膳食纤维、肠道微生物群与结肠癌预防的机制
摘要
许多流行病学和实验研究表明，膳食纤维在结肠癌的预防中起着重要的作用。这些发现可能与纤维减少肠道内致癌物接触时间和促进健康肠道微生物群的能力有关，后者以各种方式改变宿主的新陈代谢。阐明膳食纤维依赖于肠道微生物区系改变促进胆汁酸解聚、产生短链脂肪酸和调节炎症生物活性物质的机制，可使人们更好地理解膳食纤维的有益作用。本文就膳食纤维对结肠癌的保护作用机制的研究进展作一综述。
核心提示：膳食纤维通过复杂的作用方式在几乎每一个层次和每一个器官系统中调节我们的健康。本文综述了膳食纤维、肠道微生物群和结肠癌预防的机理联系。
导言
结肠癌是美国最常见的恶性肿瘤之一，每年约占所有癌症死亡人数的11%。1]。西方国家结肠癌的发病率较高，但发展中国家的发病率却在迅速上升，预计到70岁时，将有一半的西方人口至少发展一次结直肠癌。1]。尽管近几十年来癌症治疗取得了长足的进步，但饮食和其他健康的生活方式因素和习惯(e.g.，体育锻炼)提供了一种更可取的选择。遗传变异与环境暴露(e.g饮食、体育)，包括饮食，是影响结肠癌发生的两个主要因素。2]。因此，结肠癌可以通过饮食疗法来预防，而饮食中的碳水化合物可能起着至关重要的作用。3]。根据碳水化合物在胃肠道的消化率，碳水化合物可分为两大类。4,5]。第一类是简单的碳水化合物，如淀粉和单糖，它们容易被酶反应水解，并被小肠吸收。第二类由纤维素、木质素和果胶等复杂的碳水化合物组成，它们对小肠的消化具有抵抗力，并在结肠中进行细菌发酵。这些复杂的碳水化合物，被称为膳食纤维，存在于植物中。4,5]。许多研究表明，高膳食纤维摄入量与较低的结肠癌发病率之间存在关联，而且膳食纤维具有抗癌作用。6-8]。此外，美国食品和药物管理局已经批准了支持膳食纤维在癌症预防中作用的健康主张。9].
据了解，人类胃肠道是最丰富的微生物库，共有100万亿多个细菌，约有1000种[10,11]。可发酵的膳食纤维为细菌发酵提供底物，可使肠道菌群转变为更健康的成分。10,11]。膳食纤维可降低患2型糖尿病、肥胖症、心血管疾病、结肠癌的风险，并通过调节肠道微生物群来提高免疫力[6]。膳食纤维几乎在各个层次上调节着我们的健康，在每个器官系统中，通孔复杂的行动方式，其中许多仍有待确定[10,11]。本文综述了膳食纤维、肠道微生物群和结肠癌预防的机理联系。
膳食纤维对肠道微生物区系的影响
膳食纤维构成不可消化食物成分的光谱，包括非淀粉多糖、低聚糖、木质素和类似的多糖，具有相关的健康益处[12,13]。膳食纤维不是无法消化的植物物质的静态集合，它们通过人体胃肠道而没有任何功能；相反，它们结合潜在的营养物质，产生新的代谢物，并调节养分的吸收/代谢。某些膳食纤维是可以发酵的，除了它们在胃肠道中的厌氧降解外，还有一种同时进行的厌氧蛋白水解发酵[14]。虽然纤维的主要发酵产物被认为是有益的(阳性的)，但蛋白质分解发酵的产物可能是有害的(消极的)，从而产生阴阳效应。14]。在健康个体中，发酵过程主要由结肠生态系统中细菌可接触的底物的数量和类型控制。11]。纤维在结肠中的归宿在很大程度上取决于结肠微生物区系和纤维本身的物理化学特性。15]。像燕麦麸皮、果胶和瓜尔这样的纤维来源是高度发酵的；而纤维素和麦麸则可能发酵不良[15,16]。另一方面，膳食纤维的类型影响肠道腔的微生物组成。例如，菊粉，一种含有果糖单体的聚合物，存在于洋葱、大蒜和芦笋中[17]，促进了.的增长。双歧杆菌然而，它限制了潜在致病菌的生长，例如大肠杆菌、沙门氏菌，和李斯特菌[17-19]。在模拟人结肠的实验中，饮食中的木低聚糖可以减少产生丁酸的细菌。[医]普鲁士尼茨菌，虽然丁酸总浓度仅在远端血管中增加[20]。同样的研究人员报告说，木低聚糖也会影响硫酸盐还原菌的水平，脆弱类杆菌，提供证据表明，饮食碳水化合物改变肠道微生物区系，因此，它的能力，改变结肠环境的生理特性。在人类中，高含非淀粉多糖和/或抗性淀粉的饮食对粪便细菌的种类影响很大，包括与以下方面有关的种类：溴农球菌，这有助于淀粉降解和短链脂肪酸(SCFA)的生产[21].
