背景与目的
全球代谢性疾病如肥胖和2型糖尿病的上升主要由饮食变化和久坐生活方式驱动。益生元膳食纤维可能通过调节肠道微生物群来缓解这一趋势。本研究旨在评估短链果聚糖（scFOS）对超重糖尿病前期个体血糖稳态、体成分和肠道微生物群的影响。
方法
在这项随机、双盲、安慰剂对照、平行组试验中，空腹血糖水平在1至1.25 g/L之间、BMI在23至35 kg/m²之间的参与者每日接受20 g scFOS（Actilight® 950P；法国Beghin-Meiji公司）或安慰剂，持续12周。在基线和干预后评估血糖代谢、体成分和肠道微生物群。主要终点是糖化血红蛋白（HbA1c）水平的变化，采用线性混合模型检验优效性假设。
结果
参与者（n = 66，scFOS组35人，安慰剂组31人）平均年龄50.6 ± 9.0岁，BMI为28.2 ± 2.7 kg/m²。依从性极佳（>97%）。对于包括主要结局HbA1c在内的血糖代谢标志物，未观察到显著的治疗效果（scFOS组+0.055% vs 安慰剂组+0.030%，p = 0.6835）。然而，体成分结果有利于scFOS组：脂肪量减少（中位数：-0.26% vs +0.20%，p = 0.0273），瘦体重增加（+0.27% vs -0.30%，p = 0.0279）。scFOS组体重保持稳定，而安慰剂组有增加趋势（估计均值：+0.14 kg vs +0.70 kg；总体治疗效果：p = 0.0718）。在分析肠道微生物群的30名参与者中，scFOS组的α多样性在四项指标中的三项中下降，而安慰剂组则增加（p < 0.004），主要由选择性微生物变化驱动。除双歧杆菌显著增加（p = 0.0202）外，scFOS补充还丰富了Anaerostipes，同时减少了Blautia和Ruminococcus2（p < 0.05）。这些变化伴随着粪便乙酸（p = 0.0310）和丙酸（p = 0.0062）水平的增加，与安慰剂组的下降形成对比。
结论
为期12周的scFOS补充使超重糖尿病前期成人的肠道微生物群组成和发酵活性发生了有益变化，同时体成分得到轻微改善。尽管未观察到血糖稳态的显著改善，但这可能反映了参与者代谢状态轻度受损以及对益生元反应的个体间差异。研究结果表明，scFOS可能支持肠道和代谢健康，并有助于预防或延缓代谢障碍的策略。
1 引言
近几十年来，全球饮食模式发生了显著变化，高能量密度、低营养密度食物的摄入增加。加上日益久坐的生活方式，这些变化导致代谢性疾病特别是肥胖和2型糖尿病（T2D）急剧上升。T2D是一种以血糖水平升高为特征的慢性代谢性疾病，可导致严重的长期并发症。T2D患病率上升的主要驱动因素是全球超重和肥胖的增加，这通常与不健康的生活方式行为相关。
T2D通常逐渐发展，往往先出现血糖调节受损状态，通常称为糖尿病前期，其空腹血糖水平在1.00至1.25 g/L之间。在欧洲，估计约十分之一的成年人患有糖尿病前期（1），因此有高风险进展为明显糖尿病。然而，生活方式干预，特别是饮食调整，已被证明可以预防或延缓疾病发作。
近期研究强调肠道微生物群可能是代谢疾病发展的一个潜在因素。事实上，多项研究指出健康人群与代谢障碍患者之间肠道微生物群组成和功能存在差异，表明失调（肠道微生物群组成的不平衡导致功能非最优化）可能在血糖控制和体成分中发挥作用（2-4）。然而，支持健康功能的稳态微生物群可以从不同的微生物生态系统中获得，不能归因于健康受试者的特定组成。同样，失调微生物群的分类学特征也无法准确描述。在塑造肠道微生物群的因素中，饮食被认为是最具影响力的。特别是，具有益生元特性的膳食纤维已被证明可有益地调节肠道微生物群并改善代谢结果（5, 6）。益生元被定义为选择性地被宿主微生物利用并赋予健康益处的底物（7）。它们被肠道微生物发酵导致短链脂肪酸（SCFAs）的产生，这与改善血糖控制、脂质代谢和体成分相关（8）。
