膳食纖維經短鏈脂肪酸影響骨代謝的研究進展

[摘要] 膳食纖維可通過短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA）影響骨代謝。骨代謝是指破骨細胞與成骨細胞動態平衡的過程，維持骨的正常結構功能。膳食纖維可促進腸道SCFA生成，SCFA可調控成骨、破骨細胞及鈣吸收，進一步調控骨代謝。目前對膳食纖維、SCFA與骨代謝的關聯機制尚未完全明確，仍需進一步研究。本文綜述膳食纖維與骨代謝的關聯性，探討膳食纖維經由影響SCFA作用于骨代謝的機制，以期為相關領域的研究提供新策略。

[關鍵詞] 膳食纖維；短鏈脂肪酸；骨代謝；影響機制

[中圖分類號] R151.1" """"[文獻標識碼] A """""[DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2025.21.023

骨骼是一種代謝活躍的人體組織，其健康狀態與成骨細胞、破骨細胞之間的平衡密切相關。近年來，骨質疏松等骨代謝疾病的發病率顯著上升，加之人口老齡化加劇，骨骼健康已成為亟待重視的公共衛生問題^[1-2]。

膳食纖維一般指不易被消化酶消化的多糖類食物成分，主要來自植物的細胞，包含纖維素、半纖維素、樹脂、果膠及木質素等。根據膳食纖維水溶性不同，將其分為水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）與不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）^[3]。研究認為膳食纖維可促進短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA）的產生，進一步促進成骨細胞骨形成，并抑制破骨細胞骨吸收^[4]；還可促進腸道鈣吸收，為骨形成提供原料，從而對骨代謝產生積極作用。

1" 膳食纖維與骨代謝

1.1" 膳食纖維攝入對骨代謝影響的臨床研究

研究表明膳食纖維與骨健康有一定的關聯性，高纖飲食可改善骨質。但這種關聯性可能受性別、年齡等因素影響。目前在探討男性和女性群體在此關聯性上的差異研究表明膳食纖維與骨健康的關聯性在男性群體中似乎更明顯。Dai等^[5]研究顯示男性群體每增加5g/d的總膳食纖維攝入量，股骨頸每年骨質流失率減少0.06%；而在女性群體中未觀察到該保護作用?；谟飿颖編鞌祿难芯匡@示，較高的膳食纖維攝入量與較高的跟骨骨密度相關，且這種關聯性在男性群體中更顯著^[6]。使用其他數據庫進行分析的研究同樣支持該結論^[7]。然而，部分研究結果與此并不完全一致。Tang等^[8]研究顯示雖然膳食纖維攝入與股骨骨密度之間關聯性存在性別差異，但兩者之間呈非線性關系；研究者提出膳食纖維可能與骨密度無關聯，這是因為食物中的其他營養素也可能對骨代謝產生影響。

膳食纖維對男性骨健康的顯著關聯可能源于性別差異相關的生理機制。①雌激素干擾：女性骨代謝高度依賴雌激素保護，膳食纖維可通過結合雌激素、改變腸道菌群的酶活性等方式，減少雌激素再吸收和循環，降低其在血液中的濃度，削弱其骨保護作用；而男性無此干擾^[9]。此外，女性的骨質流失發生早于男性。女性隨年齡增長（尤其絕經后）骨流失加速，雌激素驟降可掩蓋纖維的保護效應^[10]。②菌群性別差異：相比男性，女性的擬桿菌門豐度較低^[11]。擬桿菌可有效分解膳食纖維，轉化為對骨骼有保護作用的SCFA^[12]；女性較低的擬桿菌門豐度使其無法充分分解膳食纖維產生足夠的SCFA，導致在此方面膳食纖維對女性的保護作用較弱。

近幾年許多研究提出膳食纖維與骨健康的關聯性在年輕群體中似乎更為明顯，可能與衰老過程中骨質流失加速和性激素水平改變有關，表明年齡差異也是影響因素之一^{[6， 13]}。

1.2" 膳食纖維攝入對骨代謝影響的動物實驗

目前，膳食纖維與骨健康的關聯性已在多種動物實驗中得到證實，結果表明不同膳食纖維對骨健康的影響不同。覃香香等^[14]研究指出木聚糖顯著提升大鼠骨強度，而果膠作用較弱。Lucas等^[12]對小鼠進行8周的高纖維飲食，結果顯示破骨細胞數量減少和血清Ⅰ型膠原C端肽（C-terminal telopeptide of typeⅠcollagen，CTX-Ⅰ）水平降低，最終導致骨量增加。一項關于SDF菊粉對慢性腎臟病引發的礦物質骨?。╟hronic kidney disease-mineral and bone disorder，CKD-MBD）影響的研究發現，菊粉可降低血清中的磷酸鹽和甲狀旁腺激素水平，同時提高骨強度，反映骨骼質量的改善，最終減緩CKD-MBD^[15]。上述研究均表明膳食纖維與骨健康是一個充滿潛力的研究領域，值得進一步的科學研究和探討。