到目前为止，已经有50多个细菌门被描述，但人类肠道微生物区系中的两个占主导地位。拟杆菌而费米克特然而，门蛋白质细菌，疣状细菌，放线菌，镰刀菌，蓝藻以较小的比例出现[22,23]。“理想”微生物区系的分类组成，如果存在，仍有待确定。目前，根据肠道微生物区系中关键属的丰富程度，个体被划分为“肠型”或集群[24]。最近的研究表明，肠道微生物群落分为三类：类杆菌(肠型1)，Prevotella(肠型2)及反刍动物球菌(肠型3)，这些集群似乎与地理来源、体重指数、年龄或性别无关[25]。这些发现表明，没有一种理想的微生物组成，而是“数量有限的良好平衡的宿主-微生物共生状态”。25].
关于什么是健康的微生物区系，仍有许多有待确定，但与肠道微生物群紊乱有关的疾病和条件很多[26]。人们普遍认为，人类肠道大约有500至1000种[27，差异定殖与疾病易感性的关系。28-30]。例如，分别接触现代西方饮食和农村饮食的欧洲和非洲农村儿童肠道微生物群在微生物组成方面表现出显著差异。主要的区别在于，非洲农村的儿童拥有丰富的微生物。拟杆菌耗尽费米克特与欧洲儿童比较[30].
虽然大肠中存在氨基酸发酵菌和共养菌，但大多数结肠细菌具有以糖化代谢为主的特性。因此，膳食纤维/碳水化合物的可利用性几乎肯定是决定肠道微生物组成和代谢活动的最重要的营养因素，许多微生物的生理特性都归因于SCFA的发酵和生产[31]。例如，与正常人相比，结肠癌患者膳食纤维摄入量较低，SCFA含量一直较低，这些差异还伴随着两组粪便微生物群落的不同特征[32]。在同一项研究中，梭菌, 蔷薇，和[医]小叶蝉Eubacterium spp...结肠癌风险组的发病率明显低于健康人组；肠球菌和链球菌属...在结肠癌风险组中更普遍32]。与这些观察相一致的是，纤维发酵产生的低pH条件增加了对含氮前体的生物合成要求，进而抑制了结肠中毒素的积累[33]。综合考虑，体重指数、年龄或性别等个别特性可能无法解释观察到的三种肠道细菌肠型[25，但数据驱动的标记基因/微生物标记可以识别某些疾病和条件。30-32].
SCFA生产
膳食纤维的消耗对健康有显著的好处，特别是在解舒、矿物质吸收、潜在的抗癌作用、脂代谢和抗炎作用等方面。34]。许多这些健康好处可以归因于膳食纤维在结肠中发酵成SCFAs。这些SCFA是由结肠微生物产生的，并描述了一个概述结肠中碳水化合物发酵的方程式[35]:
