水果和蔬菜细胞壁物质在胃肠道液体中与膳食胆固醇结合，降低了胆固醇的生物可利用性：传质机制及其代谢益处

《Food Bioscience》：Binding of fruit and vegetable cell wall materials to dietary cholesterol in the gastrointestinal fluid reduces cholesterol bioaccessibility: mass transfer mechanism and metabolic benefits

水果蔬菜细胞壁材料（CWMs）通过机械结合吸附膳食胆固醇，显著降低高胆固醇饮食小鼠血清和肝胆固醇水平，改善胆固醇代谢并促进粪便排泄而不影响肠道健康。

　　

孙彦明|Sivakumar Manickam|Erico Marlon Moraes Flores|施雅宁|吴月|韩永斌|陶阳

中国江苏省南京市南京农业大学食品科学与技术学院，邮编210095

摘要

本研究阐明了水果和蔬菜（F&V）来源的细胞壁材料（CWMs）与胃肠道环境中膳食胆固醇之间的相互作用机制，并评估了它们对高胆固醇饮食小鼠胆固醇代谢的影响。从苹果和西兰花中提取的CWMs在模拟胃液中表现出显著的膳食胆固醇吸附能力，且结合的胆固醇在随后的肠道消化过程中保持稳定。仪器表征和脱附分析表明，胆固醇结合主要是通过机械作用力而非非共价力实现的。进一步的数值模拟表明，CWMs的比表面积（决定了可结合位点的数量）是控制胆固醇结合效率的主要因素。体内补充苹果CWMs显著降低了胆固醇的生物可利用性，从而降低了血清和肝脏中的胆固醇水平，并减轻了肝脏脂质积累，使这些参数恢复到与正常对照组相当的水平。CWMs的结合还增强了膳食胆固醇的粪便排泄，而不会损害肠道健康。这些发现为CWM-胆固醇相互作用提供了体外和体内系统的机制见解，并突显了膳食CWMs作为天然胆固醇稳态调节剂的潜力。

引言

胆固醇既来源于饮食，也来源于内源性生物合成，是人类和哺乳动物生理学中必不可少的脂质。通常，膳食胆固醇主要来自蛋黄和肉类，约占总胆固醇的30%，而剩余的70%来自内源性合成（Kapourchali等人，2016年）。在肠道消化过程中，膳食胆固醇与胆汁酸结合形成混合胶束，这有助于其在小肠中被肠细胞吸收（Hu等人，2024年）。一旦被吸收，膳食胆固醇进入全身循环并参与整体胆固醇代谢。然而，长期摄入高胆固醇饮食并不会显著降低内源性胆固醇的合成，从而破坏代谢平衡，使个体容易发生胆固醇过载。长期暴露于此类饮食会显著增加心血管和肝脏疾病的风险（He等人，2024b；Hu等人，2024年）。根据美国心脏协会的最新报告，心血管疾病是全球超过1900万例死亡的原因（Martin等人，2025年）。因此，调节膳食胆固醇的消化和吸收以维持与内源性胆固醇合成的平衡对于预防代谢紊乱和保护人类健康至关重要。

天然多糖，包括膳食纤维、果胶、β-环糊精和壳聚糖，已被广泛报道能够在体外结合膳食胆固醇。例如，Zhang等人（2023年）证明， Tremella膳食纤维（尤其是具有海绵结构和高粘度的可溶性膳食纤维）在pH 7.0时的胆固醇结合能力比在pH 2.0时更强。同样，Chen等人（2024年）通过aldol缩合与β-环糊精的化学修饰提高了果胶的胆固醇吸附能力。一些研究表明，非共价相互作用（如离子相互作用、氢键和范德华力）是多糖-胆固醇结合的主要机制，结合强度主要由多糖结构决定（Dai等人，2022年；Wang等人，2025年）。在体内研究中，通过灌胃给药进一步表明，多糖可以降低高脂饮食小鼠的血清胆固醇水平，可能通过增强饱腹感、加速肠道转运和改善肠道微生物群失调等机制实现（Ni等人，2023年；Raza等人，2019年；Zheng等人，2024年）。据我们所知，尽管这种相互作用在调节胆固醇代谢中很可能起关键作用，但直接证明多糖-胆固醇结合与体内胆固醇代谢之间联系的证据仍然缺乏。