在主要的益生元膳食纤维中，短链果聚糖（scFOS）因其选择性可发酵性和健康益处而被广泛研究。它们是通过酶促合成从甜菜糖蔗糖中生产的。它们由一个末端葡萄糖分子通过β(1-2)键连接到果糖单元组成，聚合度较低（DP 3-5）。相比之下，菊粉主要从菊苣根中提取，具有更广的DP范围（2至60），而低聚果糖是通过菊粉的部分酶水解获得，通常DP为2至9。这些结构差异影响它们的可发酵性和对肠道微生物群的特定影响，scFOS被有益细菌如双歧杆菌更快速和选择性地发酵。
scFOS通常用于富含纤维的食物，减少糖含量，并降低餐后血糖反应和能量密度（9, 10）。动物研究的系统评价和荟萃分析报告了FOS摄入后空腹血糖的显著降低，特别是在葡萄糖稳态受损或肥胖的模型中（11）。尽管临床前研究前景看好，但在高风险人群中scFOS长期代谢效应的临床证据仍然有限且不明确（12-14）。其他益生元纤维如菊粉和低聚果糖的临床试验产生了不一致的结果，结果因所研究的人群、饮食背景、益生元类型和剂量以及干预持续时间而异（15, 16）。
本研究是少数同时评估scFOS在12周内对尚未临床糖尿病或肥胖但因超重和糖尿病前期而具有高风险代谢特征的个体肠道微生物群组成、血糖稳态和体成分影响的研究之一。这种整体方法有助于更全面地理解这种早期营养干预预防代谢疾病进展的潜力。
2 材料与方法
2.1 研究设计与受试者
设计了一项随机、双盲、多中心、安慰剂对照、平行组试验，以调查scFOS对超重糖尿病前期参与者的影响，该试验于2021年5月至2024年3月在法国进行。参与者是在社区中招募的志愿者，由位于法国的三个临床调查单位纳入。
符合条件的男女志愿者需满足以下标准：（1）年龄18至65岁；（2）23 ≤ 体重指数（BMI）≤ 34.9 kg/m²；（3）血糖异常或糖尿病前期参与者（即入选访视V1时空腹静脉血糖≥1 g/L且≤1.25 g/L），无抗糖尿病药物；（4）每日消耗10至20克纤维。在V1和随机化访视（V2）期间评估参与者资格，特别是关于其血糖状态和纤维摄入量（根据3天食物日记）。
主要排除标准包括患有代谢性疾病、严重慢性或胃肠道疾病，已知或疑似对任何食物成分的过敏或不耐受或超敏反应，在V1前3个月内停止使用可能显著影响评估标准的任何治疗（包括膳食补充剂、益生菌和益生元以及抗生素），过去3个月内饮食习惯或体力活动有显著变化，有特殊饮食（高热量或低热量、纯素、素食等），有饮食失调的个人病史，每天消耗超过2-3杯酒精饮料或每周吸烟超过10支。如果V1时血液样本的生物分析结果超出范围，则排除参与者：空腹甘油三酯（TG）> 3.5 g/L，总胆固醇（TC）> 4.5 g/L或高密度脂蛋白胆固醇（HDLc）< 0.1 g/L，天冬氨酸氨基转移酶（ASAT）、丙氨酸氨基转移酶（ALAT）或γ-谷氨酰转移酶（GGT）> 实验室正常上限的3倍，尿素> 12 mmol/L或血清肌酐> 125 μmol/L，血红蛋白< 11 g/L，白细胞< 3,000/mm³或> 16,000/mm³。
本研究获得了法国普瓦捷的独立伦理委员会（Comité de Protection des Personnes OUEST III）的批准，并通知了法国卫生局（ANSM）。在随机化前，每位参与者都签署了知情同意书。试验方案于2021年2月22日在ClinicalTrials.gov注册，编号为NCT04767672。
2.2 随机化与盲法
在随机化访视（V2）期间，根据使用SAS®软件（版本9.4，SAS Institute Inc.，美国北卡罗来纳州凯里）生成的区组随机化表，将每位受试者随机分配至活性产品（scFOS）或安慰剂组。
