《International Journal of Biological Macromolecules》：Pectin-rich dietary fiber from ripe papaya increases
Lactobacillus abundance and reduces the formation of aberrant crypts in rats submitted to chemically-induced colorectal cancer
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本文探討了如何利用膳食纖維預(yù)防結(jié)腸癌。研究人員聚焦于不同成熟度木瓜中提取的果膠，探究其對腸道菌群、短鏈脂肪酸(SCFA)產(chǎn)生及早期癌前病變（異常隱窩病灶， ACF）的影響。研究發(fā)現(xiàn)，成熟木瓜果膠能顯著富集乳桿菌(Lactobacillus)等有益菌，增加SCFA（特別是丙酸鹽）產(chǎn)量，并有效減少ACF的形成，為通過飲食調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)以預(yù)防結(jié)直腸癌提供了新見解。
結(jié)直腸癌是全球范圍內(nèi)一個重大的健康威脅，其發(fā)生發(fā)展與不良的飲食和生活習(xí)慣密切相關(guān)。在眾多風(fēng)險因素中，低膳食纖維攝入被認為是關(guān)鍵一環(huán)。膳食纖維，尤其是果膠這類可溶性纖維，進入腸道后并非“穿腸而過”，它們會成為駐扎在我們腸道內(nèi)數(shù)以萬億計微生物的“美食”。這些微生物將果膠發(fā)酵，產(chǎn)生像丁酸鹽、乙酸鹽和丙酸鹽這樣的短鏈脂肪酸(SCFA)。SCFA不僅是腸道細胞的能量來源，更能調(diào)節(jié)免疫、抗炎、維持腸道屏障，甚至誘導(dǎo)癌細胞凋亡，如同一支維護腸道健康的“警衛(wèi)隊”。那么，不同來源和結(jié)構(gòu)的膳食纖維，其“喂養(yǎng)”微生物和產(chǎn)生“警衛(wèi)隊”的效果是否相同？它們對早期癌癥發(fā)展的影響又有何差異？
為了解答這些問題，來自巴西圣保羅大學(xué)的研究團隊將目光投向了一種常見的熱帶水果——木瓜。木瓜在成熟過程中果肉會快速軟化，這與其細胞壁中果膠結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)。研究人員推測，從未成熟和成熟木瓜中提取的果膠，由于其分子結(jié)構(gòu)（如分子量、單糖組成、酯化度）不同，可能會對腸道菌群產(chǎn)生差異化的調(diào)節(jié)作用，進而影響SCFA的產(chǎn)量，最終在結(jié)腸癌早期預(yù)防中發(fā)揮不同效果。他們的研究成果發(fā)表在了《International Journal of Biological Macromolecules》上。
為了開展這項研究，作者運用了幾個關(guān)鍵的技術(shù)方法：首先，從“黃金”品種木瓜的未成熟和成熟果肉中，通過水提、草酸銨提取、堿提等分級提取法獲得不同溶解性的細胞壁組分，并利用高效陰離子交換色譜(HPAEC-PAD)、核磁共振氫碳相關(guān)譜(HSQC-NMR)、高效尺寸排阻色譜(HPSEC)和傅里葉變換紅外光譜(FTIR)等手段，系統(tǒng)分析了果膠的單糖組成、糖苷鍵連接、分子量分布和酯化度。其次，建立氧化偶氮甲烷(AOM)誘導(dǎo)的雄性Wistar大鼠結(jié)腸癌模型，將動物分為陰性對照組、AOM模型組、未成熟木瓜果膠膳食組和成熟木瓜果膠膳食組。干預(yù)10周后，收集盲腸內(nèi)容物和近端結(jié)腸組織。最后，通過氣相色譜(GC)測定盲腸內(nèi)容物中的SCFA濃度；通過納米孔測序技術(shù)對盲腸微生物DNA進行全長16S rRNA基因測序，并利用生物信息學(xué)流程（如Epi2Me Labs的wf-metagenomics工作流）分析菌群組成和多樣性；通過亞甲基藍染色，在顯微鏡下對近端結(jié)腸組織中的異常隱窩病灶(ACF)進行計數(shù)和嚴重程度（隱窩多重性）分析。
