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腸道菌群的重要功能之一是代謝各種營養(yǎng)物質(zhì)和外源性物質(zhì)

2021-08-19 13:22:07 來源：中國科學報

腸道菌群的重要功能之一是代謝各種營養(yǎng)物質(zhì)和外源性物質(zhì)。其代謝能力甚至超過人體細胞，產(chǎn)生的生物活性代謝物可以直接或間接影響宿主的生理機能。

中科院上海營養(yǎng)與健康研究所研究員林旭、陳雁等人合作，首次通過臨床營養(yǎng)干預(yù)研究，發(fā)現(xiàn)花生替代精制谷物能提高代謝綜合征逆轉(zhuǎn)率，進而發(fā)現(xiàn)腸道菌群在指導(dǎo)精準營養(yǎng)干預(yù)改善代謝綜合征中起著重要作用。相關(guān)研究已在《美國臨床營養(yǎng)學雜志》和《分子營養(yǎng)與食品研究》上發(fā)表。

花生逆轉(zhuǎn)代謝綜合征

花生富含不飽和脂肪酸、植物蛋白、纖維、多酚及其他生物活性物質(zhì)，在全球范圍內(nèi)被廣泛種植和食用。觀察性研究提示，攝入花生可以降低心血管疾病風險，而高精制谷物攝入則與高心血管疾病風險息息相關(guān)。

代謝綜合征是腹型肥胖、空腹血糖升高、脂質(zhì)紊亂或血壓升高等心血管代謝疾病風險因素集合出現(xiàn)的一種代謝紊亂狀態(tài)，它顯著增加了罹患2型糖尿病、心血管疾病的風險。

“及時干預(yù)并逆轉(zhuǎn)代謝綜合征可以將這些疾病的預(yù)防‘窗口”前移。”中科院上海營養(yǎng)與健康研究所研究員林旭對《中國科學報》說，“用花生替代精制谷物可能可以降低代謝綜合征風險人群的心血管疾病風險，然而，先前一直缺乏相關(guān)臨床干預(yù)證據(jù)。”

在一項為期12周的隨機對照臨床干預(yù)研究中，該團隊招募到224名患有代謝綜合征或有代謝綜合征高風險的志愿者，將他們隨機分配到花生干預(yù)組或?qū)φ战M。在干預(yù)期間，花生干預(yù)組的志愿者每天午餐和晚餐前一小時內(nèi)分別食用一小包（28克/包）輕鹽烤花生，而對照組的志愿者則食用一份與烤花生等能量的精制谷物棒。在干預(yù)前后，研究人員收集了所有志愿者的體重、腰圍、血壓等數(shù)據(jù)，并結(jié)合其飲食信息，采集空腹血樣，檢測了血糖、血脂等指標。

“分析各組志愿者干預(yù)前后的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)花生干預(yù)組志愿者的代謝綜合征逆轉(zhuǎn)（即原先患有代謝綜合征而在干預(yù)結(jié)束后不再滿足代謝綜合征標準）比率顯著高于對照組的志愿者。”林旭說，“還有部分花生干預(yù)組的志愿者中原先處于代謝綜合征高風險，其風險因素數(shù)量降低的比例也高于對照組。”

此外，研究者發(fā)現(xiàn)，雖然花生脂肪含量較高，但12周的花生攝入并沒有增加志愿者體重，甚至還在一定程度上降低了體重。據(jù)此判斷，用適量花生替代部分精制谷物攝入，可以在不增加體重的情況下，改善高風險人群的心血管代謝疾病風險。

重視“超級共生體”

人們發(fā)現(xiàn)，不同個體對同樣的食物反應(yīng)不一，這體現(xiàn)在餐后血糖、疾病干預(yù)效果等方面。最新研究認為，即使是同卵雙胞胎，對同種食物的反應(yīng)也可能有所不同，表明這種差異不能單靠基因來解釋。

“現(xiàn)在我們認識到，其重要原因是不同個體腸道中的微生物群不同。”該論文第一作者王爍告訴《中國科學報》，“因此，人們在選擇食物或進行營養(yǎng)干預(yù)時，應(yīng)將自己視作人和微生物的‘超級共生體’，通過基于個性化的營養(yǎng)支持來優(yōu)化健康或預(yù)防、管理、治療疾病，這就是精準膳食或個體化營養(yǎng)。”

