FSHW | 抗性淀粉补充对人类肠道微生物多样性和组成的影响：系统综述和荟萃分析

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Abstract

抗性淀粉（RS）因其对健康有益的作用而引起了众多研究者的关注。肠道微生物群明显影响着人类的健康，但补充RS对人类肠道微生态群变化的影响仍不清楚。这项观察性荟萃分析旨在通过荟萃分析揭示摄入RS对肠道微生物群α-多样性和组成的影响。两名独立作者系统地在四个电子数据库中检索了自文章创刊至2023年2月的文章。纳入了符合系统评价优先报告项目和Meta分析协议的24项高度相关的试验，共有816人被纳入。显著异质性分析表明，RS摄入显著降低了Shannon指数（加权平均差（WMD）：-0.11；95%置信区间（CI）：-0.21，-0.01），并刺激了健康促进细菌属的组成，包括双歧杆菌（相对丰度：WMD：1.75；95% CI：0.39，3.11；细菌种群：WMD：0.36；95% CI：0.04，0.69），粪杆菌（相对丰度：WMD：0.70；95% CI：0.20，1.20；折叠变化：效果大小：0.91；95%置信区间：0.60，1.23），和普雷沃氏菌属（相对丰度：WMD：0.35；95%置信区间：0.01，0.69）。综上所述，本研究揭示肠道微生物群多样性和属的变化与补充RS相关，这可能有助于人类健康。

Introduction

在人体的消化管道中大约有100万亿微生物细胞。其中拟杆菌属占三分之一，随后是双歧杆菌属、真杆菌属、梭菌属、普雷沃氏菌属、真杆菌属、普氏菌、肽球菌属、乳杆菌属等。越来越多的证据表明，肠道微生物群落的丰度和组成变化与人体健康密切相关。例如，拟杆菌门数量的增加会促进体重的增加。然而，当肠道中的双歧杆菌数量增加时，却会观察到相反的效果。刺激粪杆菌的丰度与增强肠道转运和抑制肠道炎症有关。厚壁菌门和乳杆菌含量较低会导致小鼠抑郁，而通过给予鼠乳杆菌和罗伊氏乳杆菌可以缓解这些症状。因此，肠道微生物群的变异在调节人体健康方面显然扮演着关键角色。许多因素，尤其是饮食，有助于维持特定细菌在肠道内的持续存在。

抗性淀粉（RS）通常被视作“一种对消化酶具有抗性、且能够完整被转运至结肠以进行选择性发酵的成分，这进而导致肠道微生物群组成和/或活性的改变，并为宿主带来健康益处”。根据其结构和来源，RS被归类为五种类型。其中有些是天然的食品成分，而另一些则是经过制造或改性后添加到特定产品中的。RS1通常存在于未经充分碾磨的整粒谷物或种子中，被禁锢在蛋白质基质和细胞壁内，因此不能被淀粉酶消化。RS2是未糊化的或未煮熟的淀粉颗粒，如生土豆和绿香蕉，对消化酶具有高度抗性。RS3是由淀粉在冷却或储存过程中发生糊化作用而产生的，即回生现象。RS4是通过化学改性及生物工程产生的。RS5则表现为自组装复合淀粉，如淀粉-脂质复合体、淀粉-多酚复合体、淀粉-蛋白质复合体等。在动物研究和人体研究中，RS补充剂已被广泛揭示出诸多健康益处。含有RS的食物能够使葡萄糖缓慢释放，并调节脂质代谢。RS还具有体重控制方面的益处，因此是预防超重和肥胖的一种有效方式。因此，明确RS补充对人类健康的潜在潜在机制格外重要。

最近有报道称，补充RS可以改变肠道菌群，从而促进人体健康。然而，RS对肠道微生物丰度和菌属的影响并不一致，这成为了理解肠道微生物群在RS对人体健康影响中的调控作用以及当前研究进展的一大障碍。先前的研究表明，RS处理会刺激益生菌肠道微生物的丰度，从而有益于胃肠道健康。在日常饮食中摄入RS会分别使肠道中的粪杆菌和普雷沃氏菌的相对丰度增加2%和8%，同时限制梭菌的相对丰度。然而，一项研究指出耐药性马铃薯淀粉与安慰剂相比，降低了粪链球菌的相对丰度（P＝0.094695），但显著增加了梭菌的相对丰度（P＝0.020716）。为了消除个案研究中的不一致之处，并更好地理解RS对人类肠道微生物组的影响，荟萃分析为我们提供了一种有价值的方法。荟萃分析是通过统计方法对文献中的实验数据进行汇总和比较，从而进行系统综述的一种方法。与单个案例相比，先前研究的协作显然会增强统计功效，从而更有力地展示有效反应，并报告研究进展。先前的工作已经进行了元分析，以探究RS补充剂对血糖控制的影响。肠道功能，炎症生物标志物，以及血清胆固醇水平。最近，Chen等人研究表明，与基线相比，在摄入RS后的终点阶段，肠道微生物α-多样性较低，而瘤胃球菌、琼脂杆菌属、粪产碱菌和双歧杆菌的相对丰度较高。然而，尚未通过荟萃分析系统性地回顾安慰剂与RS对人体肠道微生物群的影响差异。本荟萃分析的目的是汇总先前关于RS补充对人类肠道微生物群变化影响的各项研究，并确定哪些关键菌群有助于促进人体健康。

