橙汁基质对健康青年男性餐后血糖反应的影响：一项随机交叉试验与个体反应异质性的事后分析

《Food & Function》：Impact of the orange juice fruit matrix on postprandial glycemia: a crossover randomized trial in healthy young men with post hoc analysis of interindividual response variability

本篇研究探讨了100%橙汁（OJ）中的果肉基质对餐后血糖反应（PPGR）的调节作用。通过一项随机交叉试验，研究比较了含不同比例果肉基质（100%、50%、0%）且糖分匹配的饮料与葡萄糖对照（25克糖）在健康年轻男性中的影响。研究发现，完整的果肉基质（100% OJ）能显著降低餐后血糖峰值（Cmax）和15分钟血糖浓度（C15 min），但整体血糖反应曲线下增量面积（iAUC）差异未达显著性。此外，研究揭示了参与者之间存在高度的个体间反应异质性，并基于对饮料的不同反应成功聚类出“高反应者”与“低反应者”亚组，其血浆代谢组（特别是橙汁来源的代谢物如二氢阿魏酸葡萄糖醛酸苷）存在差异。该研究强调了在评估果汁对血糖影响时，综合考虑食物基质与个体生理差异的重要性。

　　

研究背景与目的

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2型糖尿病（T2DM）以糖代谢受损为特征，维持正常血糖及避免餐后高血糖对其预防至关重要。生活方式与饮食习惯，尤其是碳水化合物的摄入量与类型，是影响餐后血糖反应（PPGR）的关键因素。PPGR是指摄入一餐后血糖浓度的变化，通常通过测量两小时内不同时间点的血糖水平以生成反应曲线进行表征。总体血糖影响常通过血糖曲线下增量面积（iAUC）（个体餐前空腹基线血糖水平以上的面积）来量化。其他指标如血糖峰值的大小与时间（C<sub>maxsub>和T<sub>maxsub>）以及血糖上升速率（与15分钟时的浓度C<sub>15 minsub>相关）对于理解反应动态也很重要。

世界卫生组织（WHO）将特定的膳食糖归类为“游离糖”，该分类包括添加糖以及天然存在于蜂蜜、糖浆、果蔬汁及果汁浓缩物中的糖。由于糖分子在化学和生物学上无法按来源区分，因此游离糖与其他糖之间的生理差异主要源于食物基质的影响。食物基质定义为食物复杂的结构和化学环境、其成分以及它们之间的相互作用。然而，果汁消费对葡萄糖代谢的影响仍不明确，观察性研究与荟萃分析结论不一。对于橙汁（OJ）对血糖和胰岛素的影响，研究结果也不一致。评估果汁的一个问题是，不加区分地合并了100%果汁和可能含有添加糖及果肉基质比例较低（即微量营养素、果胶、生物活性物质）的果汁类饮料的数据。

本研究的主要目的是通过比较一种特征明确的橙汁（100% OJ）与两种糖分匹配但果肉基质含量分别为50%或0%的饮料，研究果肉基质对健康年轻男性成人餐后血糖和胰岛素反应的影响。假设100% OJ的反应将低于仅含糖的饮料。如果如WHO所判断，游离糖同样有害，则预计三种测试饮料后的血糖反应无统计学显著差异。研究还分析了个体间变异，并使用事后聚类分析探索了不同的反应者亚组。

材料与方法

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研究设计了四种饮料：100% OJ、50% OJ、0% OJ和仅含等量葡萄糖（25克）的对照溶液。所有饮料均经过营养和（多）酚成分表征。这是一项在西班牙穆尔西亚天主教大学（UCAM）进行的随机、交叉、单盲（对分析数据的研究人员）干预试验。参与者为25名健康年轻男性，研究比较了四种饮料：100% OJ、50% OJ、0% OJ和葡萄糖对照溶液。每位参与者以随机顺序接受所有饮料，每次测试间隔至少2天以进行代谢洗脱。在干预当天，参与者在禁食10-12小时后到达，饮用指定测试饮料（300毫升），并在饮用前（0分钟，基线）及饮用后15、30、45、60、90和120分钟采集血样。血清样本用于分析葡萄糖和胰岛素浓度，并计算iAUC、C<sub>maxsub>和C<sub>15 minsub>等指标。此外，对饮用100% OJ和0% OJ后0分钟和60分钟的血浆样本进行了非靶向代谢组学分析。统计分析包括应用线性混合模型（LMM）比较处理间的差异，以及使用k-means聚类分析基于个体对不同饮料的C<sub>maxsub>反应差异对参与者进行分类。