产品分配使用动态随机化算法定义，旨在最小化在中心和纤维摄入量（10-15克和15-20克）定义的分层内两组之间的不平衡。在获得入组结果并确认受试者资格后进行随机产品分配，从而最大限度地减少选择偏倚。研究者通过随机化管理界面（交互式网络响应系统）分配产品，无法访问随机分配序列。
在研究完成前，研究人员和参与者对干预分配保持盲态。活性产品和安慰剂均配制成粉末，具有相同的给药方案。两种产品的包装和标签相同。
2.3 干预与程序
从随机化和治疗开始（V2）起，所有参与者在3个月内（图1）的不同时间点接受不同的医学检查和数据收集，包括人体测量（体重、身高、腰围和臀围）、血液采样和家庭粪便样本收集。此外，在12周补充的开始（V2）和结束（V5）时进行双能X射线吸收测定法（DEXA）评估体成分和口服葡萄糖耐量试验（OGTT）。饮食摄入通过3天食物日记（纸质形式）记录，在每次访视（V2至V5）前在家中自行完成。营养师指导参与者如何记录3天期间的所有食物摄入。然后使用Nutrilog®软件（法国马朗斯）分析数据，计算总能量（kcal/天）、宏量营养素（g/天）和纤维（g/天）的平均日摄入量。这些措施用于监测饮食习惯并检测干预期间可能发生的任何重大变化。
在干预期间，指示参与者每天口服两袋10克益生元（Actilight®；95% scFOS；法国Beghin-Meiji）或两袋10克安慰剂（麦芽糊精；法国Tereos），一袋在早餐时，一袋在午餐或晚餐时。
益生元scFOS是通过酶促反应从甜菜蔗糖中获得的。它由一个末端葡萄糖分子（G）通过β1-2键连接到果糖分子（F）组成，包含37±6%的1-kestose（GF2）、47±6%的nystose（GF3）和16±6%的1F-β-fructofuranosyl nystose（GF4），因此呈现介于3和5之间的低聚合度。
要求参与者保持常规饮食和运动习惯。通过两个关于中等和剧烈体力活动平均持续时间的多项选择题，在每次访视（3个月期间每4周一次）时定性监测体力活动。此外，指示参与者避免服用任何抗生素和其他益生元、益生菌或合生元，或任何可能直接影响肠道区域的其他产品。参与者经历的任何不良事件或不适都应记录下来。
2.4 血液参数
在四次访视期间收集空腹血液样本：基线（V2，第0天，治疗开始前）、补充4周后（V3）、补充8周后（V4）和补充结束时（V5，基线后12周）（见图1）。在每次访视中，使用COBAS e411和Integra400+自动分析仪（Roche Diagnostics）分析糖化血红蛋白、血糖、胰岛素、果糖胺和安全生物标志物（丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶、γ-谷氨酰转移酶、尿素、血清肌酐）。仅在V2和V5时分析活性GLP-1（V-plex PLUS试剂盒，MSD）并进行OGTT，以测量空腹过夜后摄入75克葡萄糖后0、60和120分钟的血糖和胰岛素水平。
2.5 粪便参数
在V2和V5前最多48小时，在参与者亚群中收集粪便样本，以通过16S metabarcoding分析粪便细菌组成和多样性，并测量SCFA水平。粪便在家中收集，并在2至8°C的冷却器中保存，直到在下次访视时送回给研究者。然后分装并在-80°C下储存，以供中央实验室进一步分析。
使用Promega的Maxwell16仪器通过磁捕获从粪便样本中分离细菌DNA，经过MP Biomedicals的FastPrep-24进行粪便样本的机械裂解后，扩增16S rRNA基因的可变区域3和4（17），并通过下一代测序（Illumina MiSeq）进行配对末端测序，如先前所述（18）。使用Biofortis开发的基于Dadaist2软件v1.2.5的生物信息学流程分析靶向宏基因组序列（19）。条形码配对读数被解复用为单读序列，然后配对成更长的片段并进行清洗。在质量过滤和测序错误建模后，获得扩增子变体序列（ASVs）。对这些ASVs进行分类分配，以确定细菌群落谱。