59 C6H12O6+38 H2O→60乙酸酯+22丙酸+18丁酸+96 CO2+256 H+.
肠道细菌分解碳水化合物的意义是广泛的。例如，增加碳水化合物的输入可以增加细菌细胞的质量，从而支持泻药作用和更短的结肠转运时间。转运次数的减少减少了蛋白质的分解，减少了氨、酚、胺和硫化氢等腐败物质在结肠中的积累。
乙酸、丙酸和丁酸三种主要的结肠SCFA，其总浓度可超过100 mmol/L。36]。饲料组成和肠道微生物群是决定SCFA物种摩尔比的主要因素。一般来说，醋酸盐约占sfca总量的60%-75%，由许多居住在结肠内的细菌群产生，其中约三分之一的产物来自还原乙酰生成[37]。形成丙酸和丁酸酯的细菌群是专门的，对它们的健康有益效果特别感兴趣。相当多的细菌种类提供了多样的分子功能，这一事实突显了功能分析对于理解微生物区系组成的重要性。25].
有关人类结肠中主要产丙酸菌的数据仍在出现，并对几种丙酸形成的生化途径进行了表征。38,39]。合成丙酸的琥珀酸途径一般采用类杆菌属梭菌群IX群的细菌采用乳酸的丙烯酸酯路线。此外，产生丁酸的细菌还使用了第三种途径。[医]异轮虫以岩藻糖为底物[40].
产丁酸盐的结肠细菌属于梭菌群I、III、IV、VI、XIVa、XV和XVI。据估计，健康受试者肠道细菌总数的7%-24%由两类特别丰富的细菌组成，即与以下细菌有关的第四群细菌。[医]普鲁士尼茨菌，以及与.有关的XIVa菌群直肠脓杆菌向蔷薇属[41]。例如，肥胖受试者减少膳食纤维摄入会导致丁酸盐和产生丁酸的细菌的浓度降低。直肠脓杆菌向蔷薇属[42].
SCFA的生理效应
在人肠中发现乙酸(C2)、丙酸(C3)和丁酸(C4)，其浓度在回肠末端约为13 mmol/L，盲肠约为130 mmol/L，降结肠约为80 mmol/L。36]。这些释放在肠腔内的SCFA容易被结肠细胞吸收并用作能量来源(约占基础能量需求的10%)以及肝脏和肌肉等其他组织。43].
乙酸可促进正常隐窝细胞的增殖，但可减少大鼠结肠平滑肌自发纵向肌收缩的频率。44]。醋酸盐通过与脂肪组织和免疫细胞中G蛋白偶联受体(GPCR 43，41)相互作用，增强回肠运动，增加结肠血流量，并在脂肪发生和宿主免疫系统中发挥作用。45,46]。此外，研究还发现，乙酸可降低脂多糖刺激的肿瘤坏死因子(TNF)、白细胞介素-6(IL-6)和核因子(NF)-κB水平，同时促进不同组织中抗体的产生。47].
与乙酸类似，丙酸盐对纵向肌肉自发收缩的频率有浓度依赖性的影响。通孔大鼠结肠远端的肠神经44]。在动物和人类的研究中，已经发现丙酸盐减少了食物的摄入，增加了饱腹感。通孔增强饱腹症激素瘦素，并通过激活GPCR 43，41[48,49]。此外，丙酸盐还可以保护结肠癌的发生，因为它可以降低人结肠癌细胞的生长和分化。通孔组蛋白过度乙酰化及诱导凋亡50,51]。此外，丙酸还能抑制促炎细胞因子(e.g.肿瘤坏死因子-α，NF-κB)在多个组织中的表达.52,53].
虽然乙酸、丙酸和丁酸都在一定程度上被上皮代谢，以提供能量，但丁酸在维持结肠健康和调节细胞生长和分化方面起着最关键的作用。54]。70%以上的离体结肠肌细胞耗氧量是由于丁酸氧化所致，在对门静脉、动脉血和结肠内容物SCFA水平的研究中，证明了结肠上皮对丁酸的摄取和利用。36]。与乙酸和丙酸相比，丁酸具有较强的抗炎作用，这种作用可能是通过抑制肿瘤坏死因子-α的产生、NF-κB的活化以及免疫和结肠上皮细胞中IL-8、-10、-12的表达而实现的。55,56]
抗炎作用
炎症是机体的一种防御机制，是机体对微生物感染和其他伤害性刺激所致组织损伤的直接反应。然而，炎症的分解不足和不受控制的炎症反应可引起慢性炎症状态，而慢性炎症是癌症的常见病因。57].
