木糖醇医学应用研究进展

     木糖醇在工业、农业、食品、医药等领域广泛应用，其多元醇特性在防龋剂中的应用在既往几十年更是享有盛誉。目前更多的木糖醇医学应用及其研究主要集中在与糖消费量相关的代谢综合征、糖尿病和肥胖等疾患的保健与防治领域。这是因为木糖醇具有低糖指数、低热量及代谢不依赖胰岛素等特点，木糖醇可降低血糖，减少内脏脂肪积聚和减轻体重，同时具有调节脂代谢、骨代谢、肠道菌群等多重作用，这赋予木糖醇这样的健康甜味剂巨大的应用前景。

【关键词】木糖醇；甜味剂；代谢；生物合成

前言

     全球范围内的代谢综合征、糖尿病和肥胖患病率的升高与糖消费量（尤其是人工甜味剂）的增长有关［1］ 。因此，世界卫生组织建议普通人群应减少糖的消费量、糖尿病和肥胖者要服用无糖或低糖指数的食物。糖对健康影响的研究主要集中在膳食中的果糖，果糖主要来源于蔗糖（50%水解产物为果糖）和含高果糖玉米糖浆的软饮料（液体甜味剂），在20世纪60年代后期引入食品和饮料行业后颇受欢迎，但逐渐发现它会将血糖和体重指数（BMI）提高到危险的水平；故化学合成、不产热量的糖品（如糖精、阿斯巴甜等）应运而生，而且在肥胖和2型糖尿病人群中很受欢迎；但人和动物研究均证明：长期使用人工非营养性甜味剂会导致危及生命的不良反应，包括淋巴瘤、白血病、慢性疲劳等［2］。这就促使科学家去研发更健康的甜味剂，如多元醇。木糖醇属多元醇，其理化特性(甜度、清除自由基、络合作用等)及生理作用的独特优势引起了科学家们浓厚的兴趣。

01 木糖醇的医学应用价值

     多元醇是分子中含有两个或两个以上羟基的一大类醇类，其中木糖醇是一种五碳糖醇，是木糖代谢的正常中间产物。在过去的几十年里，研究主要关注于木糖醇对口腔保健的影响，而最近研究发现木糖醇还兼具降低血糖、代谢不依赖胰岛素、减少内脏脂肪累积和减重的作用［3］；未来木糖醇可能成为内分泌代谢领域新的医学营养治疗需求。

1.1  木糖醇的抗龋作用

     19世纪90年代德（Emil Herman Fischer）法（M.G. Bertrand）化学家分别从山毛榉切片和小麦、燕麦中分离出化合物，命名为Xylit（德语：木糖醇）；在此后的50～60年中，木糖醇很少受到关注。第二次世界大战期间，斯堪的纳维亚国家因糖严重短缺，以木糖醇代替食糖后发现了木糖醇可减少龋齿的发生［4］。此后，牙科专业人士开始研究使用木糖醇来改善口腔健康；其中著名的芬兰Turku大学“图尔库糖研究”证实与蔗糖组相比：每天摄入大约67 g木糖醇可以使龋齿发病率降低85%以上，这一结果轰动了牙医界，“木糖醇概念”很快得到许多公共监管机构的认可［4］，并引入口香糖中（芬兰）。

     “Turku糖研究”结果首先在苏联得到认可，木糖醇常规用于糖尿病患者的饮食中。哈萨克斯坦州进行了两年的研究发现：与蔗糖组相比，木糖醇可以使总龋齿发生率降低 70%以上；随后世界卫生组织主持的两项研究（波利尼西亚、匈牙利）也表明：与仅接受基本预防的受试者相比，木糖醇糖果使龋齿减少了近40%。“Turku糖研究”成果归功于木糖醇的戊糖醇特性［5］。迄今木糖醇对治疗龋齿、消除牙菌斑、改善口腔健康的益处已获公认［6］。

1.2  木糖醇调节糖代谢

     首先，木糖醇能减少食物摄入量、延缓胃排空。Islam［7］以糖尿病大鼠为研究模型，予以自由饮用10%木糖醇溶液、10%蔗糖或水，观察5周后发现，饮用木糖醇溶液会导致食物摄入量减少，且随着木糖醇剂量的增加，摄食量减少更明显，推测可能参与了胃排空过程。Wlnerhanssen等［8］通过鼻饲木糖醇（50 g）观察瘦弱和肥胖的非糖尿病患者肠道激素分泌、胃排空和血糖反应，结果发现，木糖醇能有效结合肠内分泌细胞上的甜味受体，显著增加胆囊收缩素和胰高血糖素样肽-1的释放，进而延缓胃排空，增加饱腹感，从而减少食物摄入。

     其次，木糖醇可抑制α-糖苷酶活性。Chukwuma等［9］研究发现，木糖醇可抑制十二指肠和空肠段α-糖苷酶活性，并呈剂量依赖性，这可能与其肠道葡萄糖吸收指数显著降低、延缓胃排空，提高肠道养分转运率有关。