通过使用气相色谱联用质谱法测量SCFA浓度（乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸和戊酸）并计算总SCFA来评估粪便微生物群的发酵活性。
2.6 结局指标
研究的主要结局是V2和V5之间糖化血红蛋白水平的绝对变化。研究了与葡萄糖代谢相关的其他参数作为次要终点。根据Wallace等人（20）引用的Matthews原始方程的转换计算胰岛素抵抗稳态模型评估分数（HOMA-IR）（21）。根据Katz方程（22）计算定量胰岛素敏感性检查指数（QUICKI）。Matsuda和Defronzo（23, 24）提出的胰岛素敏感性指数（ISI）是从T0、T60和T120获得的OGTT数据导出的。还计算了OGTT期间血糖（g/L.min）和胰岛素（mU/L.min）从T0到T120的增量曲线下面积（iAUC），并分析了从V2到V5的变化。
其他次要终点是从V2到V5肠道微生物群组成（门、科和属水平的相对丰度）、α多样性指数（观察丰富度、逆辛普森、香农和系统发育多样性[PD]）、β多样性差异指数（Bray-Curtis、Jaccard和加权UniFrac）、发酵活性（SCFAs）、人体测量参数和体成分（骨矿物质质量、总瘦体重、总脂肪质量、骨矿物质密度）的变化。通过在V2至V5的每次访视中系统监测生命体征、体格检查结果和血液生物标志物来评估安全性。此外，研究者在每次访视时询问参与者以记录任何不良事件。
2.7 统计分析
所有统计分析均在意向治疗人群（ITT；所有随机参与者）和按方案人群（PP；来自ITT且无重大方案偏离的参与者）上进行。本文中呈现的结果主要涉及ITT人群，对PP人群的分析是支持性的。缺失数据未被替换。
主要终点是V2（治疗开始）和V5（治疗结束，即12周消费后）之间糖化血红蛋白水平（%）的绝对变化，检验优效性假设（scFOS的更大降低）。为检测文献中发现的scFOS补充12周后糖化血红蛋白从基线至少降低0.8%（标准差[SD]：0.94%）与安慰剂（SD：1.09%）相比（25），在双侧5%显著性水平和85%的把握度下，每组35名患者是必要的，预计脱落率为10%。最终，共有66名参与者被随机分配。
计划使用线性混合模型分析所有从基线的变化，该模型用于具有固定效应的重复测量：治疗、时间（访视或根据终点的时间点）、治疗-时间交互作用、感兴趣参数的基线，以及中心（在非收敛情况下被移除）和受试者（如适用）的随机效应。默认情况下对丰度终点进行对数转换，如果原始数据的残差的正态性和同方差性假设未通过图形满足，则对其他终点也进行对数转换（即空腹胰岛素、HOMA-IR、血糖、胰岛素、总SCFAs）。如果原始数据和对数转换数据的假设均未满足，则在每次访视的每个变化上应用Wilcoxon秩和检验（即QUICKI、ISI-M、GLP-1、血糖iAUC、胰岛素iAUC、乙酸、丙酸、丁酸、腰围、臀围、骨矿物质组成、全身瘦体质量、全身脂肪体质量、骨矿物质密度、总体质量）。
对于所有统计检验，使用0.05的显著性水平来声明统计显著效应。在每次访视/时间点，对所有次要终点应用Bonferroni-Holm调整来校正多重比较。
使用SAS软件9.4版（SAS Institute Inc.，美国北卡罗来纳州凯里）进行临床数据的统计分析，而微生物组数据使用R 4.3.3版（R Core Team，奥地利维也纳）进行分析。