Results

偏倚风险

对于纳入的24个RCT，偏倚风险评估的结果如图1所示。其中，有3项研究存在较高的执行偏倚风险；1项研究存在较高的选择偏倚风险；另有两项研究存在较高的检测偏倚风险。其余二十项RCT被评估为存在低风险或不明朗的偏倚风险。

图1 偏倚风险（A）图表和（B）摘要

补充RS对α-多样性变化的影响

α-多样性是一种用于测量给定样品或生态系统中微生物多样性的指标，如肠道菌群。具体而言，α-多样性代表了样品中独特物种的数量，并反映了微生物群落的丰富性。肠道菌群的α-多样性分析对于了解个体的健康和福祉至关重要。Shannon指数和Chao1指数是两个常用的指标来衡量肠道菌群的α-多样性。

Shannon指数

12项试验研究了RS摄入对健康参与者、超重男性、溃疡性结肠炎、代谢综合征和血液透析患者Shannon指数的影响（图2A）。结果表明，RS显著降低了Shannon指数（WMD：-0.11；95% CI：-0.21，-0.01；P＝0.027）。在所列研究的大规模杀伤性武器中发现了适度的异质性（I2＝64.1%，P＝0.001），并应用了随机效应模型。

图2 RS摄入对肠道菌群（A）Shannon指数和（B）Chao1指数影响的森林图

Chao1指数

RS对Chao1指数的影响在四项研究中进行了研究（图2B）。通过固定效应模型进行的荟萃分析表明，RS对Chao1指数没有显著影响（WMD：-2.98；95% CI：-7.08，1.12；P＝0.155）和低异质性（I2＝41.8%，P＝0.161）。

补充RS对肠道细菌属变化的影响

肠道微生物组中不同细菌属在维持整体健康方面具有不同的功能和作用。例如，一些属，如乳酸杆菌，已知具有益生菌作用，并促进消化系统健康。而其他属，如大肠杆菌，则与炎症和疾病有关。食物补充通常与肠道菌群的属级组成变化有关。因此，进一步对森林图进行了研究，以揭示RS对一些典型微生物组的影响，包括拟杆菌、双歧杆菌、布劳氏菌、梭状芽孢杆菌、粪杆菌、乳酸杆菌、前列腺杆菌、罗氏菌属和回肠球菌，而其他因样本量不足未分析。

拟杆菌

拟杆菌的施用对相对丰度无显著影响（六项研究，图3A）（WMD：-0.37；95%置信区间：-1.45，0.70；P＝0.499），以及类杆菌的折叠变化（四项研究，图3B）（ES：-0.03；95% CI：-1.41，1.35；P＝0.968）。在这两个荟萃分析中，分别没有观察到异质性（I2＝6.2%，P＝0.377）和高度异质性（I2＝98.3%，P＝0.000）。

图3 RS摄入对肠道细菌属影响的森林图

双歧杆菌

在18项试验中考察了RS对双歧杆菌变化的影响。RS的施用导致相对丰度显著增加（11项研究，图3C）（WMD：1.75；95%置信区间：0.39，3.11；P＝0.011）和细菌种群（4项研究，图3E）（WMD：0.36；95% CI：0.04，0.69；P＝0.028）的双歧杆菌，但使用随机效应模型对双歧杆杆菌的褶皱变化没有显著影响（4项研究，图3D）（ES：0.42；95% CI：-1.39，2.23；P＝0.651）。在所有三项荟萃分析中，观察到纳入的研究之间存在高度异质性。

经黏液真杆菌属

四项试验调查了每日摄入RS对蓝藻相对丰度的影响（图3F），与安慰剂相比，没有观察到显著减少（WMD：-0.53；95%置信区间：-1.50，0.45；P＝0.288）。结果显示出较低的异质性（I2＝24.6%，P＝0.264）。

梭菌

7项试验评价了补充RS对梭状芽孢杆菌丰度的影响（图4A）。随机效应模型进行的荟萃分析结果显示无显著影响（WMD；0.35；95% CI；-0.74，1.43；P＝0.531，具有中等异质性（I2＝69.5%，P＝0.003）。

