抗性马铃薯淀粉Solnul?对健康成人胃肠道效应的重复性随机双盲安慰剂对照临床试验

《Nutrients》：Examining the Gastrointestinal Effects of Solnul?, a Prebiotic Resistant Potato Starch: A Replication Randomized, Double-Blind, Placebo-Controlled Clinical Trial in Healthy Adults

　　

摘要 背景：益生元是被宿主微生物选择性利用以赋予健康益处的底物。先前研究显示，每日摄入3.5 g Solnul?抗性马铃薯淀粉（resistant potato starch, RPS）可选择性增加双歧杆菌（Bifidobacterium）和阿克曼氏菌（Akkermansia），并相对于安慰剂改善粪便形态。本研究旨在独立队列中重复验证上述效应。方法：开展了一项为期4周的随机、双盲、安慰剂对照、平行分组试验，评估3.5 g RPS与安慰剂对双歧杆菌、阿克曼氏菌、粪便形态及排便（bowel movement, BM）频率变化的影响，采用16s rRNA测序、布里斯托粪便形态量表（Bristol Stool Form Scale, BSFS）及个人日记，研究对象为加拿大圭尔夫市18–69岁健康成人。结果：与安慰剂组（n = 35）相比，RPS组（n = 35）双歧杆菌相对丰度增加（p = 0.049，Brunner–Munzel检验），正常粪便（3型或4型）数量更高（p = 0.0077，卡方检验；关键次要终点）。尽管阿克曼氏菌相对于安慰剂未观察到差异（p = 0.49；主要终点），但RPS组研究结束时阿克曼氏菌水平高于导入期水平（p = 0.046，Wilcoxon符号秩检验），而安慰剂组无此差异（p = 0.14）。与导入期相比，RPS组参与者在研究结束时BM频率更高，但该效应与安慰剂组无差异。比较研究结束与导入期，RPS组无BM天数较安慰剂组更少。RPS组未报告胃肠道症状评定量表（GSRS）变化或严重不良事件。结论：本临床试验证实，3.5 g RPS可诱导双歧杆菌增殖效应并正常化粪便形态，与既往研究结果一致。临床试验注册号：NCT06949631。

论文解读

一、研究背景与目的

益生元（prebiotic）是指被宿主微生物选择性利用并能赋予健康益处的底物。根据国际益生菌与益生元科学协会（International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics, ISAPP）的定义，候选益生元须通过临床试验证明其被宿主微生物选择性利用，通常表现为已知可利用该底物的细菌丰度增加，以及参与者健康状况的改善。ISAPP还指出，以额外试验形式提供的确证性证据是提高益生元功效可信度的可选最终步骤。然而，目前益生元研究领域普遍存在一个突出问题：多数研究项目在不同人群、不同剂量、不同时长条件下开展临床试验，真正意义上的可重复性难以建立。例如，针对菊粉的配对临床试验未能重现其对粪便形态或双歧杆菌的改善效应。抗性淀粉（resistant starch, RS）是指平均到达人类大肠的淀粉及淀粉降解产物的总和，不同来源的RS对肠道菌群产生不同影响，因此特定RS的临床获益不能推广至其他来源的RS。抗性马铃薯淀粉（resistant potato starch, RPS）是临床研究最充分的益生元RS成分之一，双歧杆菌相关细菌是RPS的主要降解者，补充RPS通常可增加人体双歧杆菌相对丰度，并具有通便、粪便形态正常化、代谢改善和营养吸收等益生元相关健康益处。然而，尚未有研究在相同剂量、相同时长、相同人群中评估RPS的效应。本研究的主要目的是检验RPS是否比安慰剂更能刺激阿克曼氏菌（Akkermansia）的增加，次要目的包括重复验证先前临床试验中每日摄入3.5 g RPS持续4周所报告的双歧杆菌增殖和粪便正常化效应，同时将排便频率和无排便天数的变化作为探索性指标进行比较。

