Science：高膳食纤维可通过影响肠道细菌改善2型糖尿病

导读：

肠道微生物群是一个复杂的微生物生态系统，它能和人类互作，并且对人体健康至关重要。一个典型的例子是：肠道微生物能代谢碳水化合物产生短链脂肪酸SCFAs。人类能为肠道菌提供非消化性碳水化合物维持其生长。反之，SCFAs具有为结肠细胞提供能量，减轻炎症和调节食欲的作用。SCFA缺乏和一些疾病存在关联，例如二型糖尿病（T2DM）。临床研究中发现增加膳食纤维的摄入能减轻T2DM，但是疗效的差异非常大。肠道中有数以千计的菌种能发酵碳水化合物产生SCFAs。不同的能产生SCFA的细菌对膳食纤维的摄入增加产生的应答也各不相同。为了改善膳食纤维疗法的疗效，我们有必要弄清楚碳水化合物增加后肠道菌的应答情况和肠道菌之间的相互作用。研究用微生物组关联分析的方法检测了T2DM病人肠道菌群的变化和该变化对病人血糖的影响。他们发现SCFA产生菌能通过增加SCFA减轻T2DM病人状况。
研究随机把T2DM病人分为U组（常规饮食，对照组，16个病人）和WTP组（高膳食纤维，传统中药食物，益生菌，实验组，23个病人）。两个组均接受阿卡波糖治疗。
肠道微生物能发酵食物中的非消化性碳水化合物（膳食纤维）产生SCFAs。SCFAs缺乏则是和T2DM相关的。临床研究中发现增加膳食纤维的摄入能减轻T2DM。种种结果表明，膳食纤维可以通过肠道菌群，改善T2DM患者的病情。但是这些肠道菌群的具体组成还尚未明确。

文章信息：
标题：Gut bacteria selectively promoted by dietary fibers alleviate type2 diabetes
中文：由膳食纤维选择性促进的肠道细菌缓解二型糖尿病
作者：赵立平
单位：微生物代谢国家重点实验室，上海交通大学
期刊：science

1. 疗效检测

治疗后，W组和U组T2D病人的糖化血红蛋白、空腹血糖等指标明显下降，糖化血红蛋白达标（<7%）的病人逐渐增多。且W组各个指标的变化程度均大于U组。

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2. 肠道微生物和膳食纤维治疗血糖的因果关系探究

W组和U组治疗前（pre）后（post）的病人的粪便分别移植给小鼠后，供体和对应的受体的微生物群相似性明显更高，而且移植治疗后粪便小鼠的血糖均明显低于移植治疗前的。这样就证明了膳食纤维能通过影响肠道微生物进而调控T2DM患者的血糖。

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3. 治疗前后微生物基因变化

3.1 生信流程

宏基因组de novo组装分析，流程如下：

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3.2 细菌基因丰度变化

W组的基因丰度高于U组，但是治疗后两组的基因丰度都降低（28天处尤其明显），这和“多样性越高越健康”的常理恰好相反。

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4．主要贡献菌

经过一系列分析后，79个菌株在高膳食纤维饮食后没有变化，47个发生显著降低，而还有15个菌株被富集，并在28天时达到最大。这15个菌株主要来源于三个门，在W组，15个菌株均可产生乙酸，其中5个还能产生丁酸；而在U组，15个菌株中仅有3个可产生乙酸的菌株显著增加，提示这15个菌株是高膳食纤维改善代谢的主要贡献者。

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5. 相关分析

进一步分析高膳食纤维富集的15个菌株与临床指标的关联，发现在W组中有7个被富集的菌株与至少一个临床指标显著相关。而选取Bifidobacterium pseudocatenulatum（假链状双歧杆菌）C95株接种至高脂饮食小鼠体内，显著改善了小鼠的体重、体脂、血糖等指标。

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6. ASP指数分析

肠道作为一个“生态系统”，这15个菌株组成的菌群就好像是肠道生态系统的“守护者”。那么，作为这样一个功能群，是如何影响宿主健康的呢？根据上述15个高膳食纤维富集的短链脂肪酸产生菌的丰度和多样性，计算了活跃短链脂肪酸产生菌指数（ASP指数）：ASP指数在干预过程中，W组始终高于U组，对应了W组更多的临床收益。干预后28天，ASP指数升至顶峰并在后续干预中保持一致，而糖化血红蛋白却在干预中持续下降。

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