膳食纖維作為近幾年來備受學(xué)術(shù)界和營養(yǎng)界關(guān)注的營養(yǎng)素，一般都被認為是有益的。因其具有防止便秘、預(yù)防肥胖，改善血糖癥狀等功效，目前被普遍接受并作為食品添加劑或者營養(yǎng)增補劑食用。代謝組學(xué)分享，這篇文章以小鼠模型為研究對象，進行膳食纖維功能性研究，發(fā)現(xiàn)喂食膳食纖維后，會誘發(fā)小鼠黃疸型肝癌，那具體是怎么研究、怎么得出這樣的結(jié)論以及結(jié)論是否可信呢？待百趣代謝組學(xué)的小趣細細道來。
1.代謝組學(xué)文獻分享—研究背景
膳食纖維是一種多糖，被營養(yǎng)學(xué)界認定為第七類營養(yǎng)素，可大致分類為不溶性或可溶性兩種，前者不容易被消化吸收，主要用于促進胃腸道蠕動，后者易于被腸道細菌代謝，產(chǎn)生有價值的營養(yǎng)素如短鏈脂肪酸提供給宿主。代謝組學(xué)分享，文章主要采用的研究材料為來源于菊苣的菊粉（inulin），一種水溶性膳食纖維，而該研究的最初目的是測試可發(fā)酵纖維菊粉和由其代謝產(chǎn)生的營養(yǎng)素是否可改善T5KO小鼠（一種免疫缺陷型小鼠，沒有TLR5基因，會出現(xiàn)腸道菌群紊亂和代謝性疾病）的代謝綜合征。
2.代謝組學(xué)文獻分享—研究方法
（1）實驗分組
主要分組如下：
按照小鼠類型分組：野生型小鼠（WT） 、基因缺陷型小鼠（ T5KO 、 Lcn2KO 、 Myd88KO、T4KO 、 Nlrc4KO ）、無菌C57BL/6 WT 和 T5KO 小鼠。
按照血清膽紅素水平分組：正常血清膽紅素（NB，1-4.5mmol / L）組、高血清膽紅素（HB，6-8mmol / L）組。
按照飲食配方分組：含有菊粉的飲食（ICD， 7.5％菊粉和2.5％纖維素）、含有較低劑量菊粉飲食（ICD-L，2.5％菊粉和7.5％纖維素）、含纖維素飲食（CCD）、含果膠飲食（PCD）、含低聚果糖的飲食（FCD），高脂肪含有菊粉（HFD-I）或纖維素（HFD-C）的飲食。
按照處理方式分為：甲硝唑處理組、β-酸處理組、抗生素處理組。
按培養(yǎng)方式分為：獨立培養(yǎng)、共同培養(yǎng)、交叉培養(yǎng)。
（2）檢測平臺
代謝組學(xué)：GC-MS(肝臟脂質(zhì)、盲腸內(nèi)容物)、LC-MS(血清、肝臟、糞便膽汁酸)、NMR(肝臟和盲腸內(nèi)容物)
轉(zhuǎn)錄組學(xué)：Illumina HiSeq 4000（肝臟）
蛋白組學(xué)：LC-MS2/MS3(肝臟)
16S rRNA測序：Illumina（糞便）
生化試劑盒（血糖、血脂、酶定量、總膽汁酸等）
ELISA、qPCR、Immunoblotting
免疫組織化學(xué)染色、組織化學(xué)染色等
（3）數(shù)據(jù)分析
GraphPad Prism 7.0 program：D’Agostino-Pearson omnibus normality test；Nonparametric tests；Dunnett’s post hoc test；Tukey’s multiple comparison tests；unpaired, two-tailed t test ；one-way ANOVA ；Spearman correlation.
