《Foods》：Biotechnology-Enabled Food Reformulation for Prevention of Metabolic Syndrome: Nutrient and Dietary Pattern Strategies
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代谢综合征（Metabolic Syndrome, MetS）是一组可修饰的心血管代谢危险因素的集合，其中饮食因素发挥着重要作用。本结构化叙述性综述总结了关于生物技术食品重配方（即利用酶、微生物、发酵和生物转化对现有膳食中的食品组成或功能特性进行改造）的证据。
代谢综合征（Metabolic Syndrome, MetS）是一组可修饰的心血管代谢危险因素的集合，其中饮食因素发挥着重要作用。本结构化叙述性综述总结了关于生物技术食品重配方（即利用酶、微生物、发酵和生物转化对现有膳食中的食品组成或功能特性进行改造）的证据。本文回顾了降低游离糖和钠含量、修饰脂质和蛋白质组分以及增加微量营养素含量及其生物利用度的策略。数据分析区分了实验系统（体外、动物、人体干预和观察性研究）和研究人群（健康个体、具有危险因素的个体以及确诊代谢性疾病的患者）。机制研究和动物数据支持多种重配产品对单项心血管代谢标志物效应的生物学合理性。然而，人体干预研究数量有限且多为短期，依赖替代标志物，且通常在已确诊疾病的患者中进行，因此无法得出关于预防效力的结论。消费者接受度、安全性、监管状态和工业规模化基于有限且异质性较大的数据进行讨论，需针对每种技术单独评估。生物技术重配方可被视为改善大众市场食品营养状况的一种有前景的方法，但其对代谢综合征风险的影响尚未确定，应在无诊断代谢性疾病的个体中通过长期随机试验进行评估。
1. 引言
代谢综合征（MetS）是一组与心血管疾病和2型糖尿病等不良健康结局相关的可修饰危险因素的集合，其关键特征包括腹型肥胖、胰岛素抵抗、动脉高血压和血脂异常。全球超重和肥胖流行已达到非传染性疾病疫情规模，MetS患病率因种族、年龄和性别差异从10%到84%不等，平均约31%，并与冠心病、脑血管病和全因死亡率风险增加相关。饮食因素在MetS病因学中起关键作用，过量摄入富含饱和脂肪酸（SFA）和简单碳水化合物的高能量密度食物以及西方膳食模式使肥胖风险增加30%。尽管已有证据表明零售食品环境特征与较差饮食质量和肥胖率上升之间存在纵向关联，但缺乏面向人群健康的针对性食品环境转型策略。在此背景下，生物技术方法为定向修饰食品提供了工具，尤其是通过生物技术重配方改善大众市场食品的营养状况而不损害感官特性，这可能是MetS一级预防的组成部分之一。本综述的创新之处在于比较不同营养目标和MetS组分下的生物技术重配方方法，同时考虑证据水平并区分在实际食品、分离成分和临床前模型中开展的研究。此外，多不饱和脂肪酸（PUFA）、维生素、多酚和益生菌作为潜在目标成分被纳入分析框架，而油凝胶化和包封技术仅被视为辅助性技术手段。
2. 检索与综述方法学
本结构化叙述性综述聚焦于用于预防MetS的生物技术食品重配方方法，基于结构化文献检索和明确的研究筛选程序。综述涵盖四个相互关联的问题：哪些生物技术策略适用于关键营养素的修饰及其作用机制；这些效应在人体研究中得到何种程度的确认；体外、动物和人体研究以及预防性与治疗性干预之间的证据水平差异；以及限制重配产品实际实施的因素。生物技术重配方被定义为利用酶、微生物、发酵和生物转化过程以及作物生物强化来改变食品的组成、结构或功能特性。文献检索在Scopus、Web of Science Core Collection和PubMed中进行，辅以ScienceDirect和Google Scholar，检索更新至2026年5月15日，主要覆盖2000年至检索日的出版物。纳入标准包括涉及生物技术重配方或可用于重配食品基质的生物活性成分的原始实验、临床和观察性研究以及系统综述和荟萃分析。排除标准包括纯理化结构技术（如油凝胶化和微胶囊化）而无生物技术成分的研究、药理学干预、常规加工或感官特性研究以及非同行评议来源。最终纳入259篇文献进行定性综合，优先纳入最高证据水平的研究。
3. 食品重配方的多层次机制：营养感知、肠道微生物群和行为调控
