膳食纤维通过微生物改善心血管健康，预防代谢紊乱和癌症。为了了解膳食纤维补充对健康的益处，作者调查了两种主流的纯化纤维，阿拉伯木聚糖(AX)和长链菊粉(LCI) ，以及五种纤维的混合物。整合了健康和胰岛素抵抗患者的临床指标、代谢组学，脂质组学，蛋白质组学，宏基因组学，和cytokine panel细胞因子谱的多组学特征。

  2 研究方法

  2.1 实验设计

  18名参与者

  入选标准包括: 1)18岁以上，2)未怀孕，3)一般健康(入选时无明显症状)或患有2型糖尿病。

  本研究的排除标准包括: 1)医生认为会干扰研究参与或结果评估的任何医疗状况，2)患者的精神残疾或认知障碍，这将排除对研究方案的充分理解或合作。

  共有37个人对参与这项研究感兴趣。有十五个人表示有兴趣，但没有参加。其中四个被排除在外: 一个是因为糖尿病血糖不稳定，一个是因为输血困难，需要多次穿刺，还有两个是因为最近体重明显减轻。其他11人决定不加入，原因有很多，包括时间等。

  参与者经历3个周期的纤维补充，每个周期为3周，第一周增加10g/天的剂量，第二周每天20g，第三周每天30g。对于前两个周期随机化，测试的纤维是菊苣菊粉和阿拉伯木聚糖和第三个周期期间5种纤维的混合物。纤维混合物包括等量的菊粉，阿拉伯木聚糖，葡甘聚糖，抗性淀粉和阿拉伯木纤维。每个周期间隔为6-10周。纤维以10g 小袋提供，并指示参与者将小袋的内容重新悬浮在至少8盎司的水中，并在第一周与早餐一起饮用，第二周与早餐一起饮用，第三周与每餐(早餐，午餐和晚餐)一起饮用。

  对于每个纤维周期，在七个时间点收集血液，尿液和粪便样品: 基线，第一周结束，第二周结束，第三周结束，补充结束后第3天和补充结束后第10天。在每次访视时进行一般健康(体重，血压，红细胞压积，空腹血糖，空腹胰岛素，血脂，肝功能测试和肾功能测试)的综合人体测量，临床和血浆测量。

  3 研究结果

  3.2 阿拉伯木聚糖对宏基因组的影响

  接下来，我们深入研究了每种纤维对临床和组学测量的影响。归一化后(见STAR方法)，我们使用C均值聚类将分析物聚类为纵向流行模式。在补充AX期间，微生物、微生物基因家族和分子分析物以I类聚类模式(8016/128350分析物)表示，随后随着纤维的剂量响应增加(图A)。实例包括蔷薇属(p=0.00286，F=2.33)和木茴香类杆菌(p=1.38 310?5;F=3.01)，这两个类群已知在结肠中发酵纤维。此外，在这一类中还有L-瓜氨酸代谢(p=0.00206，F=2.41)和木糖降解IV(p=2.0379，F=1.73)的超基因组途径。该基因簇还包含负责代谢AX和与其结合的酚酸的宏基因组酶、木聚糖酶(K01181，p=0.00531，F=2.19)和阿魏酸酯酶(K09252，p=1.19 3 108，F=5.26)。木聚糖酶是一种碳水化合物活性酶，是一种糖苷水解酶，负责分解阿拉伯木聚糖中糖苷键。然后，我们在C均值聚类中进行相关分析。在I类中，脂质和微生物群之间存在负相关。与脂质簇呈负相关的微生物是副流感嗜血杆菌、细小微血管内皮菌、双血管内皮菌和微核巨球菌。这表明，在补充AX期间血脂增加的参与者没有这些微生物(或微生物低于检测限)，而那些脂质反应最弱的参与者的微生物丰度更高。II类聚类显示出分析物/微生物的减少，并揭示了与阿拉伯糖和木糖代谢相关的基因本体。与AX补充相关的第三种主要模式(III类;8128\/128350分析物;)显示分析物以非剂量反应方式增加。该延迟反应群包括与发酵相关的途径，如乙酸盐生产、混合酸发酵和几种脂肪酸途径。该簇中的基因家族包括木糖和阿拉伯糖代谢基因。该延迟类还包含多种细胞因子。因此，这些特征在纤维补充后升高的时间更长，但在纤维去除后持续时间更长。总之，这些发现显示了对纤维补充的动态和持久的元基因组反应。

  3 研究结果

  3.3 胆固醇、胆汁酸和脂质对AX的反应

  有临床相关分析物显示与AX呈负剂量反应。其中包括低密度脂蛋白和总胆固醇。混合纤维疗程也显示出类似的对AX的负剂量反应，尽管影响较小，可能是因为它含有较低剂量的AX。与AX不同，LDL在补充LCI后没有变化，与一些已发表的报告相反。补充AX期间，HDL胆固醇没有显著变化。此外，脂质组学数据中检测到的许多CE物种与纤维呈负剂量反应。这些结果表明，在补充AX期间，包括LDL在内的胆固醇库减少。特别是，熊去氧胆酸和鹅去氧基胆酸,这些胆汁酸与许多微生物有关(D)。熊去氧胆酸与双歧杆菌呈正相关。这些关联突出了微生物群落与胆汁酸丰度的相互作用。胆汁酸和微生物群之间的相关性在纤维类型之间并不一致，因为胆汁酸和所有三种纤维补充剂中存在的微生物之间没有相关性。其他二次胆汁酸，如石胆酸未随AX的增加而显著增加，且在补充LCI时显着减少。因此，纤维不仅独特地塑造了微生物群，还塑造了胆汁酸粪便。在7名受试者的随访队列中，我们遵循了类似的方案，但我们没有增加剂量，而是给受试者每天20克纤维，持续三周。胆固醇趋势与母体队列中相同，在纤维补充过程中显著降低，并在洗涤期恢复到基线水平，图SC。此外，我们发现胆汁酸增加，尤其是鹅去氧胆酸，图SD。总的来说，脂质的减少表明了AX的普遍降血脂作用。显示相反剂量反应的分子相互关联，包括PCs、PEs、CEs、LDL和总胆固醇，图F。

  每种纤维都与纤维依赖的生化和微生物反应有关。AX 的消耗与低密度脂蛋白的显著降低和胆汁酸的增加有关，也促进了胆固醇的降低。LCI 与双歧杆菌的增加有关。然而，在最高的 LCI 剂量，有增加的炎症和肝酶丙氨酸转氨酶升高。这项研究对纤维补充的作用和纤维诱导的胆固醇降低的机制产生了深入的认识，并且展示了单独的，纯化的纤维对微生物组的影响。

  期刊名称：Cell Host & Microbe

  第一作者：Samuel M. Lancaster

  通讯作者：Michael P. Snyder

  1. 斯坦福大学医学院遗传学系，斯坦福大学医学院

  2. 斯坦福大学医学院心血管研究所

  3. 斯坦福大学医学院内分泌学系

  4. 斯坦福大学医学院微生物学与免疫学系

  5. 扎克伯格生物中心