研究人員通過對腸道菌群的采集與分析，將菌群信息與臨床指標進行關(guān)聯(lián)研究。發(fā)現(xiàn)花生干預(yù)后各臨床檢驗指標和身體測量指標的變化呈現(xiàn)高度的個體差異性。通過分析人群腸道菌群的組成，研究發(fā)現(xiàn)無論是組間比較還是組內(nèi)前后比較，菌群結(jié)構(gòu)均具有高度的個體特異性，其組成變化的一致性規(guī)律較少。

大量研究表明，腸道菌群與各種疾病發(fā)生發(fā)展存在密切聯(lián)系，如代謝性疾病、心血管疾病、精神疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、胃腸道疾病、自身免疫性疾病和腫瘤等。在許多疾病的營養(yǎng)干預(yù)或治療過程中，腸道菌群也起著至關(guān)重要的作用。

“另外，腸道菌群對藥物代謝和毒性也有一定的作用。”王爍說，“大量證據(jù)表明，許多藥物治療效果的個體差異性與腸道菌群有關(guān)，如在腫瘤的免疫治療中，腸道菌群的組成不僅對療效產(chǎn)生影響，某些特定益生菌還能增強免疫治療的效果，同時緩解免疫治療帶來的腸道炎癥等副作用。”

機器學習顯優(yōu)勢

腸道微生物是一個龐大的生態(tài)系統(tǒng)，它與機體代謝以及許多代謝相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系，但其測序的數(shù)據(jù)量是巨大的，這就給研究分析帶來了極大的難度。

“近年來，基于機器學習算法對菌群信息開展分析，對各樣本的菌群數(shù)據(jù)進行分類和預(yù)測，并篩選出一些有價值的標志物類群，在預(yù)測個體對飲食干預(yù)的響應(yīng)效果以及預(yù)測個體對某些疾病的治療效果等方面，成為一個極有力的生物信息學手段。”王爍說，“也為今后以腸道菌群為基礎(chǔ)的個體化營養(yǎng)和精準醫(yī)療策略實施帶來重要的指導(dǎo)意義。”

鑒于人群對花生干預(yù)響應(yīng)程度的差異，科研人員根據(jù)每個代謝相關(guān)指標的前后改善情況以及代謝綜合征風險的逆轉(zhuǎn)情況，將花生干預(yù)組的人群分為應(yīng)答者與非應(yīng)答者。

應(yīng)用機器學習的算法，研究利用干預(yù)前樣本的菌群測序數(shù)據(jù)特征，建立了針對每個指標和代謝綜合征整體風險逆轉(zhuǎn)情況的響應(yīng)預(yù)測模型。研究者對體重、腰圍、收縮壓、舒張壓、空腹血糖，甘油三酯，總膽固醇等9項臨床指標檢測發(fā)現(xiàn)，其中有6項指標的預(yù)測模型取得了預(yù)期效果，特別是在舒張壓和體重的干預(yù)效果預(yù)測上達到了較高的準確度。此外，代謝綜合征整體風險逆轉(zhuǎn)情況也可通過建立的模型達到較好的預(yù)測效果。

“這項研究突出了腸道菌群在指導(dǎo)精準營養(yǎng)中的關(guān)鍵作用。” 中科院上海營養(yǎng)與健康研究所研究員陳雁告訴《中國科學報》，“基于這一研究思路，未來可以通過菌群等大數(shù)據(jù)信息來預(yù)測和設(shè)計個性化飲食和精準醫(yī)療方案，進而有效調(diào)整機體代謝和干預(yù)治療疾病。”

王爍介紹說，除花生干預(yù)以外，很多功能性食物或飲食模式都有可能通過菌群等信息，建立對代謝綜合征的響應(yīng)效果預(yù)測模型。另一方面，與菌群相關(guān)的其他疾病也有可能建立相應(yīng)的預(yù)測模型。

“我們也希望將來會有更多大樣本、長時間、高質(zhì)量的研究來充分探討飲食、微生物和人體代謝三者之間的相互作用。”王爍說，“雖然目前利用微生物組分析來進行個體化飲食和精準醫(yī)療方案還面臨諸多挑戰(zhàn)，但我們相信，基于腸道菌群信息的個性化營養(yǎng)治療將是未來防治疾病中不可或缺的一環(huán)。”

“該研究揭示出腸道菌群在精準營養(yǎng)干預(yù)改善代謝和治療疾病策略中的關(guān)鍵地位，為后續(xù)以腸道菌群為功能性食物或藥物作用的靶點研究，或開展更大規(guī)模精準營養(yǎng)干預(yù)和臨床應(yīng)用提供新的思路和理論依據(jù)。”陳雁說。

標簽：腸道菌群代謝能力人體細胞生物活性代謝物