研究结果

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**测试饮料的营养和植物化学组成：** 四种饮料的总糖含量相似（约25克/瓶）。100% OJ和50% OJ的pH值略低于0% OJ和葡萄糖溶液。50% OJ中主要营养素（复合碳水化合物、蛋白质、矿物质、纤维、脂肪和维生素C）的含量约为100% OJ的一半。100% OJ和50% OJ的总（多）酚含量分别为每瓶218.3±6.9毫克和115.2±0.6毫克，主要类别为黄烷酮类（占总（多）酚的84.3%），其次是羟基肉桂酸类（8.2%）和黄酮类（6.2%）。[](@replace=1)

**参与者的基线特征：** 25名男性参与者平均年龄22.7±2.7岁，身体质量指数（BMI）为24.1±2.0 kg m<sup>?2sup>，基线血糖和胰岛素水平分别为79.4±4.5 mg dL<sup>?1sup>（4.4±0.3 mmol L<sup>?1sup>）和7.5±2.6 μU mL<sup>?1sup>。

**餐后血糖和胰岛素反应：** 葡萄糖对照溶液的血糖iAUC和C<sub>maxsub>均显著高于三种测试果汁。在三种果汁之间，100% OJ与0% OJ相比，血糖iAUC的差异未达到显著性，但100% OJ的血糖C<sub>maxsub>显著低于0% OJ（估计平均差±标准误 = 7.8±2.4 mg dL<sup>?1sup>，p值=0.009）。此外，100% OJ的C<sub>15 minsub>也显著低于0% OJ（估计平均差±标准误 = 12.8±2.5 mg dL<sup>?1sup>，p值<0.0001）和50% OJ（估计平均差±标准误 = 8.8±3.1 mg dL<sup>?1sup>，p值=0.028）。对于胰岛素反应，葡萄糖对照溶液的C<sub>maxsub>显著高于三种果汁，但三种果汁之间无显著差异。[](@replace=2)?1sup>) and (B) insulin (μIU mL<sup>?1sup>) curves of the study participants following the consumption of glucose (n = 23), 0% OJ (n = 49), 50% OJ (n = 25) and 100% OJ (n = 49). Results are shown as the mean ± SD. Abbreviations: OJ, orange juice.">

?1) and (B) insulin (μIU mL^?1) key metrics: incremental area under the curve over 120 min (iAUC), maximum concentration (C_max), and concentration at 15 min post-consumption (C_{15 min}) in response to the four sugar-matched test beverages. Statistical comparative analyses were performed in R 4.5.0 applying a LMM fitted with the lme4 package. Brackets indicate statistically significant differences between groups with corresponding p-values. Abbreviations: OJ, orange juice.">

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**反应变异性与聚类分析：** 参与者的血糖反应存在高度的个体内和个体间变异性。基于个体对不同饮料C<sub>maxsup>反应的差异进行k-means聚类分析，将参与者分为两个亚组：**簇1（低反应者，n=12）** 和 **簇2（高反应者，n=11）** 。簇2的参与者在比较三种果汁与对照溶液时，以及比较100% OJ与0% OJ时，表现出更一致和更大的血糖峰值降低幅度。簇2参与者在饮用葡萄糖对照溶液和0% OJ后的血糖iAUC也显著高于簇1。代谢组学分析进一步支持了两个簇的区分，发现了一些与橙汁摄入相关的代谢物（如二氢阿魏酸葡萄糖醛酸苷和紫苏酸-8,9-二醇葡萄糖醛酸苷）在簇1参与者血浆中的水平更高，且这些代谢物水平与100% OJ后的血糖C<sub>maxsub>呈正相关。[](@replace=4)maxsub> significant differences between treatments (0% OJ – glucose control, 50% OJ – glucose control, 100% OJ – glucose control, 100% OJ–0% OJ). (A) Results are projected onto the first two principal components of the PCA analysis: PC1 and PC2 that explain 70.7% and 24.1% of the total variance, respectively. (B) The shaded areas represent the convex hulls for each cluster and each point represents an individual colored and shaped by its assigned cluster: cluster 1 (orange circles) and cluster 2 (green triangles). Abbreviations: OJ, orange juice; PCA, principal component analysis.">

