代謝的影響研究較少，亟待我們不斷的去探索。