公共健康导向的食品重配方需要全面替换市场上的产品而非扩展产品范围。预测和管理系统性膳食模式转变的后果需要系统层面分析修饰后的营养成分如何与营养感知系统相互作用并调节肠道微生物群组成，从而驱动进食行为和代谢健康的变化。口外甜味受体T1R家族在肠内分泌细胞中被葡萄糖激活后刺激胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和葡萄糖依赖性促胰岛素多肽（GIP）分泌，参与血糖和脂质稳态调节。T1R受体与细胞内能量传感器如雷帕霉素靶蛋白复合物1（mTORC1）、AMP活化蛋白激酶（AMPK）和一般性控制非阻遏性激酶2（GCN2）相连，这些传感器的失调被认为是MetS和2型糖尿病的病理基础。在复杂食品基质中，大量营养物质及其代谢产物在肠道中经微生物进一步生物转化，短链脂肪酸（SCFA）、次级胆汁酸、吲哚和酚类化合物可通过AMPK和mTORC1依赖性机制调节宿主代谢和免疫反应。肠道微生物群还作为内源性必需微量营养素来源，与宿主微量营养素状态存在双向关系。重配方的影响还延伸至摄食行为调控，通过肠脑轴将信号从肠上皮和肠内分泌细胞传递至大脑调节中枢，影响胃排空速率、饱腹感激素分泌和后续能量摄入的可能性。
4. 预防代谢综合征的关键营养素生物技术重配方方法
4.1 降低游离糖含量的酶学策略：游离糖过量摄入是导致胰岛素抵抗、内脏肥胖和血脂异常的关键饮食风险因素。稀有糖如D-阿洛酮糖通过D-阿洛酮糖3-差向异构酶催化果糖等底物的生物转化生产，具有低代谢能量和最小血糖反应。功能性低聚糖如低聚果糖（FOS）和低聚半乳糖（GOS）通过固定化酶或全细胞生物催化剂合成，具有低血糖指数和显著益生元活性。抗性淀粉和抗性糊精通过延迟葡萄糖可利用性和结肠发酵产生SCFA来调节代谢紊乱。这些策略的代谢效力取决于食品基质的结构和功能特性。
4.2 降低食品盐含量的策略：过量盐摄入与血压升高和MetS危险因素聚集相关。生物技术减盐方法包括利用蛋白酶水解蛋白质原料产生的低分子量肽增强咸味感知，以及使用微生物培养物如嗜盐四联球菌和海洋芽孢杆菌发酵积累有机酸和游离氨基酸形成复杂风味。核苷酸如鸟苷5'-单磷酸（GMP）和肌苷5'-单磷酸（IMP）通过变构调节T1R1/T1R3受体增强咸味。最有效的减盐策略通常结合多种方法。
4.3 脂质谱的生物技术优化：脂代谢紊乱在MetS发病机制中起核心作用。酶法酯交换通过脂肪酶催化的甘油三酯骨架脂肪酸重排产生结构化脂质，如中链脂肪酸（MCFA）位于sn-1,3位、长链脂肪酸位于sn-2位的MLM型结构化脂质，具有较低能量值。油凝胶化通过物理固定植物油消除SFA和反式脂肪酸（TFA），包封技术保护PUFA免受氧化降解。
4.4 蛋白质重配方与食欲调节：高蛋白饮食与更大体重减轻和心血管健康改善相关。酶法水解产生生物活性肽，可调节肠道微生物群组成并刺激胆囊收缩素、酪酪肽（PYY）、GIP和GLP-1等肠道激素分泌。微生物发酵处理改善蛋白质消化率和感官特性。一项在197名MetS患者中进行的随机双盲安慰剂对照试验显示，食用富含发酵乳清产品的低脂酸奶12周与空腹血浆甘油三酯浓度显著降低相关。
4.5 提高微量营养素生物利用度和稳定性的策略：发酵通过微生物植酸酶活性降低植酸含量从而提高矿物质生物利用度，并可增加B族维生素和维生素E含量。包封技术保护生物活性化合物在加工和储存过程中不被降解，增强胃肠道稳定性并掩蔽不良感官特性。PATHWAY-27试点研究表明，富含生物活性化合物的食品改善了脂代谢参数。
5. 作为食品重配方潜在成分的生物活性化合物
5.1 益生菌与合生元：益生菌和合生元通过调节肠道微生物群组成、改善肠道屏障功能和调节微生物代谢物谱来影响代谢功能。动物研究支持其对血糖和血脂参数的生物学合理性。在糖尿病前期个体和2型糖尿病患者中进行的补充剂研究表明某些心脏代谢标志物可能获得适度改善，但这些结果不能构成MetS预防的证据。
5.2 膳食纤维与益生元：膳食纤维和益生元通过调节肠道微生物群和促进SCFA产生来影响MetS组分。不同类型纤维的代谢效应因其结构、溶解性和发酵性而异。一项在MetS患者中开展的开放标签随机试验显示，含FOS、菊粉和抗性糊精的益生元混合物与高敏C反应蛋白（hs-CRP）水平显著降低相关。
5.3 多不饱和脂肪酸：ω-3和ω-6 PUFA的代谢效应需区分等热量替换SFA与单独增加特定脂肪酸摄入两种暴露类型。观察性研究表明较高血液ω-6 PUFA水平与较低冠心病风险相关，较高ω-3 PUFA摄入与较低心脏代谢风险相关。ω-6/ω-3比值作为指标存在局限性，应优先考虑单个PUFA的绝对含量。
5.4 维生素与矿物质：“隐性饥饿”——在能量过剩情况下发生的微量营养素亚临床缺乏——与氧化应激、胰岛素抵抗和内皮功能障碍相关。动物实验和临床研究表明维生素C、D、E和B族以及镁、锌和铬等矿物质对MetS组分具有潜在有益效应，但多数研究采用补充剂形式且在已确诊患者中进行。
5.5 多酚与类胡萝卜素：多酚和类胡萝卜素作为天然抗氧化剂可通过微生物合成或酶法生物转化获得。观察性和实验性研究表明类胡萝卜素摄入与改善血糖参数、降低BMI和腰围相关，多酚则被认为有助于降低血压和改善脂质谱，但其临床意义因化合物类型、剂量、食品基质和生物利用度而异。
