作者：王建辉、张勇
肥胖及其并发症如II型糖尿病在世界范围内已达到流行程度。观察性研究已将膳食纤维与降低慢性病患病率联系起来，并且在动物模型中已经建立了纤维发挥其益处的机制。纤维对健康的影响取决于其物理化学性质。粘性纤维在改善脂质和葡萄糖代谢方面显示出功效，这在欧洲食品安全局对中等粘度小麦胚乳阿拉伯木聚糖（arabinoxylans，AXs）和餐后血糖控制的健康声明中有所反映。鉴于工业化社会的平均纤维摄入量仍然很低，补充纤维可能是肥胖相关慢性病的有效治疗或预防策略。
2022年5月13日，来自加拿大的阿尔伯塔大学农业食品和营养科学系的Edward C. Deehan博士在Microbiome发表了题为“Elucidating the role of the gut microbiota in the physiological effects of dietary fiber”的研究论文，这项研究证明了高纯膳食纤维用作补充剂时的功效，并表明AX的饱腹感作用可能与发酵纤维或利用分解产物的细菌类群有关。其他影响可能与微生物组无关。这些发现为纤维类型的特定治疗应用及其个性化提供了基础。
为了比较高剂量（女性：25克/天;男性：35克/天）和高纯度（>80%纤维）的AX和微晶纤维素（MCC）补充剂对人体健康的影响，研究人员在超重成人中进行了一项单盲、平行、6周的随机对照探索性试验。基线时，饱腹感和替代终点的主成分分析显示AX组和MCC组在基线时没有差异（图1A），第6周的变量变化显示出治疗组的强聚类（图1B）与MCC相比，AX在饱腹感评价上有更高的分数（图1C,D）。
AX消耗降低了胰岛素抵抗的稳态模型评估（HOMA-IR；胰岛素抵抗指数；图1E）和定量胰岛素敏感性检查指数（QUICKI；胰岛素敏感性指数；图1F）。与AX组相比，MCC减少了39%粪便钙卫蛋白（肠道炎症的替代终点）（图1G），肿瘤坏死因子-α（TNF-α）较基线降低7%（图1H）。应用靶向代谢组学来确定AX和MCC对粪便胆汁酸的影响。该分析表明，MCC相对于基线降低了apocholacid和脱氧胆酸的浓度，而AX没有降低胆汁酸浓度。
研究人员确定了参与AX发酵和利用发酵过程中释放分解产物的粪便微生物群。使用生物正交非规范氨基酸标记（BONCAT）对粪便微生物群代谢活性细菌细胞进行荧光标记，然后分别通过荧光激活细胞分选（FACS）和16S rRNA基因扩增子测序对活性细胞进行分类和分析（图2）。AX发酵不仅限于少数已知物种，而是扩展到更广泛的细菌群落的众多成员，并且涉及几种初级和二级发酵路径。为了深入了解肠道微生物群在纤维生理效应中的作用，使用机器学习方法来确定纤维对饱腹感和替代终点的生理效应的预测因子。
图1. AX和MCC补充剂对饱腹感和替代终点的影响
图2. 基于BONCAT体外检测试验示意图
产丙酸盐的D. invisus与饱腹感之间呈弱正相关（图3A），与生产甲酸盐的Dorea formicigenerans呈负相关，产丁酸盐的Eubacterium ramulus 和F. prausnitzii也显示出弱负相关（图3B）。HOMA-IR的改善与石胆酸浓度降低呈弱负相关（图3C），而钙卫蛋白与结合胆汁酸的降低呈负相关（图3D）。这项研究确定了两种独立形式的膳食纤维AX和MCC的生理效应，它们与超重个体的治疗相关。通过使用BONCAT，证明AX增强饱腹感的能力是由参与其利用的细菌分类群预测的，这表明肠道微生物群对纤维的发酵可能会影响其饱腹感作用。相比之下，AX诱导的胰岛素抵抗减弱虽然与粪便胆汁酸的变化有关，但与微生物群特征没有正相关。有趣的是，肠道微生物群无法利用的MCC通过降低粪便钙卫蛋白水平在肠道中显示出抗炎作用，这也是由胆汁酸变化预测的。令人惊讶的是，假设将肠道微生物组的代谢活动与宿主代谢和免疫学（肠道激素，细胞因子和肠道屏障完整性）联系起来的生物过程的分子标记不受可发酵AX的影响，也无法预测其影响。通过探索肠道微生物群在物理化学不同纤维的影响中的作用，研究提供了关于纤维如何影响人类饱腹感和肥胖相关替代终点的见解。
图3. 肠道微生物群组成特性和微生物与宿主相互作用的生物标志物
鉴于饱腹感，胰岛素抵抗和全身炎症在肥胖和心脏代谢疾病病因学中的重要性，研究结果确定了纯化纤维在预防和治疗慢性疾病中的潜在作用，同时也值得未来的研究探索MCC的抗炎作用。两种纤维类型的不同作用可以作为更有针对性的膳食纤维应用的基础，例如用于II型糖尿病的AX和用于炎症性疾病的MCC，这最终可以为营养指南提供信息。研究结果还为纤维-微生物组相互作用在诱导饱腹感中的作用提供了证据，而纤维的代谢和免疫作用可能影响不同的微生物群。更好地了解纤维诱导人类生理效应的机制将有助于开发纤维结构或设计碳水化合物的概念框架，从而提高临床疗效。AX对饱腹感的影响与个体微生物组利用纤维的能力有关，这为通过个性化方法优化纤维应用提供了机制基础。
原文链接：https://doi.org/10.1186/s40168-022-01248-5