3.代謝組學(xué)文獻分享—研究結(jié)果
（1）菊粉可改善代謝綜合征但導(dǎo)致T5KO小鼠肝功能障礙
喂食T5KO小鼠含菊粉的飲食（ICD）可以降低~40％的肥胖發(fā)生率，伴隨著代謝綜合征指數(shù)的降低，同時發(fā)現(xiàn)這些小鼠血清中出現(xiàn)亮黃色，這是由膽紅素升高所引起的現(xiàn)象，標志著膽汁淤積。代謝組學(xué)分享，進一步將小鼠分為高（HB）或正常（NB）膽紅素組，高膽紅素（H-bili）主要是結(jié)合膽紅素增加。與WT和NB小鼠相比，HB小鼠中血清丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT，肝功能損害最敏感的檢測指標）顯著增加，肝臟解毒功能指標血清馬尿酸鹽和對氧磷酶1（PON1）活性降低，血清白蛋白降低進一步表明肝功能受損（圖1）。
圖1 菊粉可改善代謝綜合征但導(dǎo)致T5KO小鼠肝功能障礙圖（圖中紅色圓圈里的點代表~40％ICD喂養(yǎng)的T5KO小鼠）
（2）長期喂食菊粉誘導(dǎo)T5KO小鼠黃疸型肝細胞癌（HCC）
ICD喂養(yǎng)小鼠6個月后，40％的T5KO小鼠產(chǎn)生多結(jié)節(jié)HCC，血清甲胎蛋白（AFP，原發(fā)性肝癌的血清標志物）升高，而野生型小鼠則不產(chǎn)生HCC。進一步發(fā)現(xiàn)腫瘤呈現(xiàn)原發(fā)性和肝特異性，主要表現(xiàn)為小梁樣、有絲分裂相、不等紅細胞增多、細胞腫脹，凋亡體以及異位淋巴聚集物，形成非典型膽管。事實證明，HCC發(fā)病率與高膽紅素強烈相關(guān)（即HB中為100％，NB小鼠中為0％）。（圖2）
圖2 長期喂食菊粉誘導(dǎo)T5KO小鼠黃疸型肝細胞癌（HCC）（肝臟圖片中黃色箭頭表示多結(jié)節(jié)HCC；PCNA圖中紅色箭頭指向PCNA陽性細胞，提示有腫瘤的可能）
（3）長期喂食菊粉對其他品系小鼠影響
菊粉誘導(dǎo)黃疸型肝癌是否只對T5KO小鼠具有特異性？為論證這一猜測，進一步研究了其他先天免疫缺陷型小鼠，是否在ICD喂養(yǎng)后發(fā)生HCC。代謝組學(xué)分享，結(jié)果顯示Tlr4KO 和Lcn2KO小鼠在食用含菊粉飲食后同樣發(fā)生高膽紅素和HCC，發(fā)生率相對較低，并且缺乏MyD88的小鼠不產(chǎn)生HCC。這些現(xiàn)象表明，ICD對HCC的誘導(dǎo)并不絕對是在TLR5缺失的情況下，也可能是以MyD88依賴的方式，同時也表明腸道菌群失調(diào)跟肝癌有一定的關(guān)系（圖3）。
圖3 長期喂食菊粉對其他品系小鼠誘導(dǎo)HCC的影響（紅色圓圈里的點代表高膽紅素和HCC小鼠）
（4）不同飲食成分對T5KO小鼠誘導(dǎo)HCC的影響
為了闡明其他類型的膳食纖維是否同樣可以誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生HCC，進而研究了可溶性膳食纖維果膠（多聚半乳糖醛酸）、低聚果糖和不可溶性膳食纖維纖維素代替菊粉來喂養(yǎng)小鼠。代謝組學(xué)分享，結(jié)果顯示含果膠和低聚果糖的飲食喂養(yǎng)的T5KO小鼠中各有兩只為H-bili和HCC陽性（發(fā)病率分別為~13％，~12.5％），而喂食含纖維素飲食的小鼠未發(fā)生HCC，同時發(fā)現(xiàn)喂食低劑量的菊粉飲食仍足以誘導(dǎo)HCC（即22只小鼠中有4只H-bili和HCC陽性）。結(jié)果表明HCC可以由可溶性纖維果膠和低聚果糖及低劑量的ICD誘導(dǎo)，但不能由不可溶纖維素誘導(dǎo)（圖4）。
