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抗性淀粉（Resistant Starch,RS）,又称为发酵纤维,兼具可溶性和不可溶性膳食纤维的特点,不易被小肠中的淀粉酶水解,本身或其降解产物能到达结肠并被其中的微生物菌群发酵,产生短链脂肪酸。已有研究表明RS可减轻肥胖啮齿类动物的体脂。然而,其作用尚未在人类受试者中被发现。本研究通过随机交叉对照试验研究抗性淀粉对正常体重人群和超重肥胖人群的体重、体脂、糖代谢等代谢表型的影响,分析抗性淀粉干预后人体肠道激素、肠道菌群和代谢产物的变化,并进一步通过动物实验探讨其作用机制。一、抗性淀粉干预正常体重人群的随机交叉对照研究研究目的:RS是一种益生元,研究表明RS可降低肥胖小鼠体脂。然而,在临床研究中并未报道RS对体重、体脂的影响。据报道,高脂肪饮食以及茶多酚都能影响RS在肠道发酵,表明饮食成分可能会影响RS的作用。因此,在RS的临床研究中需要严格控制饮食成分。在本研究中,我们按照中国居民膳食指南给受试者提供一日三餐统一的营养均衡的等热量饮食,观察40克/天RS对正常体重受试者的体脂的影响。方法:通过随机、双盲、交叉设计临床试验,观察4周40克/天RS和等能量对照淀粉（CS）对控制饮食的19名正常体重受试者体脂、肠道激素、肠道菌群和代谢产物的影响。检测人体测量学参数、体脂成分,使用磁共振成像（MRI）检测腹内脂肪面积（VFA）和皮下脂肪面积（SFA）,测定生化指标,并用标准餐耐量试验和高胰岛素—正葡萄糖钳夹评估受试者的糖耐量和胰岛素敏感性,使用酶联免疫吸附法（ELISA）检测血清中肠道激素GLP-1和PYY水平,使用16s RNA焦磷酸测序研究肠道菌群的组成,使用液相质谱检测血和尿中的小分子代谢物水平。结果:给予40克/天RS 4周干预后,正常体重受试者的VFA和SFA显著降低,同时餐后30分钟胰岛素和肠道激素GLP-1分泌均显著增加,尿素氮水平显著降低,而CS干预前后无显著改变。16S rRNA测序结果显示:在属水平上,由15种菌属组成的肠道细菌在RS干预后显着降低,而Ruminococcaceae UCG-005属丰度增加。RS干预后Akkermansia、Ruminococcus2、Victivalis和Comamonas相对丰度增加。此外,基线Streptococcus、Ruminococcus torques group、Eubacteriumhalliigroup 和Eubacteriumeligensgroup的丰度与RS干预后餐后30分钟胰岛素和GLP-1分泌的增加以及VFA和SFA降低的效果显著相关。结论:40克/天RS干预可有效降低体重正常的受试者VFA和SFA,增加胰岛素和GLP-1分泌,以及改变肠道菌群的组成。二、抗性淀粉对超重及肥胖人群干预的随机交叉对照研究目的:第一部分研究发现40克/天RS干预能降低正常体重受试者的腹内脂肪并改变肠道菌群的组成。但尚不清楚RS是否可以用作治疗肥胖的功能性食物成分,以及RS干预所致的肠道菌群变化如何影响肥胖。因此,亟需对肥胖个体进行严格的随机对照研究,将RS对肥胖者肠道菌群的影响与宿主的代谢表型变化联系起来。本部分研究根据AHA/ACC/TOS成人超重和肥胖管理指南,给受试者提供营养均衡的等热量饮食,观察40克/天干预8周RS和CS对超重及肥胖者受试者体重的影响。方法:通过随机、双盲、交叉设计临床试验,观察40克/天RS和CS干预8周对统一饮食的37名超重肥胖受试者体重、体脂、肠道菌群和代谢产物的影响。检测人体测量学参数、体脂成分、用MRI来检测VFA和SFA,测定生化指标,并用标准餐耐量试验和高胰岛素—正葡萄糖钳夹评估受试者的糖耐量和胰岛素敏感性,用ELISA检测血清脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白（A-FABP）、脂联素和血管生成素样蛋白4（ANGPTL4）,用液相质谱来检测血和尿中的小分子代谢物水平,用宏基因组测序来研究肠道菌群组成。