谷物膳食纤维对小肠胆固醇吸收和代谢的调控作用及其机制研究

The biological function of dietary fiber from whole grain is still a research focus on nutrition and food science because of its complicated composition and structure. Our previous aminal studies demonstrated that whole grain rich in dietary fiber can ameliorate liver lipotoxicity and bile acid metabolism in rats fed with a high/cholesterol diet. Furthermore, population investigation showed that dietary fiber can lower the lipid profiles and strengthen the antioxidant status of hyperlipidemic patients. Most of functional studies about dietary fiber were based on liver lipid metabolism at present. The effects of dietary fiber on small intestine through regulating dietary cholesterol absorption and metabolism are still poor, although the small intestine is the most important organ in absorption and transport of nutrients. The objective of the present investigation is to explore the effects of dietary fiber from whole grain on cholesterol absorption and metabolism through regulating transcription factor of small intestine. We observe the influence of different source and structure dietary fiber from whole grains on caco-2 cell model with cholesterol micelle and C57BL/6J mouse fed with a high fat/cholesterol diet, explore the effects of dietary fiber on signal transduction pathway of liver X receptor and sterol regulatory element binding protein in small intestine, and expound the biological mechanisms of dietary fiber from whole grains on cholesterol absorption and metabolism. This research will provide theoretical support for the prevention and control of chronic metabolic disorders, and supply with scientific evidence for establishing dietary reference intake of dietary fiber in China.

膳食纤维的组成成分和结构复杂，其生理学功能仍是营养学和食品科学的研究热点。申请人前期研究证实，富含膳食纤维的全谷物可以改善高脂饲料诱导的大鼠肝脏脂毒性和胆汁酸代谢，人群研究证实膳食纤维可以增强脂代谢异常人群的抗氧化应激能力。目前大部分研究集中在膳食纤维对肝脏脂代谢的作用，而小肠作为营养物质吸收和转运的重要器官，对膳食胆固醇吸收和代谢的调控作用研究甚少。为了进一步阐明谷物膳食纤维对胆固醇代谢的调控作用及对小肠转录因子的影响，本研究通过体外实验和动物实验，观察了不同来源和结构的谷物膳食纤维对小肠胆固醇吸收和代谢的作用，探讨谷物膳食纤维通过肠道对固醇调节元件结合蛋白信号转导途径的作用，进而阐明谷物膳食纤维对小肠胆固醇吸收和代谢的分子生物学机制，为谷物膳食纤维用于防治营养相关代谢性疾病提供理论支持，同时也为我国膳食纤维的参考摄入量提供科学依据。

DF是植物性食物中重要的生物活性成分，它的生物学功能在营养学和食品科学界备受关注。大量流行病学研究已证实，增加膳食纤维的摄入，能够有效降低肥胖、2型糖尿病、心血管疾病等慢性代谢性疾病的发病风险。本研究观察了不同来源谷物膳食纤维对小肠胆固醇吸收和代谢的作用，探讨了谷物膳食纤维通过肠道对固醇调节元件结合蛋白信号转导途径的作用，进而阐明谷物膳食纤维对小肠胆固醇吸收和代谢的分子生物学机制。本研究通过体外实验建立caco-2细胞模型，通过高脂高胆固醇饲料建立脂代谢紊乱小鼠模型，谷物DF可以通过上调SREBP-2正向调节LDLR表达，促进肝脏细胞胆固醇清除，同时下调SREBP-1、FAS、ACC降低脂肪酸合成，缓解肝脏脂质蓄积，改善肝脏脂毒性，缓解机体脂质代谢紊乱状态，且燕麦DF在改善脂代谢紊乱小鼠肝脏脂毒性的作用优于全小麦DF；谷物DF可通过抑制肝脏脂肪合成，促进脂肪组织脂肪分解及能量消耗，从而减少脂肪堆积，降低体重，进而改善与肥胖相关的代谢性疾病；谷物DF可以缓解高脂高胆固醇饮食引起的肠道细胞损伤，其机制可能是通过上调肠道LXR-α增加ABCA1和ABCG1蛋白表达量，促进肠道胆固醇外流，通过上调SREBP-2增加LDLR蛋白表达量，增加肠道胆固醇清除，以及下调SREBP-1降低FAS、ACC的蛋白表达，降低脂肪酸合成，燕麦DF的效果优于全小麦DF，此外，燕麦DF还可以通过上调Sar1B降低NPC1L1的表达，减少肠道胆固醇的吸收。该研究证实谷物膳食纤维能够通过肠道调控固醇调节元件结合蛋白信号转导通路，降低肠道胆固醇的吸收，增加肠道胆固醇的清除和外流，进而改善血浆胆固醇水平，改善与之相关的代谢性疾病。同时为我国从谷物DF的营养膳食途径防治慢性代谢性疾病提供新的理论依据，更为以LDL-c增高为主要表现的高胆固醇血症提供新的治疗靶点。基于该项目的研究，我们后期又着手了人群干预研究（谷物DF对高胆固醇血症患者血脂的临床疗效观察），希望我们后期的研究能再次得到国家自然科学基金的资助，这些干预研究将为我国从营养素的角度用于防治慢性代谢性疾病提供新的思路和防治策略。