综述：发酵根茎类功能食品及其后生元相关的多靶点抗肥胖机制：一项系统综述

《Current Research in Biotechnology》：Fermented rhizome functional foods and postbiotic-associated multi-target anti-obesity mechanisms: A systematic review

　　

发酵根茎类功能食品及其后生元相关的多靶点抗肥胖机制：一项系统综述 肥胖是二十一世纪最紧迫的公共卫生挑战之一，影响全球超过十亿人，并在所有年龄段持续以惊人速度增长。世界卫生组织将肥胖定义为一种慢性、多因素疾病，以过量脂肪组织蓄积损害健康为特征，并与包括2型糖尿病、心血管疾病、非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）及多种恶性肿瘤在内的广泛非传染性疾病密切相关。预计到2035年，肥胖及其合并症造成的全球经济负担每年将达数万亿美元，凸显了对有效预防和治疗干预措施的迫切需求。 肥胖的病理生理机制复杂，涉及能量稳态失调、慢性低度炎症、脂肪因子失衡以及肠道菌群组成和功能的深刻改变。近年来，肠道微生物组已成为代谢健康的核心介导因素，证据表明微生物来源的代谢产物，包括短链脂肪酸（SCFAs）、胆汁酸衍生物和生物活性肽，在调节脂肪生成、脂质代谢和全身炎症中发挥关键作用。 肥胖管理大致可分为生活方式干预、药物治疗和外科手术三大类。生活方式干预仍是肥胖治疗的基石，但长期依从性差且体重反弹常见。已获批的药物治疗，包括胰高血糖素样肽-1（GLP-1）受体激动剂、脂肪酶抑制剂如奥利司他，以及纳曲酮-安非他酮联合疗法，虽能带来中等至显著的体重减轻，但伴随胃肠道不适、心血管风险及高昂治疗费用等不良反应，限制了其广泛应用。减重手术虽能有效实现持续减重，但具有侵入性、存在围手术期风险，且仅少数肥胖人群可及。因此，对更安全、更易获得且更具成本效益的治疗替代方案仍存在迫切需求。 天然食物来源的生物活性物质作为肥胖管理的补充或替代策略已引起相当大的科学关注。根茎类植物——包括姜黄（Curcuma longa）、生姜（Zingiber officinale）和山柰（Kaempferia galanga）等植物的地下茎——富含多酚、黄酮类、精油及其他植物化学物质。值得注意的是，发酵代表了一种强大的生物加工策略，可进一步增强这些根茎来源化合物的生物利用度和功能活性，因为微生物酶促转化可将吸收不良的母体植物化学物质转化为具有更优药代动力学特征和更强生物效力的结构修饰代谢产物。发酵过程还产生称为后生元的产物。 后生元被定义为赋予宿主健康益处的无生命微生物制剂及其组分，已成为功能性食品生物活性物质中一种新颖且机制上独特的类别。与益生菌不同，后生元不需要活微生物，因此在稳定性、安全性和标准化方面具有优势。根茎发酵过程中产生的关键后生元组分包括短链脂肪酸（SCFAs）、细菌素、胞外多糖、生物活性肽和生物转化多酚代谢产物。越来越多的证据表明，这些后生元实体通过调节脂肪生成、食欲调节激素、AMP活化蛋白激酶（AMPK）信号通路、过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）活性以及肠道菌群重塑，发挥多效性抗肥胖作用。 为确保这些机制的科学清晰性，本综述全程区分了发酵根茎产品整体（可能仍含有残留微生物、未修饰底物成分和发酵副产物的复杂基质）与严格意义上的后生元（依据国际益生菌和益生元科学协会（ISAPP）共识定义）。当纳入研究给予完整发酵提取物或粉末而未确认微生物灭活或分级时，研究人员将其称为“发酵根茎产品”而非后生元制剂。“后生元”一词严格保留用于发酵过程中产生的特定生物活性代谢产物（SCFAs、细菌素、胞外多糖、生物转化多酚类），这些代谢产物被假设介导观察到的效应。这种区分连同每项研究的产品分类在方法部分进一步详述，并在结果和讨论部分一致应用。 与其他常见发酵食品基质相比，根茎呈现独特的底物特征：富含淀粉和纤维的结构基质中嵌入高浓度的亲脂性、生物利用度差的次生代谢产物，如姜黄素类、姜辣素和人参皂苷。该基质的微生物发酵可裂解糖苷键和酯键、去结合多酚，并产生天然根茎中不存在的结构新颖代谢产物，如在少孢根霉（Rhizopus oligosporus）发酵郁金（Curcuma aromatica）过程中观察到的左旋肉碱从头合成。这与主要针对乳糖和酪蛋白以产生肽和有机酸的乳制品基质发酵，或主要修饰淀粉、纤维和单糖且高价值酚类或萜烯前体池相对较窄的谷物和水果基质发酵形成对比。因此，根茎可能代表一个特别高产但尚未充分开发的后生元生成底物。 尽管证据不断增长，尚无系统综述评估专门来源于发酵根茎类功能食品的后生元的抗肥胖机制。虽然Park等人（2023）和S. Li等人（2025a）的近期综述广泛涉及不同来源的后生元与肥胖，但未分离特定底物类别，也未系统比较发酵与未发酵制剂。相比之下，本系统综述专门聚焦发酵根茎，利用针对性检索策略将证据综合为明确的六轴机制框架。关键的是，研究人员提取并分析了六项发酵与未发酵的头对头比较，这是该底物类别的新颖分析。本综述旨在批判性评估文献、表征发酵过程中产生的后生元化合物，并阐明其分子和生理抗肥胖机制，为未来转化研究和根茎类功能食品开发奠定严谨基础。