2" 膳食纖維通過SCFA對骨代謝的可能影響機制

2.1" 人體內膳食纖維對SCFA的可能影響機制

膳食纖維對SCFA生成的影響機制主要通過調節腸道菌群的代謝途徑實現。膳食纖維進入胃腸道后，由腸道中的細菌進行發酵，發酵過程中產生乙酸、丙酸、丁酸等。腸道菌群中，毛螺菌屬及厚壁菌屬主要產生乙酸和丁酸，而擬桿菌屬在此基礎上額外產生丙酸。

2.1.1" SDF對SCFA的可能影響機制 ""SDF是指可溶解于水又可吸水膨脹并能被大腸中微生物酵解的一類纖維，主要有果膠、植物膠、黏膠等。研究顯示不同種類的SDF對不同SCFA促進程度不同。有研究采用供體糞便作為發酵劑，進行果膠體外發酵研究，結果顯示果膠可使毛螺菌屬和薩特菌等腸道菌群數量增加、擬桿菌屬和玫瑰菌屬等數量減少，從而促進SCFA的產生，特別是乙酸鹽和丁酸鹽^[16]。另有研究選用半乳甘露聚糖飼喂小鼠，觀察到擬桿菌門與厚壁菌門所占比例上升，通過檢測單羧酸轉運蛋白1（monocarboxylate transporter 1，MCT-1）的蛋白表達水平，發現半乳甘露聚糖可促進MCT-1的表達，MCT-1參與腸道內丙酸鹽的吸收，進而顯著升高丙酸鹽水平^[17]。

2.1.2" IDF對SCFA可能影響機制 "IDF指不能溶解于水又不能被大腸中微生物酵解的一類纖維，常存在于植物的細胞壁中，主要有纖維素、半纖維素、木質素等。一項研究將摻雜IDF的飲食喂養仔豬，收集結腸消化液分析細菌群落和SCFA水平，結果顯示纖維素等 IDF可增加擬桿菌門、廣古菌門、考拉桿菌屬和糞球菌屬等菌群的相對豐度，進而促使結腸消化液中的乙酸鹽濃度增加^[18]。Ge等^[19]通過堿性過氧化氫和復合酶解法從竹子中提取 IDF，研究其通過體外糞便發酵對腸道微生物群和SCFA產生的影響，發現IDF可影響pH水平，進而調整腸道菌群組成，使擬桿菌門等腸道菌群的豐度顯著提高，進而提高SCFA的生成，調節腸道中乙酸鹽、丙酸鹽含量?？偨Y已有文獻發現，與SDF相比，關于IDF如何影響SCFA的研究較少，故此領域需進行更深入的研究和探索。

2.2" SCFA對骨代謝的影響機制

SCFA可通過調節破骨細胞和成骨細胞的增殖分化影響骨代謝。此外，SCFA還可通過調節骨免疫及鈣吸收等過程影響骨代謝。

2.2.1" SCFA抑制破骨細胞增殖分化" "SCFA可通過多種途徑調節破骨細胞的分化，抑制骨吸收。Zhang等^[20]通過丁酸喂養骨質疏松小鼠8周后發現，其骨量得到明顯改善，腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）和白細胞介素（interleukin，IL）-1β等炎癥因子被明顯抑制，免疫組織學顯示抗酒石酸酸性磷酸酶和核因子κB受體活化因子配體等破骨細胞釋放因子同樣被明顯抑制，表明丁酸在抗炎及抑制骨鈣素表達方面有重要作用。Lucas等^[12]用含乙酸/丙酸/丁酸的水飼喂小鼠8 周，發現相比對照組，實驗組小鼠骨吸收標志物CTX-Ⅰ血清水平顯著降低、破骨細胞數量減少及骨量增加。為排除免疫學因素在其中的影響，該研究對RAG1基因敲除小鼠進行實驗，同樣觀察到上述現象，表明SCFA對破骨細胞形成的抑制作用并非僅通過免疫細胞產生。該研究也對破骨前體細胞進行實驗，發現SCFA抑制兩種破骨細胞生成的信號因子腫瘤壞死因子受體相關因子6和核因子活化T細胞1，誘導破骨前體細胞糖酵解增強，抑制前體細胞向成熟破骨細胞發育。此外，SCFA還可通過抑制組蛋白去乙?；刚{控破骨細胞相關基因的乙?；剑瑥亩种破乒羌毎姆只?sup>[21]。