二、研究方法概述

研究人员开展了一项随机、双盲、安慰剂对照、平行分组的临床试验，于2025年5月14日至2025年10月3日在加拿大安大略省圭尔夫市的Apex Trials进行。研究纳入107名受试者进行筛选，其中74人被随机分配至RPS组或安慰剂组。RPS组每日摄入7 g总淀粉，包含3.5 g Solnul?（MSP Starch Products Inc.，加拿大马尼托巴省Carberry）和3.5 g高支链玉米淀粉（Amioca TF；Ingredion，加拿大安大略省Brampton）。Solnul?是一种2型RS，通过独特的专有加工方法生产，保留了淀粉颗粒结构，稳定RS含量≥60%（AOAC 2002.02），本研究使用的批次含61.4% RS，因此每位参与者每日摄入2.1 g RS。安慰剂组摄入7 g高支链玉米淀粉，该淀粉被证实为完全可消化淀粉且不含RS，即使以50 g/日的高剂量补充也对肠道菌群无影响。研究方案经Sterling IRB批准（IRB注册号：00001790；方案编号：M03-25-01-T0081），并于2025年4月22日在ClinicalTrials.gov注册（NCT06949631）。研究包括筛选访视（随机化前28至14天）、14天导入期、基线访视（第0周，进行随机化）和第4周研究结束访视（第29±3天）。参与者每日记录排便习惯和食物摄入，并在基线访视前72小时内及研究结束访视前72小时内收集粪便样本。粪便样本使用OMNIgene-Gut试剂盒（DNA Genotek，加拿大渥太华）采集，DNA提取使用NucleoMag DNA Microbiome试剂盒（Machery-Nagel，美国宾夕法尼亚州Allentown）配合KingFisher机器人（ThermoFisher，美国马萨诸塞州Waltham）完成。16S rRNA基因V4区域扩增子（引物515F和806R）在MiSeq平台（Illumina，美国加利福尼亚州圣地亚哥）上于Microbiome Insights（加拿大不列颠哥伦比亚省里士满）进行测序。序列经质量过滤后比对至Silva主比对v132，并使用mothur软件包v1.48.0聚类为97%相似度的操作分类单元（operational taxonomic unit, OTU），使用Silva参考数据库（Silva.nr v138_1）进行分类学注释。双歧杆菌和阿克曼氏菌被预先确定（a priori）为预期响应RPS摄入而增加的候选菌属。统计分析方面，细菌分类单元相对丰度变化经对数转换和z-score生成后，使用Shapiro–Wilk检验正态性，使用Levene检验异方差性，组间比较采用Brunner–Munzel检验或Mann–Whitney U检验，组内比较采用Wilcoxon符号秩检验（含Pratt符号秩零程序）并进行Bonferroni校正，粪便形态与处理组间的关联采用卡方检验，GSRS评分、宏量营养素摄入、每日排便次数和无排便天数差异采用Student's t检验（组内比较含Bonferroni校正）。

三、研究结果

1. 1.
   参与者特征与安全性

共有107名参与者接受筛选，74人被纳入并随机分配至RPS或安慰剂组，每日接受相应处理持续4周。RPS组1名参与者在导入期结束时退出且未接受任何试验产品。3名参与者因方案依从性差被排除分析（RPS组1名，安慰剂组2名）。安全性分析采用全分析集（full analysis set, FAS，n = 74），其余分析采用符合方案集（per-protocol, PP，n = 70）。两组治疗期间不良事件（treatment-emergent adverse events, TEAEs）发生率相似，13名参与者共经历18次TEAE，包括胃肠道症状、肌肉骨骼疼痛、普通感冒症状、光敏感和头晕、压力及晕厥前兆。2次TEAE被主要研究者评估为可能与研究产品相关，均为安慰剂组参与者的腹胀报告。所有TEAE均已解决，研究期间无严重不良事件或死亡。

1. 2.
   胃肠道症状评定量表（GSRS）

参与者完成了基于基线访视和研究结束访视前7天的GSRS问卷。探索性分析显示，RPS组与安慰剂组在各分类和总GSRS评分变化上无差异。安慰剂组便秘评分有降低趋势（t检验；p = 0.054），但RPS对GSRS评分无影响。总体而言，RPS补充被证实具有良好的耐受性。

