科学家们发现，肠道细菌产生的糖衍生化合物如何影响代谢，帮助控制血糖、减少脂肪积累，并为新的益生菌疗法铺平道路。该研究发表在《自然通讯》杂志上，探讨了肠道微生物群落来源的胞外多糖（EPS）在代谢调节和宿主生理中的作用。
背景
你肠道中的细菌能否与你的饮食一起影响你的血糖水平？随着肥胖和糖尿病等代谢紊乱达到流行病的比例，科学家们正在探索超越饮食和运动的新生物机制来调节代谢。人体肠道微生物群落是健康的重要调节器，影响着代谢、免疫和疾病预防。它容纳了数万亿个处理膳食成分并生成生物活性分子的细菌。其中，由特定肠道细菌（包括唾液链球菌）产生的EPS被认为是代谢健康的关键参与者。
这些多糖可以调节免疫反应，增强肠道屏障功能，并与宿主代谢途径相互作用。随着肥胖和糖尿病的增加，了解肠道微生物组的作用至关重要。尽管研究表明微生物EPS影响代谢，但其确切机制尚不清楚。进一步的研究需要确定细菌EPS，特别是来自唾液链球菌的EPS，如何影响宿主的代谢调节。
关于研究
唾液链球菌仅从蔗糖中产生胞外多糖（EPS），而不从葡萄糖或果糖中产生，突显了一种独特的糖特异性代谢途径，影响肠道微生物群落组成。
研究人员收集了472名人类捐赠者的粪便样本，遵循伦理指南进行。研究未指定年龄范围，排除了近期使用抗生素、益生菌或有代谢障碍的个体。样本在处理前储存在-80°C。使用厌氧培养技术分离能够产生EPS的细菌，并通过宏基因组测序和16S核糖体核糖核酸（rRNA）测序进行鉴定。
小鼠实验使用C57BL/6J和无菌小鼠，在受控条件下饲养。小鼠被分配到标准或高脂饮食，有或没有EPS补充。进行了葡萄糖耐量测试和胰岛素敏感性分析以评估代谢效应。采集血液样本测量葡萄糖、胰岛素和肠道激素水平。
为了调查微生物组的变化，进行了宏基因组测序和16S rRNA测序分析肠道微生物群落组成。使用气相色谱法测量短链脂肪酸（SCFA）浓度。进行了细胞因子分析以确定系统性炎症水平。代谢笼研究评估能量消耗、食物摄入和体力活动。
统计分析包括参数数据的学生t检验和非参数数据的Mann-Whitney U检验。相关分析在细菌丰度、SCFA水平和代谢标志物之间进行。p值<0.05被认为具有统计学意义。
研究结果
接受EPS补充的小鼠显示出更高水平的GLP-1和肽YY，这两种肠道激素与食欲调节有关，表明EPS可能自然影响饱腹感并减少过度进食。
一种唾液链球菌菌株被确定为人类肠道微生物群落中主要的EPS生产者。这种菌株通过调节肠道激素水平和SCFA影响宿主代谢。在人类受试者中，唾液链球菌丰度较高的人血糖水平较低，胰岛素敏感性改善。然而，这些发现是相关的，意味着它们不能证明唾液链球菌直接导致人类代谢改善。
在小鼠模型中，EPS给药显著增强了葡萄糖耐量和胰岛素敏感性。无菌小鼠接种唾液链球菌后，GLP-1水平升高，促进葡萄糖稳态。接受EPS补充的小鼠体重和脂肪质量较对照组减少。长期监测显示，EPS喂养的小鼠代谢标志物持续改善。胰岛素敏感性保持较高，体重增长得到控制长达16周。
宏基因组测序显示，EPS改变了肠道微生物群落组成，增加了产SCFA的细菌如拟杆菌和Bacteroidales S24-7组成员的丰度。SCFA分析确认乙酸和丙酸水平升高，支持增强的微生物发酵活性。此外，EPS处理的小鼠炎症标志物显著减少，表明对代谢性炎症有保护作用。
进一步分析显示，EPS处理的小鼠炎症标志物减少，表现为循环中促炎细胞因子水平降低。这表明肠道来源的EPS可能在对抗代谢性炎症方面发挥保护作用，而代谢性炎症是肥胖和胰岛素抵抗的关键因素。
相关分析进一步证实，肠道微生物群落组成与代谢标志物之间的关系表明，唾液链球菌丰度较高的人血糖调节更好，体重指数（BMI）较低。这些细菌的存在与SCFA水平升高显著相关，进一步支持EPS在代谢调节中的作用。然而，唾液链球菌菌株变异和饮食影响可能会影响EPS的产生，这意味着在小鼠中观察到的代谢益处可能不会完全转化到人类。
为了进一步验证这些发现，进行了代谢组学分析以评估宿主代谢途径的变化。EPS处理的小鼠显示出与能量代谢改善相关的代谢产物显著增加，包括线粒体功能增强和脂肪酸氧化。
这些发现表明，EPS不仅调节肠道微生物群落，还直接影响宿主的能量代谢。值得注意的是，观察到的效果依赖于肠道微生物产生的SCFA，而不是EPS单独作用。即使饮食干预停止后，观察到的效果仍然持续，表明EPS补充可能具有长期益处。
此外，评估了食物摄入和能量消耗。接受EPS的小鼠尽管能量消耗与对照组相似，但食物摄入量较低。这表明EPS可能通过肠道激素调节影响饱腹感信号。EPS处理的小鼠GLP-1和肽YY水平显著升高，进一步支持这一假设。
结论
该研究确定了levansucrase和glycosyltransferase酶是唾液链球菌中EPS合成的关键，提供了开发基于微生物群的代谢干预措施的潜在分子靶点。
总之，这项研究表明，肠道微生物群落来源的EPS在调节代谢中起重要作用。唾液链球菌作为肠道中主要的EPS生产者，与人类代谢标志物改善和小鼠葡萄糖代谢增强有关。EPS补充剂降低了血糖水平，增强了胰岛素敏感性，并减少了炎症。虽然这些发现表明潜在的代谢益处，但仍需进一步研究以确定具体的机制、菌株变异和唾液链球菌在人类中的长期效果。
这些发现表明，针对微生物组的干预措施，如益生菌或益生元，可能为代谢障碍提供治疗益处。鉴于全球肥胖和糖尿病的上升趋势，这些结果提出了重要问题：未来的益生菌疗法能否帮助预防代谢障碍？肠道来源的EPS是否是长期代谢健康的钥匙？
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