高脂肪飲食（HFD）也會導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)和代謝綜合征，從而考慮喂食富含菊粉和纖維素的HFD對小鼠的影響，特別是WT小鼠是否可能發(fā)生HCC。代謝組學(xué)分享，結(jié)果顯示富含菊粉的高脂飲食可誘導(dǎo)WT小鼠黃疸型HCC，加重T5KO小鼠的病情嚴重程度（病發(fā)率從~40％增加至~65％），而富含纖維素的高脂飲食則無明顯變化，表明代謝紊亂在肝癌的進展過程中起作用（圖5）。
圖4 不同膳食纖維對小鼠誘導(dǎo)HCC的影響（紅色圓圈里的點代表產(chǎn)生肝癌的小鼠）
圖5 高脂飲食對小鼠誘導(dǎo)HCC的影響（圓圈里的點代表產(chǎn)生肝癌的小鼠）
（5）腸道菌群變化
可溶性纖維在體內(nèi)會被腸道菌群降解，繼而從腸道菌群著手研究致癌的關(guān)鍵因素。與WT小鼠相比，T5KO相關(guān)的腸道菌群失調(diào)的特征在于總糞便細菌負荷增加（即NB中≥2倍，HB中≥3.5倍）。代謝組學(xué)分享，HB小鼠表現(xiàn)為無壁菌門減少，變形菌門和梭菌屬（包含一群纖維發(fā)酵細菌）增加，并且明顯減少了物種豐富度和α多樣性。在ICD和CCD喂養(yǎng)的T5KO小鼠之間也觀察到由于飲食導(dǎo)致的微生物群落構(gòu)成的改變（圖6）。
圖6 腸道微生物組成變化
為了研究腸道微生物群在ICD誘導(dǎo)產(chǎn)生HCC過程中的作用，研究者同時飼養(yǎng)T5KO小鼠與WT小鼠，從而允許通過糞便轉(zhuǎn)移微生物群，結(jié)果發(fā)現(xiàn)WT小鼠也罹患了HCC。交叉飼養(yǎng)的WT小鼠中出現(xiàn)HCC的現(xiàn)象進一步肯定了微生物群在ICD誘導(dǎo)的HCC中的關(guān)鍵性作用。
代謝組學(xué)分享，在使用廣譜抗生素處理后，減輕了ICD喂養(yǎng)的T5KO小鼠中的HCC，12只抗生素處理的T5KO小鼠中只有1只表現(xiàn)出血清膽紅素、AFP、ALT略有增加，但沒有明顯的腫瘤。此外，喂食ICD的無菌T5KO小鼠沒有重現(xiàn)H-bili或HCC。結(jié)果表明在長期用ICD喂養(yǎng)時，需要使用生態(tài)失調(diào)微生物群來發(fā)展HCC，并且致癌微生物群可傳染給易感宿主（圖7）。
圖7 菊粉誘導(dǎo)的HCC依賴于微生物
菊粉的發(fā)酵促進了HCC，那么抑制發(fā)酵可能會降低HCC的發(fā)病率。研究者使用甲硝唑（可以消耗產(chǎn)生丁酸鹽的細菌）和來自啤酒花（Humulus lupulus）的β-酸（抑制細菌發(fā)酵）處理后，發(fā)現(xiàn)可以有效降低T5KO小鼠中HCC的發(fā)生率，其中，β-酸以劑量依賴性方式降低HCC的發(fā)生率。
