膳食纖維作為近幾年來備受學術界和營養界關注的營養素，一般都被認為是有益的。因其具有防止便秘、預防肥胖，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增補劑食用。代謝組學分享，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，發現喂食膳食纖維后，會誘發小鼠黃疸型肝癌，那具體是怎么研究、怎么得出這樣的結論以及結論是否可信呢？待百趣代謝組學的小趣細細道來。

1.代謝組學文獻分享—研究背景
膳食纖維是一種多糖，被營養學界認定為第七類營養素，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，產生有價值的營養素如短鏈脂肪酸提供給宿主。代謝組學分享，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酵纖維菊粉和由其代謝產生的營養素是否可改善T5KO小鼠（一種免疫缺陷型小鼠，沒有TLR5基因，會出現腸道菌群紊亂和代謝性疾病）的代謝綜合征。

2.代謝組學文獻分享—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。

按培養方式分為：獨立培養、共同培養、交叉培養。

（2）檢測平臺
代謝組學：GC-MS(肝臟脂質、盲腸內容物)、LC-MS(血清、肝臟、糞便膽汁酸)、NMR(肝臟和盲腸內容物)
轉錄組學：Illumina HiSeq 4000（肝臟）
蛋白組學：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
免疫組織化學染色、組織化學染色等

（3）數據分析
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.代謝組學文獻分享—研究結果
（1）菊粉可改善代謝綜合征但導致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％的肥胖發生率，伴隨著代謝綜合征指數的降低，同時發現這些小鼠血清中出現亮黃色，這是由膽紅素升高所引起的現象，標志著膽汁淤積。代謝組學分享，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2 長期喂食菊粉誘導T5KO小鼠黃疸型肝細胞癌（HCC）（肝臟圖片中黃色箭頭表示多結節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喂養后發生HCC。代謝組學分享，結果顯示Tlr4KO 和Lcn2KO小鼠在食用含菊粉飲食后同樣發生高膽紅素和HCC，發生率相對較低，并且缺乏MyD88的小鼠不產生HCC。這些現象表明，ICD對HCC的誘導并不絕對是在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跟肝癌有一定的關系（圖3）。
 

圖3 長期喂食菊粉對其他品系小鼠誘導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小鼠產生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小鼠。代謝組學分享，結果顯示含果膠和低聚果糖的飲食喂養的T5KO小鼠中各有兩只為H-bili和HCC陽性（發病率分別為~13％，~12.5％），而喂食含纖維素飲食的小鼠未發生HCC，同時發現喂食低劑量的菊粉飲食仍足以誘導HCC（即22只小鼠中有4只H-bili和HCC陽性）。結果表明HCC可以由可溶性纖維果膠和低聚果糖及低劑量的ICD誘導，但不能由不可溶纖維素誘導（圖4）。

高脂肪飲食（HFD）也會導致腸道菌群失調和代謝綜合征，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小鼠是否可能發生HCC。代謝組學分享，結果顯示富含菊粉的高脂飲食可誘導WT小鼠黃疸型HCC，加重T5KO小鼠的病情嚴重程度（病發率從~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HCC的影響（紅色圓圈里的點代表產生肝癌的小鼠）
 

圖5 高脂飲食對小鼠誘導HCC的影響（圓圈里的點代表產生肝癌的小鼠）

（5）腸道菌群變化
可溶性纖維在體內會被腸道菌群降解，繼而從腸道菌群著手研究致癌的關鍵因素。與WT小鼠相比，T5KO相關的腸道菌群失調的特征在于總糞便細菌負荷增加（即NB中≥2倍，HB中≥3.5倍）。代謝組學分享，HB小鼠表現為無壁菌門減少，變形菌門和梭菌屬（包含一群纖維發酵細菌）增加，并且明顯減少了物種豐富度和α多樣性。在ICD和CCD喂養的T5KO小鼠之間也觀察到由于飲食導致的微生物群落構成的改變（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誘導產生HCC過程中的作用，研究者同時飼養T5KO小鼠與WT小鼠，從而允許通過糞便轉移微生物群，結果發現WT小鼠也罹患了HCC。交叉飼養的WT小鼠中出現HCC的現象進一步肯定了微生物群在ICD誘導的HCC中的關鍵性作用。

代謝組學分享，在使用廣譜抗生素處理后，減輕了ICD喂養的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H-bili或HCC。結果表明在長期用ICD喂養時，需要使用生態失調微生物群來發展HCC，并且致癌微生物群可傳染給易感宿主（圖7）。
 

圖7 菊粉誘導的HCC依賴于微生物

菊粉的發酵促進了HCC，那么抑制發酵可能會降低HCC的發病率。研究者使用甲硝唑（可以消耗產生丁酸鹽的細菌）和來自啤酒花（Humulus lupulus）的β-酸（抑制細菌發酵）處理后，發現可以有效降低T5KO小鼠中HCC的發生率，其中，β-酸以劑量依賴性方式降低HCC的發生率。

代謝組學分享，由于纖維素不能被腸道細菌發酵，因而以不可溶的纖維素取代菊粉，也可用來阻止肝癌的發展。結果表明長期暴露于可溶性纖維微生物發酵的環境中，可促進ICD喂養的T5KO小鼠肝細胞癌的發生，抑制微生物發酵可以保護小鼠免受ICD誘導的HCC的侵襲（圖8）。
 

圖8 抑制細菌發酵和干預飲食可預防菊粉誘導的T5KO小鼠肝癌

（6）ICD誘導T5KO小鼠HCC起因機制研究
為了研究肝癌發生的起因，在給予小鼠ICD 4周后進行詳細分析。結果發現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）。

代謝組學分享，細胞凋亡反應伴隨著化學誘導物（即KC和sICAM-1）和中性粒細胞浸潤肝臟水平的增加， MPO 、NE 、ROS水平升高可能導致肝損傷，HB肝臟顯示出更多的氧化應激和DNA損傷（圖10）。結果表明在ICD喂養的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喂養可誘導T5KO小鼠肝臟高膽紅素、細胞凋亡和中性粒細胞浸潤

4.代謝組學文獻分享—小結
（1）長期喂食富含可溶性膳食纖維飲食，可使腸道菌群失調的T5KO等免疫缺陷小鼠發生膽汁淤積、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，可使野生型小鼠發生HCC，增加T5KO小鼠HCC發病率；

（4）抑制腸道微生物發酵或從飲食中排除可溶性纖維是減輕ICD誘導HCC的可行策略。

5.代謝組學文獻分享—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，腸道細菌代謝失調是導致這些小鼠發生肝癌的主要原因，不能簡單推及人類。

實驗中采用的膳食纖維菊粉是經過精煉提純的，且不清楚提取和加工過程中產生的一系列化學變化，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險。

最后百趣代謝組學小趣建議還是不要盲目相信高度精煉的食物補充劑，應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。