01、魔芋糖苷聚糖对糖尿病的益处

    II型糖尿病(T2DM)患者通常使用降糖药物、锻炼和控制进食量的方式来维持血糖，然而长期使用这类药物存在一定的副作用如腹胀、腹泻等等。随着对膳食纤维益处的全面深入的研究，药食同源的产品融入了人们的生活。魔芋作为诸多膳食纤维中纤维含量最高的食物成为了研究热点，其提取物魔芋葡甘聚糖（KGM）对糖尿病的健康益处也逐渐崭露头角。

    2023年1月，温州大学生命科学研究院&温州市生物医药协同创新中心科研团队在Foods（中科院2区，IF=5.561）在线发表题为“Konjac glucomannan: an emerging specialty medical food to aid in the treatment of type 2 diabetes mellitus”的综述论文，该文综述了现阶段Konjac glucomannan（KGM）工业化生产的手段（包括干法和湿法），阐述了KGM的结构和理化性质，讨论了其对II型糖尿病各种生理生化指标的益处，并解释了相关机制和途径，以期揭示其在特殊医疗食品（FSMP）中的巨大潜力。

02、魔芋葡甘聚糖（KGM）的特点

      魔芋是天南星科多年生草本植物，多达170个品种，主要分布在东南亚和非洲，是非常受欢迎的食品。魔芋葡甘聚糖（KGM）是魔芋块茎中的一种高分子多糖。早在2020年KGM被纳入美国FDA膳食纤维营养标签，成为继混合植物细胞壁纤维、阿拉伯木聚糖、海藻酸钠、菊粉和菊粉型果糖、高直链淀粉RS2、半乳寡糖、聚葡萄糖、抗性麦芽糊精/糊精、抗性淀粉RS4之后的第十种新增合规纤维。

      与其他膳食纤维相比，魔芋的膳食纤维含量高达74.4g/100g，是常见食物中膳食纤维含量的第一名，而且它本身低脂、低升糖指数。而纯化后的KGM成分单一，对人体更安全。其结构图如下：

      KGM具有凝胶性、可食性等多种特点，因而被广泛应用于食品、生物、医药等领域。许多以KGM为主要成分的魔芋食品，包括魔芋粉、魔芋结、魔芋饼、魔芋豆腐、魔芋果冻等。不仅满足了人们的心理和味觉需求，还保持了魔芋减肥饱腹、增强结肠有益生物的生长和活力、降糖等功效。另外，研究表明KGM可作为脂肪替代品被添加到肉类食品中，如低脂腊肠。既又不影响其口感和风味，又能达到控制食品中脂肪含量的目的。同时，KGM还可作为低GI食品（如水果和蔬菜）的保鲜剂，使糖尿病患者有更好的视觉和味觉体验。

03、食用KGM对二型糖尿病的益处

      食用KGM对二型糖尿病的健康益处主要包括一下几点（见图2）：

Figure 2. The benefits of the intake of KGM to the human body.

1. 调节血脂，长期服用小剂量KGM可改善低密度脂蛋白和胆固醇含量，降低血脂水平。不仅如此，与药物联用时，KGM还能降低奥利司他（欧盟批准用于治疗肥胖的药物）的副作用；

2. 维持糖稳态，首先，KGM在进入肠胃后就可以干扰身体对葡萄糖的吸收，如延长肠胃道内食物的滞留时间，从而减缓血糖的上升。其次，研究表明KGM可通过诱导胰腺β细胞修复相关激活蛋白的表达和受体酪氨酸激酶途径促进胰腺β细胞再生，从而改善胰岛素抵抗和血糖水平。另外，肝脏和肾脏对糖原的合成和代谢密切相关，KGM维持糖稳态的途径也得益于对二者的保护作用。最后， KGM治疗可以提高参与糖代谢的酶活性以减轻胰岛的压力，从而改善胰岛素抵抗；

3. 改善炎症与氧化应激，一些炎症标志物与胰岛素抵抗息息相关，检测和调节炎症及氧化应激的变化可以预防糖尿病的进展。研究发现，KGM可增加芳香氨基酸(AAA)代谢相关肠道细菌(乳酸菌、瘤胃球菌-1和双歧杆菌)和AAA代谢产物(犬尿酸、去氨酪氨酸、3-羟基-3-(3-羟基苯基)丙酸- o -硫酸酯和马尿酸)，这也可能有助于减轻全身炎症，从而减轻氧化应激症状和二型糖尿病。

4. 对肠道微生物的影响，肠道菌群可调节哺乳动物靶雷帕霉素(Mammalian target rapamycin, mTORC)信号通路，从而抑制酪氨酸磷酸化，降低蛋白质水平，下调胰岛素信号转导，发挥肠道微生物对糖尿病的作用。研究发现，KGM可以调节肠道一些菌群的丰度（如Clostridium spp., Bacteroides spp., Prevotella spp., Klebsiella spp., E. coli, Streptococcus spp., and S. aureus），并通过mTORC信号通路来调控胰岛素抵抗。

主要机制见下图：

Figure 3. The related Mechanism of maintaining Sugar homeostasis by KGM. (a) KGM reduces insulin resistance through the BCAA pathway. (b) KGM increased hexokinase activity and glycolysis. (c) KGM regulates the activity of fructose-1 and glucose-6-bisphosphatase and reduces gluconeogenesis. (d) KGM inhibits the signal pathway of related inflammatory factors and reduces the immune inflammatory response associated with diabetes. (e) KGM upregulates the expression of IRS1 and PI3K to improve the insulin signaling pathway.

04、（KGM）的问题及应用

      KGM有着丰富的生物医学功能，但在全面推向市场前仍有许多问题需要解决（见图4）。如进食KGM存在极低概率的窒息风险，剂量过高时还会产生轻微的副作用如打嗝、腹胀、腹泻等。另外，由于天然KGM在水中的溶解度随分子量的增加而降低，作为食品添加剂存在溶解度低、膨胀性高等缺点。以及在利用干法提取KGM时，定色阶段使用的SO2可能会有少量残留。

Figure 4. Some solutions to KGM’s problems. (a) The establishment of a unified regulatory system can better regulate the average daily intake of KGM and reduce the side effects. (b) KGM that has undergone physical modification can lessen the asphyxia risk. (c) Chemically altered KGM derivatives can improve the body’s immunological indicators.

      随着工业生产化和食用KGM带来的问题被陆续攻克，KGM将更为广泛的应用于食品和医药行业。在未来KGM也许可以取代药物中传统的糖分，为肥胖、高血糖、高血压、代谢综合征患者带来福音。将这种膳食纤维融入常规医疗实践中，可以减少所需的药物剂量，从而提高整体经济效益和治疗效果。另外，产品剂型的不断创新、疾病覆盖的不断细化、营养干预的逐步精准化、临床治疗理念的加速探索，将为基于KGM的FSMP开辟产业发展路径。

      该项工作得到了温州市科协瓯肽医学检验实验室有限公司博士创新站、浙江鲲泷科技有限公司博士创新站、国家自然科学基金（51901160）的支持。温州大学生命科学研究院研究生方依梦，马嘉辉为该论文的共同第一作者，温州大学生命科学研究院孙达副研究员为该论文的通讯作者。温州大学生命科学研究院的金立波老师、嵇豪老师，温州医科大学药学院晏小清老师，重庆大学生物工程学院吴伟老师等人给予了指导和支持。