白细胞招募和SCFAs
白细胞通过一个多步骤的过程从血液中吸收并迁移到发炎的组织中，这一过程涉及多种蛋白质的表达和激活，如粘附分子和趋化因子等。58，而SCFA修改了这种白细胞的招募[59,60]。有几条证据表明SCFA能诱导中性粒细胞定向迁移，而中性粒细胞的迁移依赖于G蛋白偶联受体GPR 43的激活。59,61]。SCFAs作为GPR 43激动剂的作用可能导致中性粒细胞蛋白激酶B(PKB)和丝裂原活化蛋白激酶的激活。此外，与GPR 43相关的Gpr41和Gpr109a受体被SCFAs激活[62]。这些结果支持了SCFA在中性粒细胞运动中的作用[61].
SCFAs还调节细胞粘附分子和趋化因子的表达和分泌，这些分子和趋化因子在白细胞募集中起核心作用。52,60]。细胞粘附分子如选择素、整合素、血管细胞粘附分子-1和细胞间粘附分子-1对白细胞的粘附和跨内皮迁移至关重要。63]。最近的研究表明，SCFA能减少单核细胞和淋巴细胞对人脐静脉内皮细胞的粘附，这与NF-κB和PPARγ活性的降低和粘附分子的表达(ICAM-1和VCAM-1)有关。52,63]。此外，丁酸可降低中性粒细胞和巨噬细胞的组成型和IFN-γ-诱导的lfa-3和iAM-1的表达；LPS刺激的Cxcl-2、3和巨噬细胞趋化蛋白-1、IL-8的产生[64,65]。因此，通过调节粘附分子和趋化因子的数量或类型，SCFAs可能改变白细胞的吸收，并在一定程度上减少慢性胃肠道炎症反应。
促炎介质
多种细胞因子和其他促炎介质参与炎症相关癌变的外在和内在途径，巨噬细胞是炎症介质的主要来源[57]。巨噬细胞一旦激活，就会产生大量的介质，如肿瘤坏死因子-α、Il-1β、IFN-γ和IL-6、趋化因子和一氧化氮(NO)。57,66]。α、IL-6、IFN-γ、NO等促炎介质的产生主要以丁酸盐为主，同时增加抗炎细胞因子IL-10的释放。66,67]。组蛋白去乙酰化酶(Hdac)和组蛋白乙酰转移酶控制蛋白乙酰化程度和基因表达，丁酸抑制hdac活性的能力是其主要机制。通孔而酸会影响促炎症介质的表达[66-68]。丁酸除了增加组蛋白的净乙酰化，从而影响基因表达外，还能增强非组蛋白如NF-κB、MyoD和p53的乙酰化作用。66].