图4 RS摄入对肠道细菌属影响的森林图

粪杆菌

汇总来自十二项和三项研究的数据（图4B，C），发现在健康和超重志愿者，以及肾脏疾病，子宫颈癌，血液透析，肠道炎症的患者服用RS后的粪杆菌相对丰度显著增加（WMD；0.70；95% CI；0.20，1.20；P＝0.006）和折叠变化（ES；0.91；95% CI；0.60，1.23；P＝0.000）。荟萃分析对相对丰度研究使用固定效应模型，异质性较低（I2＝25.9%，P＝0.190）；用于具有高异质性的倍数变化研究的随机效应模型（I2＝82.8%，P＝0.003）。

乳酸杆菌

4项研究调查了RS对乳酸杆杆菌相对丰度的影响（图4D）。通过随机效应模型进行的这项荟萃分析结果显示没有显著影响（WMD：0.35；95% CI：-0.33，1.04；P＝0.314）和高度异质性（I2＝61.7%，P＝0.050）。

普雷沃氏菌

在针对健康志愿者、肥胖男性和肾病患者的四项试验中，考察了RS对普雷沃氏菌相对丰度的影响（图4E）。结果显示，通过固定效应模型，RS补充显著增加了普雷沃氏菌的相对丰度（WMD：0.35；95% CI：0.01，0.69；P＝0.041）。

罗氏菌属

结合五项关于RS对罗氏菌属相对丰度影响的试验统计数据（图4F），未发现显著变化（WMD：1.73；95%置信区间：-0.91，4.37；P＝0.199）。当前数据的异质性较高（I2＝90.6%；P＝0.000）；因此，使用了随机效应模型。

瘤胃球菌

分别在10项研究和4项研究中评估了RS对瘤胃球菌相对丰度和褶皱变化的影响（图4G，H）。通过随机效应模型进行的这两个荟萃分析表明，对瘤胃球菌的影响不显著（相对丰度：WMD：-0.87；95% CI：-1.92，0.18；P＝0.104；折数变化：ES：0.96；95%置信区间：-0.20，2.13；P＝0.104）并表现出高度异质性（相对丰度：I2＝9.70%；P＝0.000；折叠变化：I2＝94.2%；P＝0.001）。

Conclusion

目前的荟萃分析研究表明，RS补充确实改变了肠道的α-多样性和细菌属。特别是，RS补充显著降低了Shannon指数，并刺激了人类肠道健康促进微生物群的相对丰度或细菌比例或褶皱变化，如双歧杆菌、粪杆菌和普罗维旋菌。因此，坚持“富含RS”的饮食模式有利于调节肠道菌群的组成，可能对人体健康有益。可以进一步研究这项开创性的工作，以扩大我们对遥感功能的理解。未来的研究应考虑到个体肠道微生物档案的复杂性和多变性，这可能导致个体间RS摄入的生理效应存在差异。

Effect of resistant starch supplementation on the diversity and composition of human gut microbiota: a systematic review and meta-analysis

Jiaxin Xua,b,c, Haocun Konga,b,c, Caiming Lia,b, Xiaofeng Bana,b, Zhaofeng Lia,b,c,*

a State Key Laboratory of Food Science and Resources, Jiangnan University, Wuxi 214122, China

b School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China

c Institute of Future Food Technology, Jiangsu Industrial Technology Research Institute, Yixing 214200, China

*Corresponding author.

Abstract

Resistant starch (RS) has attracted much researchers’ attention because of its health-beneficial effects. Gut microbiota obviously shapes human health, but the effects of RS supplementation on the changes of human gut microbiota remain unclear. This observational meta-analysis aimed to reveal the effects of RS intake on α-diversity and composition of gut microbiota through meta-analysis. Two independent authors systematically searched articles from inception until February 2023 on four electronic databases. Twenty-four highly relevant trials were included conforming to Preferred Reporting Items for Systematic reviews and Meta-Analysis protocol, and a total of 816 individuals were included. Significant heterogeneity analyses revealed that RS intake notably decreased Shannon index (weighted mean difference (WMD): –0.11; 95% confidence interval (CI): –0.21, –0.01), and stimulated the composition of health promoting bacteria genera, including Bifidobacterium (relative abundance: WMD: 1.75; 95% CI: 0.39, 3.11; bacterial populations: WMD: 0.36; 95% CI: 0.04, 0.69), Faecalibacterium (relative abundance: WMD: 0.70; 95% CI: 0.20, 1.20; fold change: effect size: 0.91; 95% CI: 0.60, 1.23), and Prevotella (relative abundance: WMD: 0.35; 95% CI: 0.01, 0.69). Taken together, the present study revealed that changes in the gut microbiota diversity and genera were correlated with RS supplementation, which may contribute to benefits in human health.

Reference:

XU J X, KONG H C, et al. Effect of resistant starch supplementation on the diversity and composition of human gut microbiota: a systematic review and meta-analysis[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(3): 9250055. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250055.

翻译： 罗敬 （实习）

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意