Science|2018年首次，上海交通大学赵立平揭示肠道微生物对于2型糖尿病的系统研究

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iNature：2018年3月9日，上海交通大学赵立平教授与其团队成员张晨虹、上海交通大学医学院彭永德研究组合作在Science发表题为“Gut bacteria selectively promoted by dietary fibers alleviate type 2 diabetes”的研究论文，该研究使用了大量来自饮食来源的不同纤维来扰乱肠道生态系统。然后，应用了菌株水平，微生物组广泛的关联方法来描述肠道微生物群的动态变化及其对2型糖尿病患者葡萄糖稳态的影响。该研究有针对性地通过个性化营养促进活性短链脂肪酸生产者作为生态系统服务提供者可能提供了一种用于操纵肠道微生物群以管理2型糖尿病和潜在的其他与生态失调有关的疾病的新型生态学方法。

肠道微生物群是一个复杂的微生物生态系统，与其保持互惠关系对人类健康至关重要【1】。这种关系的一个值得注意的例子是通过碳水化合物的细菌发酵产生短链脂肪酸（SCFA）：人类宿主食物提供不易消化的碳水化合物以支持细菌生长，并且作为回报，细菌产生提供能量底物的SCFAs到结肠细胞，减轻炎症，并调节饱腹感等【2,3】。 

SCFA产生不足与疾病有关，包括2型糖尿病（T2DM）【4-7】。在临床试验中，不易消化但可发酵的碳水化合物（膳食纤维）摄入量增加缓解了T2DM的疾病表型，但与治疗反应差异很大【8-10】。许多分类群中的数百种肠道细菌物种共享用于将碳水化合物发酵成SCFAs的基因【11】。同样产SCFA的菌株也表现出对提高膳食纤维利用率的不同反应【12,13】。为了提高膳食纤维干预的临床效果，理解肠道生态系统成员如何作为个体菌株作出反应，以及当他们暴露于增加的碳水化合物作为新的环境资源时，如何作为功能团体相互作用。

肠道微生物简图

肠道微生物群通过碳水化合物发酵产生短链脂肪酸（SCFA）而使人受益，并且SCFA产生缺陷与2型糖尿病（T2DM）相关。 上海交通大学赵立平教授与其团队成员张晨虹、上海交通大学医学院彭永德研究组进行了一项随机临床研究，特别设计了等能量饮食，与粪便霰粒细胞宏基因组学一起，显示一组选定的产SCFA菌株被膳食纤维所促进，并且大多数其他潜在生产者在2型糖尿病患者中减少或不变。 当纤维促进的SCFA生产者的多样性和丰富性更高时，参与者的血红蛋白A1c水平有所改善，部分通过增加胰高血糖素样肽-1的产生。 促进这些积极响应者减少了代谢有害化合物如吲哚和硫化氢的生产者。 

高纤维饮食有选择性地促进一组SCFA菌群的生长

研究结果进一步表明，诸如T2DM的慢性疾病可能是肠道生态系统中有益功能缺失或缺乏的结果，例如碳水化合物发酵产生的SCFA。 从生态学角度而言，碳水化合物发酵产生的SCFAs是维持人体健康所必需的，它可以被认为是肠道微生物对人类宿主提供的“生态系统服务”。 通过重建具有功能活性的生态种群作为生态系统服务提供者（ESP）来恢复或加强失去或缺失的功能是健康微生物群的关键，它可以帮助缓解疾病表型。 有针对性地通过个性化营养促进活性SCFA生产者作为ESP可能提供了一种用于操纵肠道微生物群以管理T2DM和潜在的其他与生态失调有关的疾病的新型生态学方法。

原文链接：

http://science.sciencemag.org/content/359/6380/1151

参考文献：

1. L. Zhao, Nat. Rev. Microbiol. 11, 639–647 (2013).

2. A. Koh, F. De Vadder, P. Kovatcheva-Datchary, F. Bäckhed, Cell 165, 1332–1345 (2016).

3. C. M. Sawicki et al., Nutrients 9, 125 (2017).

4. J. Qin et al., Nature 490, 55–60 (2012).

5. F. H. Karlsson et al., Nature 498, 99–103 (2013).

6. K. Forslund et al., Nature 528, 262–266 (2015).

7. N. Larsen et al., PLOS ONE 5, e9085 (2010).

8. A. Soare et al., Nutr. Metab. (London) 11, 39 (2014).

9. M. Chandalia et al., N. Engl. J. Med. 342, 1392–1398 (2000).

10. F. M. Silva, C. K. Kramer, D. Crispim, M. J. Azevedo, J. Nutr. 145, 736–741 (2015).

11. H. J. Flint, S. H. Duncan, K. P. Scott, P. Louis, Proc. Nutr. Soc. 74, 13–22 (2015).

12. G. Wu et al., mBio 8, e02348-16 (2017).

13. C. Zhang et al., EBioMedicine 2, 968–984 (2015).

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