代謝組學(xué)分享，由于纖維素不能被腸道細菌發(fā)酵，因而以不可溶的纖維素取代菊粉，也可用來阻止肝癌的發(fā)展。結(jié)果表明長期暴露于可溶性纖維微生物發(fā)酵的環(huán)境中，可促進ICD喂養(yǎng)的T5KO小鼠肝細胞癌的發(fā)生，抑制微生物發(fā)酵可以保護小鼠免受ICD誘導(dǎo)的HCC的侵襲（圖8）。
圖8 抑制細菌發(fā)酵和干預(yù)飲食可預(yù)防菊粉誘導(dǎo)的T5KO小鼠肝癌
（6）ICD誘導(dǎo)T5KO小鼠HCC起因機制研究
為了研究肝癌發(fā)生的起因，在給予小鼠ICD 4周后進行詳細分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)HB小鼠的血清中，初級和次級膽汁酸均升高。相反，HB小鼠中糞便膽汁酸的水平顯著降低或不可檢測。HB和NB之間的肝膽汁酸的差異不太顯著，但是仍顯示在HB小鼠中有適度升高的趨勢（圖9）。
代謝組學(xué)分享，細胞凋亡反應(yīng)伴隨著化學(xué)誘導(dǎo)物（即KC和sICAM-1）和中性粒細胞浸潤肝臟水平的增加， MPO 、NE 、ROS水平升高可能導(dǎo)致肝損傷，HB肝臟顯示出更多的氧化應(yīng)激和DNA損傷（圖10）。結(jié)果表明在ICD喂養(yǎng)的T5KO小鼠中，HCC是由膽汁淤積、肝細胞死亡和中性粒細胞炎癥引起的。
圖9 膽汁酸代謝
圖10 短期ICD喂養(yǎng)可誘導(dǎo)T5KO小鼠肝臟高膽紅素、細胞凋亡和中性粒細胞浸潤
4.代謝組學(xué)文獻分享—小結(jié)
（1）長期喂食富含可溶性膳食纖維飲食，可使腸道菌群失調(diào)的T5KO等免疫缺陷小鼠發(fā)生膽汁淤積、肝臟炎癥和黃疸型肝癌（HCC），而不可溶纖維無此作用；
（2）可溶性纖維誘導(dǎo)的HCC是依賴于微生物群，并且可傳遞給WT小鼠；
（3）長期喂食富含菊粉的高脂飲食，可使野生型小鼠發(fā)生HCC，增加T5KO小鼠HCC發(fā)病率；
（4）抑制腸道微生物發(fā)酵或從飲食中排除可溶性纖維是減輕ICD誘導(dǎo)HCC的可行策略。
5.代謝組學(xué)文獻分享—討論
那么膳食纖維以后到底還能不能吃？針對本文的研究結(jié)果，小趣以為正常適量食用沒有太大問題，因為：實驗中使用的是免疫缺陷型的小鼠，腸道細菌代謝失調(diào)是導(dǎo)致這些小鼠發(fā)生肝癌的主要原因，不能簡單推及人類。
實驗中采用的膳食纖維菊粉是經(jīng)過精煉提純的，且不清楚提取和加工過程中產(chǎn)生的一系列化學(xué)變化，與天然食材對人體的影響是不一樣的；況且菊粉來自菊苣根，我們一般不食用。
代謝組學(xué)分享，研究中膳食纖維攝入過量，菊粉每天攝入量是法定最高攝入量的14.29倍，嚴重超量。并且在高攝入量下，野生型小鼠仍然沒有產(chǎn)生肝癌，說明適量食用菊粉并不有害健康。再說就是因為人們攝入量少，所以才建議適量補充膳食纖維。
除非經(jīng)過精深加工，一般天然食物中同時含有水溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維，只是二者的比例有所不同，目前沒有報道天然食物會帶來疾病風(fēng)險。
最后百趣代謝組學(xué)小趣建議還是不要盲目相信高度精煉的食物補充劑，應(yīng)該以天然食材為最主要的膳食來源，多吃水果和蔬菜，身體才會棒棒哦。