1. 3.
   布里斯托粪便形态量表（BSFS）报告

与先前临床试验相反，本次研究的次要终点分析显示，两组在最后七次排便中1型或2型粪便（卡方检验；p = 0.9）或7型粪便（p = 1.0）的丰度无差异。鉴于不良粪便比例的减少应同时增加正常粪便数量，研究人员比较了RPS组与安慰剂组在最后七次排便中正常粪便（3型或4型）的数量。结果显示，RPS组正常粪便数量高于安慰剂组（p = 0.0077）。换一种方式考量，RPS组中在最后七次记录排便中经历多数（>50%）正常3型或4型排便的参与者比例高于安慰剂组（卡方检验；p = 0.013）。FAS人群的结果与PP人群一致。对先前临床试验数据的探索性重分析显示，3.5 g RPS/日组正常粪便数量高于安慰剂组（p = 0.012）。

1. 4.
   排便频率

安慰剂组导入期缺失5个记录日、研究结束期缺失16个记录日，RPS组导入期缺失5个记录日、研究结束期缺失2个记录日。鉴于有排便才会促使参与者参照BSFS评分，无排便则无此提示，研究人员假设缺失记录日是由于当天无排便。探索性分析显示，安慰剂组试验最后14天与14天导入期相比，平均排便次数无差异（t检验，p = 0.88）。RPS组在最后14天较导入期平均多约3次排便（Wilcoxon符号秩检验，p < 0.0001），但与安慰剂组相比无差异（t检验，p = 0.18）。进一步探索性分析显示，RPS组同期无排便天数平均减少近一整天（Wilcoxon符号秩检验，p = 0.0008），显著小于安慰剂组的变化（t检验，p = 0.019）。安慰剂组导入期与最后14天无排便天数无变化（t检验，p = 0.66）。使用基于参与者特异性数据的插补值进行重分析后得出类似结论。

1. 5.
   双歧杆菌和阿克曼氏菌的变化

基于先前研究结果，本研究预先确定评估RPS补充对最丰富的阿克曼氏菌和双歧杆菌相关OTU及更高分类水平的影响。双歧杆菌、阿克曼氏菌及相关分类单元的相对丰度经对数转换并生成绝对z-score。仅1份粪便样本在双歧杆菌方面超过±2标准差阈值，该参与者数据被排除分析；阿克曼氏菌无样本超过±2标准差。各分类水平的相对丰度变化经Shapiro–Wilk检验均不符合正态分布，且倾向于显示异方差性，因此组间相对丰度变化采用Brunner–Munzel检验比较。

主要研究目的是检验RPS是否比安慰剂更能刺激阿克曼氏菌的增加。PP人群分析显示，RPS诱导的阿克曼氏菌变化与安慰剂无差异（Brunner–Munzel检验；p = 0.49）。然而，RPS组内进一步探索性检验显示，阿克曼氏菌科（Akkermansiaceae）（p = 0.046）、阿克曼氏菌属（p = 0.046）和嗜黏蛋白阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）相关OTU020（p = 0.0001）的相对丰度较基线增加，而安慰剂组未观察到该效应（Wilcoxon符号秩检验；p > 0.05）。基于FAS人群的额外分析显示阿克曼氏菌组间变化无显著差异（p = 0.37）。

次要研究目的是比较RPS与安慰剂组双歧杆菌相对丰度的研究结束变化。PP人群分析显示，RPS诱导的双歧杆菌变化显著大于安慰剂（p < 0.0001）。进一步探索性分析显示，双歧杆菌科（Bifidobacteriaceae）相对丰度在RPS组也高于安慰剂组（p < 0.0001）。此外，放线菌门（Actinomycetota）（p = 0.044）、双歧杆菌科（p < 0.0001）、双歧杆菌属（p < 0.0001）和双歧杆菌相关OTU016（p = 0.0001）的相对丰度在RPS组较基线富集，而安慰剂组无此效应（p > 0.10）。基于FAS人群的额外分析显示双歧杆菌组间变化无显著差异（p = 0.10），但RPS组内双歧杆菌较基线存在差异（p = 0.0004）。