胃肠屏障和微生物群
肠道微生物群有助于维持完整的胃肠道屏障，这种屏障的破坏可能导致炎症过程。10]。初级或先天屏障是微生物与肠上皮细胞层之间的相互作用。这种相互作用是一个积极的过程，在其中产生某些炎症介质。例如，Toll样受体(TLRs)的配体(如LPS和鞭毛素)是微生物衍生出来的，它们分别激活TLR-4和-5，以调节宿主代谢和免疫反应的不同方面。69]。次生物理屏障是由粘液的上皮细胞分泌而形成的，肠粘液层是保护肠上皮免受肠道微生物(包括侵袭性微生物)侵害的重要物理屏障。70]。粘液层由杯状细胞产生的粘蛋白组成。10而在小肠中，Paneth细胞通过TLR激活直接感受肠道细菌，释放各种抗菌肽。71]。因此，粘液不仅形成物理屏障，为微生物提供营养来源，而且还含有保护介质，如分泌的抗菌肽和Ig A。70,72]。因此，肠黏膜免疫系统和肠道微生物的稳态是相互依存的，它们之间的平衡维持了一个稳定的肠道环境。
SCFA对细胞周期、迁移和凋亡的影响
虽然SCFA在低浓度下刺激正常的结肠细胞增殖(e.g，0.05 mmol/L-0.1 mmol/L丁酸盐)，SCFAs还通过复杂的分子调控，通过细胞周期阻滞和凋亡抑制大多数人结肠癌细胞的生长。73,74]。几个离体研究表明，丁酸能抑制HDACs，并允许组蛋白过度乙酰化，从而导致包括p21/Cip 1和cyclin D3在内的许多基因的转录。75]。诱导细胞周期素依赖性激酶抑制蛋白p21/cip 1参与了G细胞的阻滞。1细胞周期[75]。此外，我们和其他人还观察到，在0.5或更高的mmol/L浓度下，丁酸盐通过增加抗转移基因的表达而抑制癌细胞的迁移和侵袭。e.g，金属蛋白酶)和抑制前转移基因的激活(e.g.，基质金属蛋白酶)[76,77].
也有大量证据表明，膳食纤维抵消了结肠癌发生的早期阶段。例如，碳水化合物可以保护结肠肌细胞免受典型西方饮食的遗传毒性，后者的特点是蛋白质和脂肪摄入量增加。因此，抵抗淀粉减少了70%的dna损伤表现为单链断裂的大鼠肠系膜细胞喂食西餐.78]；值得注意的是，当这种DNA损伤得不到修复时，它可能引发结肠癌的发生。这一解释得到了实验数据的支持，即抗性淀粉可以保护啮齿类动物免受致癌物质氮氧甲烷引起的肿瘤[79,80]。抗性淀粉对这种DNA改变的保护作用可归因于SCFAs的增加以及苯酚和氨水平的降低。78]。其中，丁酸盐对结肠肿瘤细胞有明显的生理作用。81然而，醋酸纤维素也被牵涉到防止遗传毒性剂[20]有趣的是，不同的碳水化合物对DNA损伤程度的影响不同；例如，饮食中的低聚木糖，而不是菊粉，可能改变结肠环境的遗传毒性。研究人员利用接种人粪便和大豆分离蛋白的人结肠模拟器，发现木寡糖降低了近端血管液相的遗传毒性，但增加了远端血管的遗传毒性。20].
很明显，碳水化合物的DNA保护作用是由(1)它们维持特定结肠微生物区系存在的能力和(2)由结肠细菌的存在而产生的发酵产物所介导的。在大鼠中，富含淀粉的抵抗饮食增加了双歧杆菌和乳酸菌的数量，而减少了大肠菌群，导致较高水平的SCFA[82]。然而，短链脂肪酸的水平不仅取决于饮食中碳水化合物的种类和数量，而且还取决于目前的结肠细菌种类。这种双向相互作用解释了喂食添加益生菌的抗性淀粉饮食的大鼠的观察结果。乳双歧杆菌与不补充益生菌的相同饮食相比，结肠对遗传毒性致癌物表现出更强的凋亡反应。82].
丁酸盐对结肠癌的保护作用的证据主要来自于致癌物诱导的啮齿动物模型的研究。因此，将瓜尔胶和燕麦麸皮(两者都具有很高的发酵能力，但与远端结肠中的低丁酸水平相关)的饮食效果与麦麸饮食(导致高丁酸浓度)在大鼠结肠癌二甲基肼模型中的效果进行了比较[83]。研究人员报告说，在喂食麦麸饮食的大鼠中，对结肠肿瘤的保护作用最强。同样，进食抵抗淀粉的大鼠暴露于氮氧甲烷后，结肠腺癌的负担较轻，这种保护作用似乎与结肠内丁酸的产生有关。79]。观察到，在由氮氧甲烷和脱氧胆酸诱发的大鼠肿瘤中，葡萄糖酸钠提高了丁酸水平，减少了结肠肿瘤的数目。84]。此外，口服丁酸酯产生菌。纤维布氏弧菌提高丁酸水平，减少二甲基肼治疗小鼠结肠和直肠异常隐窝的形成，这是一种早期的结肠损害。85].
