专访张晨虹博士：Science最新成果，膳食纤维通过有益菌群调节血糖

3月9日，《科学》杂志在线发表了上海交通大学生命科学技术学院赵立平教授领导的国际合作团队的最新成果“Gutbacteria selectively promoted by dietary fibers alleviate type 2 diabetes”。赵立平、张晨虹和彭永德教授等人合作，发现通过提供丰富多样的膳食纤维，可以使人体肠道内特定有益菌群升高，进而改善2型糖尿病的临床症状。

作为该项目的测序服务合作伙伴，金唯智为该成果的发布表示祝贺，并有幸采访了文章的主要项目负责人、共同通讯作者张晨虹博士，请她从自己的研究视角为我们解读这个突破性的成果。

 

独特的设计，开启新的视角

我们这个项目起初主要是为了探明膳食纤维调节肠道菌群的作用机制，寻找作用靶点，而不仅是评估高膳食纤维对于糖尿病干预的临床效果。有趣的是，我们在研究过程中发现，高膳食纤维的饮食对于糖尿病人的糖化血红蛋白(HbA1c)的改善有很大的帮助。相比以往关注找出驱动糖尿病发生的“致病菌”的研究，我们鉴定出了一组有利于增加胰岛素分泌和提高胰岛素敏感性的“短链脂肪酸”产生菌。这些菌不是相互独立、互不相干，相反它们彼此形成了一个有协同关系的“生态功能群”，共同恢复和维持人体健康。

在本研究中，实验组与对照组的能量和主要营养素的摄入是一样的，区别在于实验组多摄入了大量多样化的膳食纤维。我们在几个不同时间点进行了肠道菌群取样，通过对大规模元基因组测序数据的挖掘，我们重构了优势菌的高质量基因组草图。从菌株水平上进行分析，我们发现其中的141个菌株带有至少一个短链脂肪酸产生的关键基因，都是有短链脂肪酸产生潜力的细菌。通过和对照组的对比，我们发现其中有47个菌株在膳食纤维干预后显著降低，有15个菌株干预后显著增加，而且两者的升降间存在相关性。有益菌株在高膳食纤维的摄入后大量富集，短链脂肪酸水平增加，驱动了胃肠道激素及胰岛素对血糖的调节。另一方面，肠道环境的PH值的降低，竞争性的抑制了那些对于酸性肠道环境耐受差的菌株。这些被抑制的菌种中，有些携带产生例如内毒素、吲哚和硫化氢等有害代谢物所必需的基因，它们被抑制后有助于构建更健康的肠道环境。

此外，我们发现有益菌的丰度和多样性越高，糖化血红蛋白就越低。通过分析了这些细菌的产物以及人体对这些产物的反应，我们建立了基于这些关键细菌的丰度和多样性的统计模型，可以预报营养干预的效果。通过合理设计的高膳食纤维饮食，特异性地促进有益菌的生长，对于糖尿病营养治疗是个新的启发。

高质量的数据是科研的根本

在这个研究中，通过拼接高质量基因组草图的办法来分析元基因组数据，我们在菌株水平鉴定出了可被膳食纤维特异性增高的肠道细菌。这要感谢我们实验室数据分析团队的积累和研发，也离不开测序服务商提供的高质量的数据保障。为了尽可能避免未知干扰因素的影响，很多的课题研究我们通常会在收集好足够样本后，同一时间批量的进行测序。在处理大批量样本时，我们自有的Miseq平台和实验团队就太吃力了，不如交给拥有更高通量的金唯智这样的外包公司来处理了。另外，对于一些大的项目来说，我们可能需要历时较长时间来进行研究，对于样本的处理和测序的操作需要尽量一致。从这个角度来说，我们倾向于选择一家质量稳定的服务商长期合作。在我们的过往的合作中，金唯智的测序质量都不错，交付周期也挺快的，平台也很全面，这也是我们长期合作的重要基础。

营养调控的监控器

本次研究的成果为通过调节膳食纤维改善肠道菌群来改善2型糖尿病提供了有力证据，也为靶向肠道菌群以干预其他疾病的研究提供了重要参考。我们每个人的个体肠道菌群存在着很大的差异，通过营养调节肠道菌群的方案也大有不同。基于我们目前的研究模型，利用关键细菌的早期变化可以很好地预报营养方案的疗效。

未来，我们可以在个体菌群分析的基础上，设计相应的营养方案，根据模型预测进行个性化调整匹配，更为精准的指导个人的肠道菌群干预方案。

 

编后记

为客户提供价值，是金唯智成立的初衷。助力科研人员加快研究进展，是金唯智存在的意义。

恭喜微生物代谢国家重点实验室在探索生命现象的本质，解决慢性疾病的治疗领域取得的又一个大的突破!让我们携手努力，在生命科学领域砥砺前行，为世界更好!