1. 6.
   先前研究双歧杆菌和阿克曼氏菌变化的重分析

研究人员对先前临床试验的细菌丰度变化数据采用相同流程进行探索性重分析。双歧杆菌和阿克曼氏菌相对丰度经对数转换和z-score生成后，无样本超过±2标准差。相对丰度变化经Shapiro–Wilk检验不符合正态分布，经Levene检验无显著异方差性。双歧杆菌在11份样本中缺失，阿克曼氏菌在2份样本中缺失，缺失样本数在本研究中显著更多（双歧杆菌卡方检验p = 0.0058，阿克曼氏菌p < 0.0001）。两组数据均无零变化值，这与本研究显著不同（双歧杆菌p = 0.0025，阿克曼氏菌p = 0.0062）。由于缺乏异方差性和零变化值产生的结，组间细菌相对丰度变化采用Mann–Whitney U检验比较。3.5 g RPS/日组双歧杆菌中位变化倾向于大于安慰剂组（Mann–Whitney U检验，p = 0.10），3.5 g RPS组内双歧杆菌增加（Wilcoxon符号秩检验，p = 0.019），安慰剂组内无增加（p = 0.44）。3.5 g RPS/日组第4周阿克曼氏菌中位变化大于安慰剂组（p = 0.010），3.5 g RPS/日组内阿克曼氏菌水平增加（p = 0.034），安慰剂组内无增加（p = 0.30）。

四、讨论与结论

本研究表明，每日补充3.5 g RPS持续4周可增加双歧杆菌水平并正常化粪便形态，与先前研究结果一致。预先设定的主要终点——确认RPS补充导致阿克曼氏菌较安慰剂更大程度增加——未达到组间统计学显著性。然而，RPS组研究结束时阿克曼氏菌水平高于导入期水平，安慰剂组无此差异。FAS分析显示两组双歧杆菌或阿克曼氏菌变化均无显著差异，部分原因是RPS组1名参与者依从性差以及安慰剂组依从性差的参与者中两个菌属均出现不明原因增加。便秘相关和腹泻相关排便的丰度在两组间无差异，但RPS补充增加了正常粪便数量。排便频率在组间无差异，但RPS组补充4周后较导入期排便次数更多，且无排便天数较安慰剂组更少。将相同统计方法应用于先前临床试验的3.5 g和安慰剂组微生物群及粪便形态数据，得出与本研究类似的结论，支持每日3.5 g RPS剂量下双歧杆菌增殖效应和粪便正常化的可重复性。

双歧杆菌已知可利用RS，该菌属水平随RPS补充而增加。相反，阿克曼氏菌不是RS的主要降解者，主要利用宿主黏蛋白。本研究主要终点未达到统计学显著性，可能原因包括样本量计算可能高估了RPS对阿克曼氏菌的预期效应，以及本研究入组参与者数量不足以检测该效应。此外，本研究使用了与先前研究不同的微生物组提取技术和测序方法，可能导致了与先前研究相比双歧杆菌增殖效应减弱以及阿克曼氏菌组间响应缺乏。未来研究应致力于理解基线微生物群组成和其他生理因素如何影响RPS补充对双歧杆菌和阿克曼氏菌的阳性响应。

本研究的优势包括与先前研究一致的试验设计，包括相同的RPS和安慰剂剂量、双盲方法、随机化和分配策略、目标研究时长以及来自同一地理区域的健康人群选择。针对有益菌的靶向分析和BSFS的使用也是优势，因为这些是膳食补充剂和食品监管机构重视的验证性测量指标。局限性包括宏量营养素摄入虽未受影响，但食物中RS水平受烹饪方法和储存条件强烈影响，难以准确确定膳食纤维的营养摄入量。

结论：每日补充3.5 g RPS持续4周在两项独立临床研究中一致地导致健康人群双歧杆菌增加和粪便形态正常化。本研究还观察到排便频率增加和无排便天数减少，且不影响GSRS评分。总体而言，这些结果证实了RPS补充的益生元益处和耐受性。