然而，并非所有的报告都支持丁酸酯的化学预防作用[15]。一些流行病学研究也表明纤维摄入与结肠癌发病率之间没有关系，也没有发现SCFAs的作用。e.g.丁酸盐)对结肠肿瘤发生的影响[86,87]。这些观察最初是违反直觉的，因为据报道膳食纤维/SCFAs具有抗癌作用。然而，对SCFAs在结肠肿瘤发生中的作用的分子分析可能部分解释了这些看似有争议的观察。
首先，典型WNT信号通路的本构激活是结肠癌的共同特征，β-catenin-Tcf(Bct)转录复合物是该通路的下游中介物。88,89]。认为wnt/β-catenin活性以梯度的形式存在，其中wnt信号的缺失导致终末分化和凋亡，信号水平相对较低导致受控的自我更新，适度的信号水平促进不受控制的细胞增殖，而较高水平的wnt信号则导致细胞凋亡。90]。因此，丁酸盐处理的结肠癌细胞中wnt/β-catenin信号的高激活是实现这些细胞高水平凋亡所必需的。91].
第二，对具有不同wnt/β-catenin信号突变的人结肠癌细胞株进行了研究，确定了两类细胞株：对丁酸盐作用的细胞系：(1)高倍作用；(2)低倍诱导wnt/β-catenin活性和凋亡[91]。因此，有关纤维摄取对结肠癌的保护作用的文献中存在差异[5,15,92]可能是因为只有一部分结肠病变对丁酸有反应，WNT/β-catenin信号的高激活和凋亡增强。此外，结肠病变可能通过暴露于这种药物的次等水平而对丁酸的影响产生抗药性；例如，产生了耐丁酸盐的细胞。离体在丁酸和其他HDAC抑制剂作用下，WNT/catenin表现出抑制作用，并抑制细胞凋亡[93]。这个耐丁酸盐的细胞系可能反映了体内存在对丁酸盐的影响具有抗药性或部分抗药性的人类肿瘤，这表明要对结肠癌采取有效的保护作用，必须摄入大量的膳食纤维。结肠肿瘤细胞对丁酸盐对WNT/catenin信号反应的不同反应可能通过影响WNT/catenin活性的转录辅激活因子的差异表达和活性而介导，尤其是CBP和p 300[94,95]。例如，一株耐丁酸盐的细胞系在p 300的表达上有缺陷，很可能介导丁酸对wnt/catenin信号和细胞生理的影响。95].
第三，肠道微生物区系组成和膳食结构。e.g.，FAT)是影响SCFA生产及其作用的因素[15,96,97，而且SCFAs对结肠肿瘤细胞的影响可能被其他饮食化合物和代谢物所改变；因此，添加一种特殊类型的油(e.g.鱼油VS在大鼠氮氧甲烷致癌模型中，玉米油(玉米油)可使结肠肿瘤发生不同程度的减少[98]。最后，纤维和丁酸对结肠癌发生的影响可能取决于肿瘤发展阶段的纤维和丁酸盐的给药时间。15]。有几项研究表明，高纤维摄入量特别影响结肠早期肿瘤的发展；然而，进展到晚期腺瘤不太可能受到纤维摄入的影响。7,86]。这些数据显然支持SCFA生产/行动的多方面作用，以及更多。体内有必要进一步研究纤维摄入在调节结肠细胞周期和凋亡途径中的作用。
纤维源在SE中的作用