结果:8周40克/天RS干预能显著降低超重肥胖受试者的体重和内脏脂肪,并显著提高胰岛素敏感性,而CS干预未见以上改变。RS干预能显著改变肠道菌群的组成,干预后 4 种物种,包括Bifidobacterium adolescentis（B.adolescentis）、Bifidobacterium longum、Dorealongicatena 和 Ruminococcus bromii均显著增加,RS 干预后 8 种物种,包括Alisipesputredinis、Bacteroides coprophilus、Bacteroides ovatus、Bacteroides vulgatus、Eubacterium eligens、Odoribacter splanchnicus、Parabacteroides merdae 和Prevotella copri（P.copri）均显著降低。在12种差异性物种中,B.adolescentis和P.copri与表型的关联最为密切,与体重、脂肪重量以及胰岛素敏感性的变化显著相关。B.adolescentis可能在减轻肥胖方面发挥关键作用,它的增加与BMI、腰围和VFA的下降显著相关。另外发现RS干预后B.adolescentis丰度增加与宿主代谢物血清肉碱、能量代谢和脂质相关代谢物水平显著相关。同时,RS干预后血清丙酸浓度显著升高,而其他血清短链脂肪酸（SCFA）,包括醋酸盐以及丁酸盐未见显著变化。结论:8周40克/天RS干预对超重及肥胖者有减重和改善胰岛素敏感性的作用,同时RS干预能重塑超重及肥胖者的肠道菌群,引起特定菌种的改变,RS干预后宿主代谢表型的变化和肠道菌群变化及宿主代谢产物变化密切相关。三、抗性淀粉对肥胖干预作用的机制研究目的:前期结果发现抗性淀粉能降低超重及肥胖人群的体重、体脂,同时改变肠道菌群组成以及提高丙酸水平。然而,RS对肥胖发挥干预作用的机制尚不清楚。因此,本部分进一步通过动物实验探讨RS介导的肠道菌群和丙酸变化对肥胖干预的直接作用,及其可能的作用机制。方法:将RS和CS干预后受试者粪便移植到无菌化小鼠体内（人—鼠粪便移植）,研究RS介导的肠道菌群对肥胖的直接作用,并进一步研究小鼠肠道通透性、肠道紧密连接蛋白的表达量,检测内毒素（LPS）水平和炎症因子的表达,检测循环ANGPTL4、肠腔脂肪酶活性以及肠腔和粪便中的脂肪含量,研究抗性淀粉介导的肠道菌群改善肥胖的机制。通过对高脂饮食诱导的肥胖（DIO）小鼠进行丙酸钠灌胃处理,用实验动物能量代谢全面监测系统（CLAMS）检测小鼠能量代谢,研究丙酸对肥胖的调控作用。结果:人—鼠粪便移植2周后,与接受CS干预后肠道菌群的小鼠相比,接受RS干预后的肠道菌群的小鼠的体重、体脂显著降低,糖耐量显著改善。接受RS干预后肠道菌群的小鼠其循环中炎症因子水平和肠道炎症因子的表达显著低于接受CS干预后的肠道菌群的小鼠,且肠系膜脂肪组织和循环中LPS水平显著降低。接受RS干预后肠道菌群的小鼠其肠道紧密连接蛋白ZO-1和occludin表达显著增加,肠通透性显著降低。同时,与接受CS干预后肠道菌群的小鼠相比,接受RS干预后肠道菌群的小鼠其回肠ANGPTL4表达显着增高,肠腔脂肪酶活性显著降低,回肠甘油三脂（TG）含量显著降低,而粪便TG含量显著增高。此外,相比对照组,丙酸干预DIO小鼠4周能显著降低DIO小鼠体重、体脂,改善糖耐量以及增加胰岛素敏感性,氧消耗显著增加,而摄食和活动量无明显改变。结论:RS介导的肠道菌群对肥胖具有直接的干预作用。RS干预改变的肠道菌群通过降低肠道通透性,减轻了代谢性内毒素血症和慢性炎症;同时,RS干预改变的肠道菌群能上调小肠ANGPTL4的表达,减少了肠道脂质的吸收。另外,RS干预后升高的丙酸能通过增加能量消耗而减轻肥胖。肠道菌群和SCFA介导了 RS对肥胖的改善作用。