水果和蔬菜（F&V）是人类饮食的重要组成部分，其细胞壁材料（CWMs）构成了主要的不溶性成分。CWMs主要由多糖组成，包括果胶、纤维素和半纤维素（Siemińska-Kuczer等人，2022年）。鉴于多糖具有吸附胆固醇的固有能力，可以合理假设F&V的CWMs可能在胃肠道消化过程中结合膳食胆固醇，从而影响体内的胆固醇代谢。事实上，Tufail等人报告称，补充F&V的CWMs可以调节高胆固醇饮食小鼠的血清胆固醇水平（Tufail等人，2024年）。然而，胃肠道环境中CWM-胆固醇相互作用的机制及其对全身胆固醇代谢的直接影响仍不甚清楚。为了减轻高胆固醇饮食相关的健康风险，研究F&V CWM-胆固醇相互作用在体内对胆固醇代谢的影响的机制至关重要。

在本研究中，系统地筛选和表征了能够在胃肠道液中结合膳食胆固醇的F&V CWMs。通过仪器分析和数学模拟阐明了结合机制，以确定CWMs在消化过程中如何与膳食胆固醇相互作用。为了进一步评估这些相互作用的生理相关性，将CWMs加入高胆固醇饮食小鼠的饮食中。随后进行了全面评估，包括组织学分析、血清、肝脏和粪便胆固醇水平的量化，以及肠道微生物群组成和代谢物的评估。这些研究推进了对CWM-胆固醇相互作用及其健康影响的基本理解，同时也为胆固醇管理的精准营养策略提供了新的见解。

材料

从中国南京的当地超市购买了八种新鲜且完全成熟的水果和蔬菜，包括苹果、蓝莓、菠菜、大根、卷心菜、竹笋、西兰花和芹菜。新鲜鸡蛋来自Freshippo超市（南京）。

制备F&V CWMs

根据Renard等人（1995年）和Ma等人（2024年）的方法，对选定的F&V样本提取了CWMs，并进行了轻微修改。简要来说，将称量的样本与去离子水按一定比例混合

在胃液中筛选F&V CWMs的胆固醇结合能力

在模拟胃条件下评估了来自八种F&V的CWMs的胆固醇结合能力（见补充图1）。苹果和蓝莓CWMs显示出最高的结合能力，其次是西兰花CWMs。基于这些发现，选择苹果（作为代表性水果）和西兰花（作为代表性蔬菜）的CWMs进行更深入的结构和机制研究，分别代表高容量和中等容量的结合剂。

选定CWMs的结构和物理化学表征

对于

结论

本研究表明，苹果和西兰花的细胞壁材料（CWMs）可以在胃液中有效吸附膳食胆固醇，其中机械结合是主要机制，而非通常假设的非共价相互作用。在这种结合模式下，水果和蔬菜（F&V）CWMs的比表面积在决定胆固醇吸附能力方面起着决定性作用。重要的是，这种机械介导的关联在肠道过程中持续存在

CRediT作者贡献声明

施雅宁：撰写 – 审稿与编辑，项目管理，方法学。吴月：撰写 – 审稿与编辑，监督。韩永斌：撰写 – 审稿与编辑，监督，资源提供。陶阳：撰写 – 审稿与编辑，验证，监督，软件使用，资源提供，项目管理，方法学，概念构思。孙彦明：撰写 – 初始草稿，可视化，验证，软件使用，方法学，研究设计，数据分析。Sivakumar Manickam：撰写 –

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（项目编号：2024YFD2101103，所属项目：2024YFD2101100）、江苏省自然科学基金杰出青年学者项目（项目编号：BK20231533）、中国镇江科技计划国际合作项目（项目编号：GJ2004008）以及江苏省高等教育机构优先学术发展计划（PAPD）的支持。

术语表

AAD行标题

绝对平均偏差（%）

b

朗缪尔常数（L/mg）

C_c,G

膳食胆固醇浓度（在胃消化过程中滞留在F&V CWMs孔隙中的液体中，mg/L）

C_D

脱附过程中 bulk 液体中的膳食胆固醇浓度（公式3）（mg/L）

C_D,0

脱附过程中 bulk 液体中的初始膳食胆固醇浓度（公式3）（mg/L）

C_G

胃消化过程中 bulk 液体中的膳食胆固醇浓度（mg/L）

C_G,0

初始膳食胆固醇浓度