1. 1.
   引言

肥胖被定义为慢性多因素疾病，其病理生理涉及能量稳态失调、慢性低度炎症、脂肪因子失衡及肠道菌群深刻改变。现有治疗策略包括生活方式干预、药物治疗和外科手术，但均存在依从性差、不良反应或可及性有限等局限。天然食物来源生物活性物质作为补充或替代策略受到关注。根茎类植物富含多酚、黄酮等植物化学物质，发酵可增强其生物利用度并产生后生元。后生元定义为赋予宿主健康益处的无生命微生物制剂及其组分，包括短链脂肪酸（SCFAs）、细菌素、胞外多糖、生物活性肽及生物转化多酚代谢产物。与乳制品、谷物等基质相比，根茎的淀粉和纤维结构基质中嵌入高浓度亲脂性次生代谢产物，微生物发酵可裂解糖苷键和酯键、去结合多酚，并产生天然根茎中不存在的结构新颖代谢产物，如少孢根霉（Rhizopus oligosporus）发酵郁金（Curcuma aromatica）过程中左旋肉碱的从头合成。本综述专门聚焦发酵根茎，利用针对性检索策略将证据综合为六轴机制框架，并提取分析六项发酵与未发酵的头对头比较。

1. 2.
   材料与方法

本系统综述遵循PRISMA指南进行，方案已在PROSPERO前瞻性注册（注册号：CRD420261395112）。预设PICO框架为：人群为肥胖的临床前体内/体外或临床模型；干预为发酵根茎来源功能食品或后生元；对照为未发酵根茎制剂、安慰剂或基线；主要结局为体重/肥胖度和血脂参数，次要结局为肠道菌群组成、后生元/SCFA代谢产物谱、糖代谢、炎症标志物及提出的机制通路。与注册方案有两处偏差：未进行预设的定量荟萃分析；注册后新增ToxRTool框架用于体外研究质量评估。

2.1. 检索策略

两名研究人员独立对PubMed、Scopus、Web of Science（WOS）和Embase四大数据库从建库至2026年4月的记录进行系统检索。检索词结合受控词汇（PubMed的MeSH词表；Embase的Emtree词表）和自由文本关键词，涵盖“obesity”、“metabolic”、“adiposity”、“curcuma”、“zingiber”、“rhizome”、“alpinia”、“ginger”、“fermentation”、“probiotics”、“microbial”、“bacteria”、“gut microbiota”、“postbiotic”等术语，通过布尔逻辑（AND/OR）和字段标签系统连接。数据库过滤器严格限定为同行评审全文期刊文章，排除会议摘要、灰色文献、社论和书籍章节。

2.2. 研究纳入与排除

纳入标准包括：研究发酵根茎来源功能食品（包括发酵姜、姜黄、高良姜或其他经乳酸菌、酵母或康普茶等微生物发酵的根茎物种）作为主要干预；报告至少一项相关结局（肠道菌群组成或多样性、后生元代谢产物或肥胖相关代谢参数）；采用合适设计（人体临床试验、观察性研究、对照动物实验或机制相关体外模型）；包含合适对照（安慰剂、未发酵根茎对照、基线或剂量反应评估）。排除标准包括：仅涉及非根茎植物部位（如果实、叶、种子）的发酵食品；病例报告、病例系列、综述、会议摘要、评论、社论等非原始研究；缺乏发酵方案或结局测量方法学细节的研究。最终10项研究纳入定性综合。

2.3. 结局测量

从每项纳入研究提取数据，包括发酵产品详情、研究模型、人群特征、治疗方案信息、生物学结局、肠道菌群效应、后生元代谢产物变化、肥胖相关代谢结局、机制通路、主要发现及效应量。

2.4. 数据提取与质量评估

由于纳入研究很少明确确认所给发酵产品中活微生物的灭活，每项干预额外分类为：完整发酵提取物/粉末（微生物活力未确定）、明确确认无活生物体的制剂（真正后生元）、或分离的生物转化代谢产物。两名作者独立进行数据提取，涵盖首作者及发表年份、根茎物种、发酵生物体、产品形式、动物模型或实验系统、治疗持续时间、干预后增加或减少的细菌、拟杆菌门与厚壁菌门比值及α多样性变化、微生物群分析方法、代谢结局（体重和肥胖度、血脂谱、糖代谢标志物）、肝脏及炎症标志物、脂肪因子和产热相关参数及作者报告的机制通路。体内研究采用SYRCLE偏倚风险工具评估，涵盖六个偏倚域共十个条目；体外研究采用ToxRTool评估，分为四个可靠性类别。

