研究背景：肠道菌群是一个复杂的微生物生态系统，维持与它的共生关系对人类健康至关重要。这种关系主要体现在细菌酵解碳水化合物产生SCFAs：人类的饮食为细菌提供了碳水化合物以支持其生长，而反过来，细菌能够酵解这些碳水化合物从而产生SCFAs，为肠细胞提供能量、减轻炎症、调节饱腹感，等等。SCFA产生不足与疾病有关，包括2型糖尿病（T2DM）。在临床试验中，增加不可消化但可酵解的碳水化合物（膳食纤维）的摄入量可以缓解T2DM的疾病表型，但与不同的治疗反应有关。许多分类群中的数百种肠道细菌都有将碳水化合物发酵成SCFAs的基因，产生同样SCFA的菌株也表现出对可食用膳食纤维的增加的不同反应。为了提高膳食纤维干预的临床效果，当碳水化合物的增加作为一种新的环境资源时，了解肠道生态系统的个体菌株如何反应以及功能群体如何相互影响是至关重要的。
实验设计：共43名已确诊的T2DM患者，随机分为两组即常规组（U组；n=16）和治疗组（W组；n=27），两组均接受阿卡波糖治疗，以控制病情。不同的是常规组基于年中国糖尿病学会T2DM指南的建议进行日常饮食，治疗组采用高膳食纤维饮食干预。各组的每日能量和宏观营养素摄入量基本一致。
实验结果：
1、HbA1c水平及血糖水平
图1A-D分别代表两组病人HbA1c水平、血糖达到良好控制（HbA1c＜7%）的比例、空腹血糖及餐后血糖的变化
从图1-A中可以看出，两组HbA1c水平均随时间显著下降，从第28天起，W组的下降幅度更大。图1-B则显示在干预结束后参与者血糖得到充分控制的人数比例（HbA1c＜7%），W组也明显较高（W组中为89%，U组中为50%）。虽然干预结束时两组的空腹血糖无明显差异，但在第28天，W组的空腹血糖水平显著降低（图1-C），餐后血糖水平也有相似的趋势（图1-D），这表明膳食纤维干预能够更显著且更快地改善临床结果。
2、肠道菌群与血糖控制之间的关系
为了确定肠道菌群与膳食纤维改善宿主血糖控制之间的关系，试验将同一病人干预前后的肠道菌群移植到无菌小鼠体内，结果显示：从W或U组干预后移植的微生物群的小鼠，其代谢健康参数比接受干预前微生物群移植的小鼠有更好的表现。接受W组干预后微生物群移植的小鼠在所有无菌小鼠中，其空腹和餐后血糖水平最低（图2-E）。这一结果表明肠道微生物群在膳食纤维的调节下，对改善T2DM患者的葡萄糖稳态起了促进作用。
图2-E移植两组病人干预前后肠道菌群的小鼠的血糖水平
3、患者肠道菌群结构的改变
利用鸟枪法探究膳食纤维如何改变肠道菌群结构。对四个时间点（0天、28天、56天和84天）采集的粪便样本进行分析。从0天到28天，两组的基因丰富度都有显著下降，临床上也有显著改善，此后没有进一步的变化（图3-F）。但在28天之后，W组的基因丰富度高于U组，这一趋势可能与W组更好的临床结果有关（图1-F）。对肠道菌群整体结构分析也表明从0到28天，两组菌群变化显著，之后没有进一步的变化（图3-G）。干预结束时两组肠道菌群差异显示了膳食纤维对肠道菌群的独特调节作用，同时，经分析也表明肠道菌群的改变与临床结果改善相关。
图3F和G分别代表两组病人肠道菌群多样性（基因丰富度）及肠道菌群总体结构的变化
4、高纤维饮食改变T2DM患者体内酵解碳水化合物的肠道菌群
高纤维饮食和阿卡波糖都能增加可酵解碳水化合物的利用率，这使研究团队专注于利用碳水化合物的基因。研究发现干预前后，所有样本中碳水化合物活性酶（CAZy）基因有很大的差异（图4-A），在代谢不同碳水化合物基质的CAZy基因中，那些有助于淀粉和菊粉降解的基因在干预后其丰度明显增加。
图4A碳水化合物活性酶（CAZy）基因丰度的改变
进一步的研究发现，高膳食纤维组富集了由15株产乙酸和丁酸的菌组成的功能群，抑制了吲哚和硫化氢产生菌，增加了丁酸生成，促进GLP-1和PYY分泌，有助于促进胰岛素分泌，改善血糖情况。
结论：本研究主要发现了15株对高纤维饮食干预有积极反应的菌株，这些菌株抑制了有害化合物如吲哚和硫化氢产生菌。它们的多样性和丰富度越高，参与者的血红蛋白水平改善的越好。通过有针对性的恢复这些菌株可能为管理T2DM提供了一种新的生态学方法。
引文来源：LipingZhao,etal.Gutbacteriaselectivelypromotedbydietaryfibersalleviatetype2diabetes[J].Science,,():-.