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。
背景
你肠道中的细菌能否像饮食一样影响你的血糖水平？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）产生的外多糖（EPS）在代谢健康中扮演关键角色。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。尽管研究表明微生物EPS会影响代谢，但其具体机制尚不清楚。进一步的研究对于了解细菌EPS，尤其是来自唾液链球菌的EPS如何影响宿主代谢调节至关重要。
研究内容
唾液链球菌仅从蔗糖而非葡萄糖或果糖中产生外多糖（EPS），这表明存在一种独特的糖特异性代谢途径，影响肠道微生物群组成。
研究人员收集了472名人类捐赠者的粪便样本，并遵循伦理指南进行实验。研究未指定年龄范围，排除了最近使用抗生素、益生菌或患有代谢障碍的个体。样本在处理前储存在-80°C。通过厌氧培养技术分离出能够产生EPS的细菌，并使用宏基因组测序和16S核糖体RNA测序进行鉴定。
小鼠实验使用了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，有或无EPS补充。进行了葡萄糖耐量测试和胰岛素敏感性测定，以评估代谢效应。收集血液样本测量葡萄糖、胰岛素和肠道激素水平。
为了研究微生物群的变化，进行了宏基因组测序和16S rRNA测序分析肠道微生物群组成。通过气相色谱法测量短链脂肪酸（SCFA）浓度，并进行了细胞因子测定以确定系统性炎症水平。代谢笼研究评估了能量消耗、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。进行了细菌丰度、SCFA水平和代谢标志物之间的相关性分析。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暴饮暴食。
一种唾液链球菌（S. salivarius）菌株被确定为人类肠道微生物群中主要的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群表现出较低的血糖水平和改善的胰岛素敏感性。然而，这些发现是相关的，意味着它们并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。无菌小鼠定植唾液链球菌后，表现出更高的GLP-1水平，促进葡萄糖稳态。补充EPS的小鼠还显示出比对照组更低的体重和脂肪质量。长期监测表明，EPS喂养的小鼠在16周内持续改善代谢指标，胰岛素敏感性保持较高，体重增长得到控制。
宏基因组测序显示，EPS改变了肠道微生物群组成，增加了如拟杆菌和Bacteroidales S24-7群成员等SCFA生产细菌的丰度。SCFA分析确认乙酸盐和丙酸盐水平增加，支持增强的微生物发酵活动。此外，EPS处理的小鼠的炎症标志物显著减少，表明EPS对代谢性炎症有保护作用。
进一步分析表明，EPS处理的小鼠表现出较低的促炎细胞因子循环水平，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。肠道微生物群组成与代谢标志物之间的相关性分析进一步证实，唾液链球菌相对丰度较高的人群表现出更好的血糖调节和较低的身体质量指数（BMI）。这些细菌的存在显著与SCFA水平增加有关，进一步支持EPS在代谢调节中的作用。然而，唾液链球菌菌株的变化和饮食影响可能影响EPS的产生，这意味着在小鼠中观察到的代谢益处可能无法完全转化为人类。
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处理的小鼠表现出与改善能量代谢相关的代谢物显著增加，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，还直接影响宿主能量代谢。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。即使在饮食干预停止后，观察到的效果仍然存在，表明EPS补充可能具有潜在的长期益处。
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处理的小鼠的GLP-1和肽YY水平显著升高，进一步支持这一假设。
结论
该研究确定了唾液链球菌EPS合成的关键酶——蔗糖酶和糖基转移酶，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。
总结来说，这项研究强调了肠道微生物群来源的EPS在调节代谢中的作用。唾液链球菌是肠道中主要的EPS生产者，与人类代谢指标的改善和小鼠葡萄糖代谢的增强有关。EPS补充剂在人类和小鼠模型中均导致血糖水平降低、胰岛素敏感性增强和炎症减少。然而，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唾液链球菌的具体机制、菌株变化及其在人类中的长期效果。
这些发现表明，针对微生物群的干预措施，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预防代谢障碍？肠道来源的EPS是否能成为长期代谢健康的钥匙？
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