5) of the most important discriminant entities (compound limonene-8,9-diol-glucuronide marked in a red box); (D) PLS-DA score plot of samples classified as responsive clusters 1 and 2. Abbreviations: OJ, orange juice; PLS-DA, partial least-squares discriminant analysis; VIP, variable importance in projection.">

讨论

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本研究进一步证明了橙汁中的果肉基质对改善餐后血糖反应的积极作用。由于果糖和蔗糖与葡萄糖的代谢途径不同，三种测试果汁的总体血糖反应（iAUC）显著低于纯葡萄糖对照。由于三种测试果汁的总糖组成相同，且果肉基质量差异很小，因此未观察到不同处理（100% OJ或50% OJ对比0% OJ）在iAUC上的变化。值得注意的是，含有最高比例果肉基质的100% OJ，与仅含糖的0% OJ相比，能显著降低血糖峰值反应（C<sub>maxsub>）。这种效应可能是有益的，因为餐后血糖峰值被认为是心血管疾病的危险因素。果肉基质的各种成分能够影响葡萄糖的肠道吸收。例如，纤维、矿物质（如Na、K、P、Ca、Mg）、维生素C以及（多）酚类化合物（如橙皮苷、柚皮苷、阿魏酸和芥子酸的己糖苷衍生物）都可能通过影响胃排空、干扰葡萄糖转运蛋白（如SGLT1、GLUT2）或调节相关酶活性等机制发挥作用。本研究结果与一些先前研究一致，但同时也凸显了参与者之间高度的个体反应异质性。

本研究成功地将参与者分为“低反应者”和“高反应者”两个亚组。这种分类具有实际意义：对于“低反应者”，100% OJ的血糖影响极小，与糖分匹配的饮料相似；而对于“高反应者”，100% OJ能显著降低血糖峰值，是更优的选择。果肉基质的调节作用在高反应者群体中最为明显。两个亚组在胰岛素反应、人体测量学及大多数生活方式特征上无显著差异，表明其他因素如遗传、微生物组和代谢组谱可能导致了观察到的个体间差异。

代谢组学分析证实了时间点之间（0分钟对比60分钟）以及饮用100% OJ与0% OJ后血浆代谢组的差异。鉴定出的一些差异代谢物与橙汁中的化合物相关，如阿魏酸、芥子酸、多甲氧基黄酮以及各种萜类化合物的相I和相II（硫酸盐、葡萄糖醛酸苷）衍生物。其中，二氢阿魏酸葡萄糖醛酸苷和紫苏酸-8,9-二醇葡萄糖醛酸苷的水平与100% OJ后的血糖C<sub>maxsub>呈正相关，且在簇1（低反应者）参与者中含量更高。这提示两个反应者群体在代谢和吸收这些化合物的能力上存在差异，这些化合物的代谢转化可能降低了其生物活性，从而与较高的血糖反应相关。

研究的优势与局限性

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本研究的优势包括：随机交叉设计、重复测量；比较了具有相同糖分谱但特征明确的饮料以确定果肉基质效应；以及对参与者进行了详细表征，获得了相当同质的健康年轻男性样本。局限性在于：结果不能推广到其他人群（如女性、老年人、代谢紊乱个体）；这是一项急性餐后研究，无法提供长期摄入橙汁对血糖控制影响的信息；使用了静脉血而非更能即时反映血糖波动的毛细血管血；尽管样本量对于主要研究目的足够，但n=25的数据应视为对个体间变异的探索性研究，需要更大规模、更多样化的人群进行验证。

结论

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本研究假设，鉴于“游离糖”分类同样适用于果汁中的天然糖和饮料中的添加糖，它们对血糖反应应有类似影响。然而，研究结果表明，与单独的糖分相比，100%橙汁能减轻健康、血糖正常的年轻男性的急性餐后血糖反应。这种有益效应似乎可归因于果肉基质成分，尽管需要进一步研究来确定具体是哪些成分。参与者的血糖反应存在高度个体差异，可以根据餐后血糖峰值降低幅度的差异，将其分为“低反应”和“高反应”表型。这项研究强化了膳食碳水化合物反应的复杂性，并强调需要进行更大规模的研究来验证这些反应者代谢表型，阐明其机制，并将研究结果转化为关于果汁摄入的个性化膳食建议。