2.2.2" SCFA促進成骨細胞增殖分化 "雖然Lucas等^[12]研究指出SCFA對成骨細胞無影響，但大部分研究認為SCFA對成骨細胞正常增殖分化有重要作用。有細胞實驗表明乙酸可誘導成纖維細胞生長因子23基因表達進而促進成骨細胞的增殖和分化^[22]。Chen等^[23]研究發現對小鼠進行丙酸治療后，成骨細胞生長曲線明顯優于對照組，說明丙酸可有效促進成骨細胞的增殖，且在一定程度上可降低成骨細胞衰老凋亡的速率，同時發現成骨蛋白標志物活性顯著提升。大鼠實驗證實丁酸可提升大鼠體內自噬水平，促進成骨細胞分化^[24]。此外，丁酸可增加甲狀旁腺激素分泌，促進成骨細胞分化，刺激骨形成^[25]。

2.2.3" SCFA影響骨免疫調節骨代謝" SCFA 通過調節免疫系統影響骨代謝，其作用主要體現在促進 Treg 細胞增殖、抑制 Th17 細胞活性及增強腸道屏障功能。SCFA 作為 GPR43 受體的配體，可促進 Treg細胞增殖，并增強其分泌 IL-10 和 TGF-β 的能力，抑制破骨細胞形成，減少骨質丟失。SCFA通過抑制 Notch 信號通路，降低 Th17 細胞活性，調節 Treg/Th17 細胞比例，減少 IL-17 介導的破骨細胞分化，減少炎癥性骨丟失。此外，SCFA可增強腸道屏障功能，提高緊密連接蛋白表達，減少腸源性毒素脂多糖進入血液，降低 TNF-α 和 IL-1β 等促炎因子水平，減輕其對骨代謝的不利影響^[26]。

2.2.4" SCFA促進鈣吸收調節骨代謝 "鈣是骨組織的主要成分之一，鈣經腸道吸收入血后，可通過影響激素等途徑對骨代謝產生影響。SCFA 可通過增加鈣的吸收影響骨代謝。Drabińska等^[27]研究發現SCFA可降低腸道環境的pH，提高鈣的溶解度，從而提升鈣的被動吸收；且SCFA進入腸道細胞后產生的氫離子分泌出細胞可增加氫鈣離子交換，使鈣離子吸收增加；氫離子進入腸道后又可促進SCFA進入細胞，增加鈣吸收正反饋^[28]；SCFA還可通過影響胰島素樣生長因子-1、胰高血糖素樣肽-1等激素分泌影響骨代謝^[29]。

2.3" 膳食纖維通過SCFA對骨代謝的可能影響機制

膳食纖維調節腸道菌群代謝途徑復雜，其可促進SCFA產生，而SCFA通過抑制破骨細胞與促進成骨細胞的增殖分化等途徑影響骨代謝，產生骨保護作用。因此膳食纖維可通過影響腸道菌群代謝產生SCFA進而對骨代謝產生作用。已有研究提出該觀點，但均未進行實驗深入研究相關機制^{[14， 30]}。

3" 討論

膳食纖維對骨代謝的影響因性別、年齡及絕經狀態不同而存在差異。研究顯示膳食纖維攝入與骨密度的正相關關系在男性中更顯著^[5]；女性群體中絕經前人群比絕經后顯著，這可能與絕經后女性雌激素水平下降、骨量流失較大有關。年輕人群相比老年人群的骨密度受膳食纖維的保護作用更強^[6]。因此，未來應針對不同人群設計個性化干預方案，以最大化膳食纖維對骨健康的保護作用。如男性和年輕人可采用高膳食纖維飲食；女性在絕經前應增加膳食纖維攝入，絕經后則結合補充鈣和維生素D；針對老年人群除增加膳食纖維外，還應結合適度運動和營養補充，延緩骨量流失并改善骨健康。

綜上，膳食纖維在骨代謝中的作用正成為骨健康研究的前沿熱點。盡管現有研究已揭示其對骨密度的積極影響，但其在不同性別、年齡階段的作用機制仍需深入探索。作為一種安全、低成本的干預手段，膳食纖維在骨健康管理中具有重要臨床和公共衛生價值，不僅有望減少傳統藥物治療的副作用，還可通過長期膳食調控提升整體骨骼健康。未來應加強基礎與臨床研究，進一步明確最佳干預策略，并推動在公共健康政策中的應用，為骨質疏松等骨代謝疾病的預防與管理提供科學依據。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2025–03–03）

（修回日期：2025–07–07）