研究結(jié)果
3.1. 木瓜細胞壁表征
研究證實，木瓜成熟過程改變了果膠的結(jié)構(gòu)。成熟木瓜的水溶性組分(WSF)得率增加，其果膠分子量降低，酯化度略有下降（從未成熟的49%降至41%）。單糖組成分析顯示，成熟后果膠的葡萄糖含量升高，而半乳糖含量降低。核磁共振分析進一步揭示了兩種果膠都具有同型半聚半乳糖醛酸(HG)主鏈和鼠李半乳糖醛酸聚糖-I(RG-I)結(jié)構(gòu)，但成熟后果膠的RG-I側(cè)鏈結(jié)構(gòu)趨于簡化。
3.2. 異常隱窩病灶(ACF)分析
ACF是結(jié)腸癌最早的癌前病變。結(jié)果表明，攝入未成熟和成熟木瓜果膠均能減少近端結(jié)腸中僅含單個隱窩的ACF數(shù)量。更重要的是，只有攝入成熟木瓜果膠能顯著減少含有一個及以上隱窩的ACF總數(shù)。這表明成熟木瓜果膠在抑制更嚴重的早期病變方面效果更優(yōu)。
3.3. 短鏈脂肪酸(SCFA)產(chǎn)生
對盲腸SCFA的分析發(fā)現(xiàn)，乙酸鹽是產(chǎn)量最高的SCFA。未成熟木瓜果膠組的總SCFA和乙酸鹽產(chǎn)量顯著高于AOM模型組。 而未成熟和成熟木瓜果膠均能提高丙酸鹽的產(chǎn)量。各組間丁酸鹽產(chǎn)量無顯著差異。
3.4. 果膠攝入后的微生物組成
通過α和β多樣性分析發(fā)現(xiàn)，攝入成熟木瓜果膠的大鼠，其腸道菌群的豐富度和群落結(jié)構(gòu)與未患癌的陰性對照組更為相似；而未成熟木瓜果膠組的菌群特征則與AOM模型組更接近。
在菌群具體組成上，成熟木瓜果膠的攝入顯著增加了多種乳桿菌(Lactobacillus)物種以及已知的益生菌如動物雙歧桿菌(Bifidobacterium animalis)和嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilus)的相對豐度。相比之下，未成熟木瓜果膠增加了羅姆布茨菌(Romboutsia hominis)的豐度，而AOM模型組則增加了地中海桿菌(Mediterraneibacter)的豐度，后者在某些研究中與不良腸道結(jié)局相關(guān)。
相關(guān)性分析顯示，在未成熟木瓜果膠組中，乳桿菌豐度與乙酸鹽水平呈強負相關(guān)，而鏈球菌(Streptococcus)豐度與丙酸鹽水平呈正相關(guān)，提示不同果膠結(jié)構(gòu)可能引導(dǎo)了不同的菌群-SCFA代謝網(wǎng)絡(luò)。
結(jié)論與討論
本研究系統(tǒng)闡明，來源于不同成熟度木瓜的果膠，因其分子結(jié)構(gòu)的差異，在調(diào)節(jié)腸道菌群、影響SCFA代謝以及抑制結(jié)腸早期癌前病變方面存在顯著不同的效果。成熟木瓜果膠展現(xiàn)出更優(yōu)越的有益調(diào)節(jié)作用：它能塑造一個更健康、更多樣化的腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)，特別是有力地富集了乳桿菌屬等益生菌群；同時促進丙酸鹽的產(chǎn)生；最終能更有效地減少結(jié)腸近端早期癌前病變（尤其是更嚴重的ACF）的形成。
其重要意義在于：首先，它從“結(jié)構(gòu)-功能”關(guān)系層面深化了我們對膳食纖維益生元作用的理解，證明即使是同一種食物（木瓜），其成熟度導(dǎo)致的細微結(jié)構(gòu)變化，也能顯著影響其健康效應(yīng)。其次，研究將果膠的結(jié)構(gòu)特性、特定的菌群變化（如乳桿菌的增加）、代謝產(chǎn)物（SCFA，特別是丙酸鹽）以及最終的健康終點（減少ACF）有效地串聯(lián)起來，為“膳食纖維-腸道菌群-代謝物-宿主健康”這一經(jīng)典通路提供了新的實驗證據(jù)。最后，該研究提示，成熟木瓜中富含的特定結(jié)構(gòu)果膠，有望作為一種有潛力的膳食策略，通過精準調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)來支持結(jié)直腸健康，為結(jié)腸癌的飲食預(yù)防提供了新的科學(xué)依據(jù)和食物來源選擇思路。