1. 3.
   结果

3.1. 研究选择

初步检索获得1307项研究，去除312项重复后，995项经摘要筛选排除967项，最终10项研究满足纳入标准。

3.2. 研究特征与实验模型

10项纳入研究包括4项纯体内研究、2项纯体外研究及4项体内体外结合研究。根茎物种以姜黄（Curcuma longa）最常见（5项），其次为白术（Rhizoma Atractylodis Macrocephalae）相关制剂（2项）、三七（Panax notoginseng）（1项）和滇黄精（Polygonatum kingianum）（1项）。发酵生物体以乳酸菌（LAB）为主，特别是植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum），丝状真菌包括米曲霉（Aspergillus oryzae）、冠突散囊菌（Eurotium cristatum）和少孢根霉（Rhizopus oligosporus）。治疗持续时间从体外24-48小时到体内16周不等。6项研究包含发酵与未发酵产品的直接比较。

3.3. 纳入研究质量评估

8项体内研究经SYRCLE工具评估，序列生成、随机饲养和随机结局评估在所有研究中均评为不清楚；基线特征普遍报告良好，7项研究评为低风险。Kim等人（2016）总体偏倚风险最高。2项体外研究经ToxRTool评估均达到最高可靠性类别“无限制可靠”。

3.4. 发酵后生物活性化合物变化

发酵一致改变根茎底物的植物化学谱，但变化方向因化合物和生物体而异。植物乳杆菌发酵姜黄降低姜黄素类含量；米曲霉发酵使姜黄素从2.5降至2.2 mg/g；冠突散囊菌发酵增加总姜黄素类并增强水溶性；少孢根霉发酵郁金升高总酚和总黄酮姜黄素类含量并从头合成左旋肉碱（高达242 μg/g）；植物乳杆菌发酵三七改变人参皂苷谱，Rg3S降低28%同时乳酸水平升高；混合细菌发酵滇黄精多糖将菊粉型果聚糖转化为淀粉型葡聚糖，分子量从3469 Da降至2883 Da。

3.5. 对肠道菌群组成的影响

5项研究表征了微生物群相关结局，其中4项评估宿主干预后肠道菌群组成，1项表征发酵过程中的微生物变化。3项研究观察到阿克曼菌属（Akkermansia）富集，涉及白术、姜黄和三七等不同根茎物种，提示广泛保守的益生元效应。所有评估拟杆菌门/厚壁菌门比值的3项研究均显示该比值改善。报告α多样性的3项研究均显示其恢复至正常饮食对照水平。

3.6. 后生元代谢产物与短链脂肪酸

5项研究检测了后生元代谢产物谱，主要为SCFAs和有机酸衍生物。冠突散囊菌发酵姜黄显著升高粪便乙酸（1586.56 vs. 1100.06 μg/g）、丙酸（499.17 vs. 297.96 μg/g）和丁酸（593.68 vs. 362.44 μg/g），血清SCFA水平同样升高；植物乳杆菌发酵三七使乳酸显著增加；少孢根霉发酵郁金从头合成左旋肉碱达242 μg/g。

3.7. 肥胖相关代谢结局

所有8项体内研究均报告发酵根茎治疗降低体重增长或脂肪组织质量。所有体内研究均观察到血脂谱改善，7项研究报告血清或肝脏甘油三酯降低，4项报告高密度脂蛋白（HDL）升高。6项研究评估肝脏结局，普遍报告肝重、肝脏甘油三酯和肝酶（AST、ALT）降低。4项研究评估糖代谢，报告空腹血糖、胰岛素和HOMA-IR降低，或胰岛素和GLP-1升高。3项体内研究报告促炎细胞因子（TNF-α、IL-6、IL-1β）抑制。多项研究报告脂联素升高、UCP-1和棕色脂肪组织激活及瘦素下调。体外研究报道UCP1、CIDEA、PGC-1α和PPAR-γ调控及M1向M2巨噬细胞极化。

3.8. 比较有效性：发酵与未发酵产品

6项直接比较研究中，每项发酵产品至少在部分评估结局上显示更优效果。发酵白术更有效降低脂肪组织重量并改善血清甘油三酯、AST和HDL；发酵姜黄（植物乳杆菌）更有效抑制体重增长和调节肠道菌群，尽管姜黄素类浓度更低；发酵三七独特地减少食物摄入并产生更大体重降低；发酵黄精多糖在体外表现出更强脂肪生成抑制；冠突散囊菌发酵姜黄比粗姜黄更有效缓解糖脂代谢紊乱。鉴于发酵有时降低姜黄素类等典型生物活性化合物浓度，代谢益处可能来源于生物转化化合物、增强的生物利用度、发酵衍生代谢产物或改变的肠道微生物生态。