專訪張晨虹博士：Science最新成果，膳食纖維通過有益菌群調節血糖

3月9日，《科學》雜志在線發表了上海交通大學生命科學技術學院趙立平教授領導的國際合作團隊的最新成果“Gutbacteria selectively promoted by dietary fibers alleviate type 2 diabetes”。趙立平、張晨虹和彭永德教授等人合作，發現通過提供豐富多樣的膳食纖維，可以使人體腸道內特定有益菌群升高，進而改善2型糖尿病的臨床癥狀。

作為該項目的測序服務合作伙伴，金唯智為該成果的發布表示祝賀，并有幸采訪了文章的主要項目負責人、共同通訊作者張晨虹博士，請她從自己的研究視角為我們解讀這個突破性的成果。

 

獨特的設計，開啟新的視角

我們這個項目起初主要是為了探明膳食纖維調節腸道菌群的作用機制，尋找作用靶點，而不僅是評估高膳食纖維對于糖尿病干預的臨床效果。有趣的是，我們在研究過程中發現，高膳食纖維的飲食對于糖尿病人的糖化血紅蛋白(HbA1c)的改善有很大的幫助。相比以往關注找出驅動糖尿病發生的“致病菌”的研究，我們鑒定出了一組有利于增加胰島素分泌和提高胰島素敏感性的“短鏈脂肪酸”產生菌。這些菌不是相互獨立、互不相干，相反它們彼此形成了一個有協同關系的“生態功能群”，共同恢復和維持人體健康。

在本研究中，實驗組與對照組的能量和主要營養素的攝入是一樣的，區別在于實驗組多攝入了大量多樣化的膳食纖維。我們在幾個不同時間點進行了腸道菌群取樣，通過對大規模元基因組測序數據的挖掘，我們重構了優勢菌的高質量基因組草圖。從菌株水平上進行分析，我們發現其中的141個菌株帶有至少一個短鏈脂肪酸產生的關鍵基因，都是有短鏈脂肪酸產生潛力的細菌。通過和對照組的對比，我們發現其中有47個菌株在膳食纖維干預后顯著降低，有15個菌株干預后顯著增加，而且兩者的升降間存在相關性。有益菌株在高膳食纖維的攝入后大量富集，短鏈脂肪酸水平增加，驅動了胃腸道激素及胰島素對血糖的調節。另一方面，腸道環境的PH值的降低，競爭性的抑制了那些對于酸性腸道環境耐受差的菌株。這些被抑制的菌種中，有些攜帶產生例如內毒素、吲哚和硫化氫等有害代謝物所必需的基因，它們被抑制后有助于構建更健康的腸道環境。

此外，我們發現有益菌的豐度和多樣性越高，糖化血紅蛋白就越低。通過分析了這些細菌的產物以及人體對這些產物的反應，我們建立了基于這些關鍵細菌的豐度和多樣性的統計模型，可以預報營養干預的效果。通過合理設計的高膳食纖維飲食，特異性地促進有益菌的生長，對于糖尿病營養治療是個新的啟發。

高質量的數據是科研的根本

在這個研究中，通過拼接高質量基因組草圖的辦法來分析元基因組數據，我們在菌株水平鑒定出了可被膳食纖維特異性增高的腸道細菌。這要感謝我們實驗室數據分析團隊的積累和研發，也離不開測序服務商提供的高質量的數據保障。為了盡可能避免未知干擾因素的影響，很多的課題研究我們通常會在收集好足夠樣本后，同一時間批量的進行測序。在處理大批量樣本時，我們自有的Miseq平臺和實驗團隊就太吃力了，不如交給擁有更高通量的金唯智這樣的外包公司來處理了。另外，對于一些大的項目來說，我們可能需要歷時較長時間來進行研究，對于樣本的處理和測序的操作需要盡量一致。從這個角度來說，我們傾向于選擇一家質量穩定的服務商長期合作。在我們的過往的合作中，金唯智的測序質量都不錯，交付周期也挺快的，平臺也很全面，這也是我們長期合作的重要基礎。

營養調控的監控器

本次研究的成果為通過調節膳食纖維改善腸道菌群來改善2型糖尿病提供了有力證據，也為靶向腸道菌群以干預其他疾病的研究提供了重要參考。我們每個人的個體腸道菌群存在著很大的差異，通過營養調節腸道菌群的方案也大有不同?；谖覀兡壳暗难芯磕Ｐ?，利用關鍵細菌的早期變化可以很好地預報營養方案的療效。

未來，我們可以在個體菌群分析的基礎上，設計相應的營養方案，根據模型預測進行個性化調整匹配，更為精準的指導個人的腸道菌群干預方案。

 

編后記

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