Nature：新型含纤维零食可培育出健康的肠道微生物组

2021年7月13日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国华盛顿大学圣路易斯医学院的研究人员鉴定出一些零食（snack food）原型的成分，这些零食原型经过精心设计，可以以与健康相关的方式改变肠道微生物组。相关研究结果发表在2021年7月1日的Nature期刊上，论文标题为“Evaluating microbiome-directed fibre snacks in gnotobiotic mice and humans”。

这些作者将动物模型的结果进行了转化，在两项针对超重参与者的初步人体临床试验中显示，含有特别选择的纤维类型组合的零食会影响参与纤维成分代谢的肠道微生物组的成员。肠道微生物组的这种变化与一组血液蛋白的变化有关，这些血液蛋白是生理学和新陈代谢许多方面的生物标志物和调节因子。从长远来看，这些血液蛋白的变化可能改善健康状况。

论文通讯作者、华盛顿大学圣路易斯医学院爱迪生家族基因组科学与系统生物学中心主任Jeffrey I. Gordon博士说，“营养不良是全世界面临的一个紧迫而复杂的问题，由许多因素驱动，包括典型西方饮食中过多的高脂肪和低纤维食物。由于零食是西方饮食的一个流行部分，我们正在努力帮助开发人们喜欢吃的新一代零食配方。”

人类肠道是由几十万亿个微生物组成的肠道微生物组的家园，这些微生物含有数百万种不同的基因，其功能是人类基因组中大约2万个蛋白质编码基因所不能提供的。根据这些作者的说法，食物的营养价值部分是由它们经肠道微生物组代谢的独特产物决定的。

Gordon和他的同事们专注于确定哪些食物成分与肠道微生物组的哪些成分相互作用，以及这种相互作用如何塑造人类生物学的不同特征。其目标预示着营养科学的新时代，即从可持续的来源中产生可负担的、更有营养的食物，可用于治疗或预防各种形式的营养不良---无论是儿童或成人的营养不足或肥胖。

在美国和其他西方国家摄入的高脂肪、低纤维的饮食不能支持多样化和健康的肠道微生物组。此外，高纤维含量的饮食与较低的心血管疾病、2型糖尿病和肥胖等慢性疾病风险有关。然而，膳食纤维是由复杂多样的生物分子混合物组成的，其中的许多生物分子是人体无法自行分解的。这些混合物的性质因纤维的来源和它们被纳入食物时的加工方式而不同。

纤维制剂中单糖含量和糖苷键的存在，以及饲喂给无菌小鼠的未添加和添加纤维的HiSF LoFV饮食中的单糖含量和糖苷键，图片来自Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03671-4。

Gordon团队之前的研究工作已确定了可以负担得起的可从可持续的来源（比如从本来会被丢弃的果皮、外皮和外壳）中大量获得的特定植物纤维，而且它们可以提高某些有益的肠道微生物的表现，这些肠道微生物在许多食用西方饮食的肥胖成年人中代表不足。

在这项新的论文中，这些作者分析了参加两项临床试验的超重或肥胖受试者的数据，他们被提供模拟典型西方饮食的饮食。这些饮食中补充了三种含纤维的零食原型之一。一种只包含从豌豆中提取的纤维。另一种含有豌豆纤维和菊粉（一种在一些水果和蔬菜中发现的纤维，包括小麦、洋葱、香蕉、芦笋、朝鲜蓟和菊苣根）的组合。第三种含有豌豆纤维和菊粉，以及来自橙子果肉和大麦麸的纤维。这些零食是与全球零食公司亿滋国际（Mondelēz International）合作开发的。

在第一项临床试验中，参与者在10天内食用高脂肪、低纤维的饮食，然后在他们的饮食中加入含有豌豆纤维的零食，为期两周，随后两周，参与者继续食用高脂肪、低纤维的膳食，而不食用含纤维零食。在第二项临床试验中，采用了类似的设计，但补充的是同时含有豌豆纤维和菊粉的零食，而在洗脱期（washout period）过后，补充的是含有四种纤维成分（来自豌豆、菊粉、橙子和大麦麸）的零食。

这些作者在这项研究的各个阶段分析了患者的肠道微生物组，以及他们血液中1300多种蛋白质的水平。Gordon和他的同事们发现，对临床试验参与者的不同零食纤维原型作出反应和处理的肠道微生物组的许多成分，与他们早先用人类肠道微生物定植的无菌小鼠进行的实验中对相同纤维反应的肠道微生物组成分相同。无菌小鼠是在无菌条件下出生和长大的，因此可以严格控制肠道微生物的性质来进行科学研究。

此外，他们发现，与含单一纤维或两种纤维的零食相比，含有四种不同纤维的零食对编码从纤维中提取营养物所需的代谢机制的肠道微生物组基因有更广泛的影响。这些发现验证了他们使用临床前模型作为一种加速筛选和选择纤维以纳入食品原型中的方式。

这些作者开发了数据挖掘方法，使他们能够确定一组特定的肠道微生物组基因发生的统计学意义上的变化，并将其与参与非常广泛的生理过程的一组血液蛋白的水平变化联系起来，这些生理过程包括能量代谢（包括葡萄糖代谢）、免疫反应、血液凝固和血管功能，以及骨骼和神经细胞生物学。

论文第一作者、Gordon团队成员Omar Delannoy-Bruno博士说，“我们很高兴看到这些含纤维零食对肠道微生物组和人类生理学的影响，即使在这些相对较短的临床试验中。”

论文共同作者、华盛顿大学病理学与免疫学系副教授、肠道微生物组与营养研究中心执行主任Michael J. Barratt博士说，“这些初步临床试验的目的不是为了测试含纤维零食是否能对体重或通常测量的心脏代谢健康生物标志物产生重大的长期改变。因此，这些干预措施的好处将不得不在更大、更长的临床试验中进行调查。此外，这两项小型临床试验是在严格控制的饮食条件下进行的。下一个重要步骤将是调查含纤维零食在可以像平常一样自由进食的参与者中的效果。”

Gordon补充说，“随着对不同种类的纤维对肠道微生物组成分的影响有了更好的了解，我们希望我们能够提供一种人们愿意吃同时也能更促进健康的零食，特别是对于那些本来就获得有限营养食物的人。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Delannoy-Bruno O et al. Evaluating microbiome-directed fibre snacks in gnotobiotic mice and humans. Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03671-4.