     再次，木糖醇可改善受损胰岛组织的形态与功能。最新研究发现，以木糖醇饲喂糖尿病大鼠4周后，高剂量木糖醇组（10%）血糖改善更明显，血清胰岛素水平明显升高，病理形态学观察可见胰岛组织体积增大、β细胞数量更多［10］。

1.3  木糖醇调节脂代谢

     木糖醇调节脂代谢的研究较多，但不同研究的结果也不尽相同。动物研究发现，饮食中添加木糖醇可改善糖尿病大鼠的血脂谱。高脂饮食加链脲佐菌素诱导的糖尿病模型小鼠经过木糖醇灌胃治疗6周后，升高的甘油三酯、总胆固醇、乳酸脱氢酶明显回落，表明木糖醇具有改善脂质代谢、保护肝脏的作用［11］。也有研究发现，木糖醇会增加大鼠血浆中总胆固醇、低密度脂蛋白-胆固醇和甘油三酯水平，似乎结果恰恰相反［12］。人群研究同样呈现不一致的研究结果。在一项研究观察中，12名健康、瘦弱的志愿者进行4次交叉干预试验，每次治疗间隔至少3 d，4次治疗分别接受自来水或7、17、35 g木糖醇灌胃，即使服用最大剂量（35 g）的木糖醇后，血脂（总胆固醇、低密度脂蛋白-胆固醇、高密度脂蛋白-胆固醇和甘油三酯）较基线没有明显升高［13］。另一项人体试验观察中，在6个月期间运动员饮用木糖醇作为甜味剂的饮料，结果血中总胆固醇、低密度脂蛋白-胆固醇均有所升高，甘油三酯未见明显变化［14］。

     木糖醇对脂质代谢影响结果之所以不同，可能与各项实验中服用的木糖醇剂量，服用方法，治疗时程差异有关。未来需要设计更加科学、合理的临床研究加以探讨。

1.4  木糖醇调节肠道菌群

     研究发现，木糖醇可能影响机体的肠道菌群［15］，木糖醇与肠道菌群的相互作用影响肠道菌群的生态平衡。木糖醇通过影响肠道菌群来调节链霉素生物合成、脂肪酸代谢、酮体合成和降解、生物素代谢和硫辛酸代谢，从而影响宿主的代谢健康和葡萄糖耐量［16］。在小鼠的常规饮食和高脂饮食中添加适量的木糖醇，可使粪便中拟杆菌群和巴尔菌群丰度下降，而厚壁菌群和普雷沃菌群丰度增加［17］，这些变化可能会影响机体的免疫反应，上调肝脏碳水化合物反应元件结合蛋白的表达，增加脂肪合成，改善血脂谱。木糖醇还可使肠道内细菌短链脂肪酸尤其是丁酸产生增加，从而有助于改善血脂和控制血糖［18］。也有研究证实，乳清蛋白和木糖醇复合物通过调节肠道菌群，改变2型糖尿病小鼠肠道菌群的多样性和组成，选择性抑制肠道微生物群中某些有害细菌的生长和脂多糖的分泌，而减轻慢性炎症，改善胰岛素抵抗，对2型糖尿病小鼠发挥降糖和降血脂作用［11］。目前还缺乏长期摄入木糖醇的干预性研究探讨其对肠道菌群和机体代谢的影响。

1.5  木糖醇预防骨质疏松

     木糖醇参与了维持成骨、破骨间的正性平衡。研究发现，饮食中添加木糖醇能够增加糖尿病大鼠骨钙矿化量、减少骨矿物质流失、增加骨形成、减少骨吸收，从而改善骨生物力学指标［19］。首先，木糖醇能促进肠道钙的吸收。木糖醇可加快肠黏膜上皮细胞中腔面膜侧到基底外侧的转运钙的速度，还能经肠道菌群发酵后产生大量的有机酸，降低肠内pH值，使钙处于游离状态，从而增加肠钙的吸收［20］。其次，木糖醇还可以促进骨矿化，也可以剂量依赖性地抑制正常大鼠的骨吸收，且该作用可持续到停用木糖醇后的1个月。蛋白质的非酶糖基化可能参与了骨质疏松的病理过程。骨基质表面糖基化终末产物通过其受体阻止成骨细胞的增殖与分化，影响骨重构而致骨质疏松。而木糖醇能促进骨胶原蛋白合成并抑制其糖基化，进而减少由此产生的氧化应激，从而发挥抗骨质疏松作用［21-22］。

1.6  木糖醇的其他医学作用

     木糖醇影响鼻咽部微生物群的生长，修复鼻炎引起的鼻黏膜病理损伤［23］。木糖醇可以预防其他一些感染性疾病，如一些呼吸道疾病，其中包括肺炎和中耳感染［22］。上述抗炎、抗菌作用除了木糖醇的直接作用之外，离不开木糖醇的免疫调节功能。研究发现，木糖醇在动物模型中可起到增强免疫反应的作用，木糖醇可以刺激机体的先天性和获得性免疫；但主要针对细菌，而对于病毒感染，结果不太确定［24］。