今日最新出版的《科學(xué)》雜志上刊發(fā)了一項(xiàng)來(lái)自華人科學(xué)家的重量級(jí)研究：上海交通大學(xué)趙立平教授、彭永德教授、以及張晨虹教授組成的團(tuán)隊(duì)證實(shí)，膳食纖維有助于促進(jìn)腸道內(nèi)的益生菌生長(zhǎng)，從而有效控制糖尿?。∵@一發(fā)現(xiàn)對(duì)于糖尿病的防治有著重要的指導(dǎo)意義。
▲為這支科研“全華班”點(diǎn)贊！（圖片來(lái)源：《科學(xué)》）
許多人都知道膳食纖維對(duì)健康有益，但它并不能被人體直接消化和吸收。因此，膳食纖維究竟能怎樣促進(jìn)人類健康，至今仍然有很多謎團(tuán)有待解決。在現(xiàn)有的諸多理論中，不少科學(xué)家將膳食纖維與腸道菌群聯(lián)系到了一塊。一些研究表明，人類無(wú)法消化的膳食纖維，卻有可能是腸道菌群的重要食物。而腸道菌群在消化這些膳食纖維后，又可以產(chǎn)生短鏈脂肪酸，為人體帶來(lái)益處。
有趣的是，短鏈脂肪酸在糖尿病中也扮演了重要的作用?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這些脂肪酸的缺乏與2型糖尿病相關(guān)，而攝入能被腸道菌群發(fā)酵消化的膳食纖維，則能減輕2型糖尿病的癥狀。種種結(jié)果表明，膳食纖維可以通過(guò)腸道菌群，改善糖尿病患者的病情。
然而，要證實(shí)這個(gè)理論的正確性，我們還缺失了關(guān)鍵的一環(huán)——找到這些腸道細(xì)菌。聽(tīng)起來(lái)容易做起來(lái)難。在人體腸道中，能消化膳食纖維，產(chǎn)生短鏈脂肪酸的細(xì)菌種類少說(shuō)也有幾百種。為了更好地理解背后的機(jī)理，我們還需要“釣出”真正參與其中的益生菌。
在這項(xiàng)登上《科學(xué)》的研究中，研究人員們首先招募了43名罹患糖尿病的志愿者，他們都接受了淀粉酶抑制劑阿波卡糖的治療，以控制病情。在治療外，其中16名患者按中國(guó)糖尿病學(xué)會(huì)的推薦進(jìn)行日常飲食，作為對(duì)照組；另外27名患者則接受了高膳食纖維的飲食。在幾個(gè)月的堅(jiān)持下，相比對(duì)照組，高膳食纖維組的糖化血紅蛋白（HbA1c）有著更為明顯的下降。這一結(jié)果再次證實(shí)，膳食纖維有助于緩解糖尿病癥狀。
▲相較對(duì)照組（U），高膳食纖維組（W）能更好地降低糖化血紅蛋白水平（圖片來(lái)源：《科學(xué)》）
那么，這一改善是否有著腸道菌群的參與呢？研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)精妙的實(shí)驗(yàn)。他們?cè)谕幻颊呓邮芨呱攀忱w維飲食的前后，分別分離出了他的腸道菌群，并移植到了無(wú)菌小鼠體內(nèi)。有趣的是，在采納高膳食纖維飲食后，患者的腸道菌群能更好地控制小鼠的血糖。這些結(jié)果也表明，膳食纖維的確讓患者腸道菌群出現(xiàn)了有益的改善。
▲接受高膳食纖維后（藍(lán)色虛線），腸道菌群能改善血糖水平（圖片來(lái)源：《科學(xué)》）
對(duì)腸道菌群的進(jìn)一步分析則發(fā)現(xiàn)，高膳食纖維組的菌群基因豐富度要明顯高于對(duì)照組。在完成治療后，兩組之間的菌群結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了顯著不同。相應(yīng)的，兩組在短鏈脂肪酸的合成上也出現(xiàn)了差異。在對(duì)照組中，只有乙酸合成通路得到了激活；而在高膳食纖維組里，乙酸和丁酸的合成通路都得到了激活。先前人們發(fā)現(xiàn)，乙酸和丁酸可以增加胰高血糖素樣肽（GLP-1）和YY肽（PYY）的分泌，這有助于促進(jìn)胰島素分泌，改善糖尿病的癥狀。
▲不到3個(gè)月的治療，就讓高膳食纖維組（藍(lán)色）與對(duì)照組（紅色）的腸道菌群結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了明顯變化（圖片來(lái)源：《科學(xué)》）
如果說(shuō)以上的研究將膳食纖維到腸道菌群，再到糖尿病的改善串在了一起，那么接下來(lái)的發(fā)現(xiàn)可謂是研究中的點(diǎn)睛之筆！為了找到哪些細(xì)菌對(duì)此起了關(guān)鍵作用，研究人員們做了大量分析，發(fā)現(xiàn)在高膳食纖維的作用下，腸道中有15個(gè)菌株明顯增多。有趣的是，這15個(gè)菌株都能產(chǎn)生乙酸，其中5個(gè)還能同時(shí)產(chǎn)生丁酸。
▲15個(gè)在膳食纖維作用下明顯增多的菌株（圖片來(lái)源：《科學(xué)》）
研究人員們選取了這些菌株中，合成短鏈脂肪酸最為積極的假鏈狀雙歧桿菌（Bifidobacterium pseudocatenulatum）進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)這款菌株被引入高脂飲食的小鼠體內(nèi)后，顯著改善了體重、體脂、空腹血糖、以及胰島素耐受等指標(biāo)。這也證實(shí)了腸道菌群和糖尿病改善之間的因果關(guān)系。
此外，研究人員還表明，這些菌株的增長(zhǎng)能抑制“有害菌”的擴(kuò)增，從而減少了有害代謝產(chǎn)物的生成；隨著乙酸和丁酸的不斷產(chǎn)生，腸道pH值也有所降低。這些結(jié)果，讓我們的腸道環(huán)境變得更為健康。
趙立平教授為學(xué)術(shù)經(jīng)緯的讀者們點(diǎn)評(píng)說(shuō)：“這項(xiàng)工作找到了一組通過(guò)發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生短鏈脂肪酸，進(jìn)而改善糖尿病的人體腸道有益菌，可以作為新型靶標(biāo)進(jìn)行糖尿病的個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)防治。”
據(jù)趙立平教授透露，這項(xiàng)工作是“十年磨一劍，滴水終石穿”的結(jié)晶。在前沿科學(xué)領(lǐng)域探索之不易，由此也可見(jiàn)一斑。我們祝賀趙立平教授、彭永德教授、以及張晨虹教授團(tuán)隊(duì)的堅(jiān)守終成正果，也期待未來(lái)有更多來(lái)自中國(guó)的科學(xué)突破給我們帶來(lái)驚喜！
參考資料：
[1] Gut bacteria selectively promoted by dietary fibers alleviate type 2 diabetes
[2] 趙立平等《科學(xué)》亮劍：用膳食纖維“釣”出15株緩解糖尿病的細(xì)菌！——“熱心腸先生”微信公眾號(hào)
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