虽然肠道微生物群和纤维发酵在预防癌症中起着至关重要的作用，但纤维来源本身可能对结肠健康有独立的影响。首先，膳食纤维增加了粘度和粪便膨胀(稀释潜在致癌物)，从而缩短了蛋白质分解发酵(和产生有害物质)的时间，也减少了潜在致癌物与粘膜细胞之间的接触。4,99]。此外，膳食纤维还能结合/排泄潜在的腔内致癌物质(e.g.次胆汁酸)和较低的排泄物pH在结肠[4,100,101]。其次，膳食纤维不仅是发酵的基质，也是维生素、矿物质和缓慢消化能量的来源；例如，麸皮中含有丰富的矿物质、维生素B6、硫胺素、叶酸和维生素E。102]。第三，膳食纤维与酚类、类胡萝卜素、木质素、β-葡聚糖和菊粉等植物化学物质有关。102,103]。例如，半纤维素的一种成分阿拉伯木聚糖是酚类化合物的重要来源，在复合纤维发酵过程中，这些物质可能会在结肠中释放出来。4,102]。这些生物活性物质可能保护胃肠道免受氧化损伤，尽管这种可能性是有争议的，因为结肠内的厌氧环境和纤维相关的植物化学物质e.g类胡萝卜素(类胡萝卜素)虽然结肠是纤维发酵和释放这些化学物质的主要场所，但似乎不会通过胃肠道吸收到身体的其他部分。104]。然而，由于膳食纤维来源的生物活性物质在结肠腔中的浓度可能比在血浆和其他组织中高得多，这些植物化学物质可能延缓结肠癌的发生。
结论和观点
大量研究报告膳食纤维摄入量与结肠癌风险成反比关系。纤维对结肠癌的保护作用来源于多层的机制制衡系统，这可能解释了为什么不是所有的研究都报告了这种有益的效果。虽然人们对膳食纤维的抗癌机理尚未完全了解，但提出了几种作用方式(图)。(图1)。1)。首先，膳食纤维抵抗小肠的消化，进入结肠发酵产生SCFAs，从而增强肠道微生物的健康成分。第二，SCFAs具有抗癌作用，包括促进癌细胞周期阻滞、凋亡、抑制慢性炎症过程和癌细胞在结肠内的迁移/侵袭。重要的是，这些分子活性是有效的，只有在一定的生理浓度范围内的SCFA。第三，膳食纤维增加了粪便的膨胀和粘度，减少了产生有害物质的蛋白质分解发酵时间，并缩短了潜在致癌物与粘膜细胞之间的接触。此外，膳食纤维还能结合/排泄潜在的腔内致癌物质(e.g.次胆汁酸)，降低了结肠中的粪便pH值，从而提供了一个健康的肠道环境。
与膳食纤维消耗、肠道微生物群和结肠癌风险相关的主要途径的拟议相互作用。
并不是所有的纤维都有相同的性质；因此，膳食纤维的特性和成分e.g.阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖)可能决定了它们对结肠癌细胞的作用方式.未来对纤维和纤维成分类型的研究可能有助于更好地理解膳食纤维如何和为什么降低结肠癌的风险。此外，来自许多研究领域的证据表明，纤维消耗会改变肠道微生物群的组成，而且良好平衡的结肠微生物群几乎影响宿主的各个层次，包括免疫和肿瘤的发育。元组学是确定肠道微生物组成的最新方法之一，但仍难以表征宿主与其微生物的相互作用。多种“元”分析的结合，如元组学、代谢组学、代谢学，以及从“谁在那里”到“为什么在那里”的焦点转移，将促进我们对膳食纤维消耗、微生物组成和人类健康之间关系的理解。未来的研究需要解开与纤维有益影响相关的微生物群变化，尽管肠道细菌的这种变化可能是剂量、时间和菌株的依赖。这些努力可能会导致识别微生物区系特征，这是纤维消费和结肠癌预防的因果或相关的生物标志。
如果丁酸确实是纤维对结肠癌的保护作用的关键介质，那么饮食和微生物群对结肠中丁酸水平的影响，以及我们操纵这些水平的能力。通孔饮食补充剂，将是设计有效的结肠癌预防策略的重要内容。个体间的粪丁酸水平差异很大(3.5-32.6mmol/kg)，这些个体间差异的部分原因是体重指数和蛋白质、纤维和脂肪的摄入。105]；然而，还有其他因素尚待确定。
参考文献