3 结果
3.1 参与者特征
共有233名参与者被筛选参加本研究，其中66名受试者根据纳入标准被随机分配（ITT人群）。受试者被随机分配到scFOS组（n = 35）或安慰剂组（n = 31）。用于粪便参数分析的亚组由30名受试者组成（每组15名）。总体而言，ITT人群中有15名参与者出现重大方案偏离，因此被排除在PP人群之外（n = 51）。实际上，7名参与者在治疗结束前（V5）提前停止了研究，8名参与者完成了研究但在研究完成后被排除，主要是由于在研究期间使用了伴随治疗（图2）。
在基线时，ITT和PP人群之间未观察到有意义的差异。表1显示了ITT人群中按研究组划分的主要基线参数和生活方式特征，在随机化组之间相当相似。
参与者的平均年龄为50.6 ± 9.0岁，平均BMI为28.2 ± 2.7 kg/m²，对应于超重。
在两个治疗组和所有访视中，依从性都很高（有效/理论袋装摄入量的平均比率> 97%）。
3.2 葡萄糖代谢
在ITT人群中，从V2到V5的糖化血红蛋白变化在scFOS和安慰剂之间未观察到显著差异（+0.055% vs +0.030%，p = 0.6835）。对PP人群进行的分析得出了相同的结论（p = 0.7308）。在其他测量的与葡萄糖代谢相关的参数中未观察到统计学显著差异（表2）。在包含V3和V4获得的中间值时，对所有测量参数均未观察到总体产品效应。同样，在基线变化的任何OGTT参数（T0、T60和T120分钟的血糖和胰岛素，血糖和胰岛素的iAUC0-120）中，两组之间未发现显著差异（数据未显示）。
3.3 体成分
从V2到V5的体重和BMI变化的产品效应接近显著性水平（在ITT和PP人群的体重上，在PP人群的BMI上，p < 0.1）：在安慰剂组中体重和BMI有增加趋势，而在scFOS组中保持相对稳定（表3）。
此外，通过DEXA测量的一些体成分参数在随访结束时在治疗组之间显示出显著差异。从V2到V5，scFOS组的体脂肪量减少，而在安慰剂组中增加。相反，瘦体重遵循相反的趋势。治疗效应对脂肪量的绝对和相对变化以及瘦体重的相对变化具有统计学显著性（表4）。
此外，尽管观察到总能量、宏量营养素和纤维摄入量从饮食中的某些变化，但未报告组间统计学显著差异（补充表1）。
3.4 肠道微生物群：组成和发酵活性
关于在30名参与者的亚群中分析的肠道微生物群，4个α多样性指数中的3个的绝对变化具有统计学显著性：Observed Richness、Inverse Simpson和Shannon指数在scFOS组中从V2到V5减少（p < 0.004；图3A）。系统发育多样性（Phylogenetic Diversity）的减少也接近显著性（p = 0.0824），而在安慰剂组中，Observed Richness和Inverse Simpson略有不显著的增加。在ITT人群中，未观察到任何三个β多样性差异指数的组间统计学显著差异。然而，当通过Bray-Curtis（p = 0.0758）和Jaccard（p = 0.0663）分析时，V2到V5的分类β多样性变化差异接近显著性水平，scFOS组相比安慰剂组的分类β多样性增加趋势更高（图3B）。
表5显示了从V2到V5每个治疗组中分类群相对丰度的估计变化。组内p值指每组中V2和V5之间的差异，组间p值指scFOS和安慰剂之间V5变化的差异，这对应于治疗效果。scFOS观察到的最重要增加涉及放线菌门（Actinobacteria）及其子分类群：双歧杆菌科（Bifidobacteriaceae）和双歧杆菌属（Bifidobacterium）；变化> +6%，且显著高于安慰剂组中观察到的变化。Anaerostipes属也显著增加了scFOS（+4.94%），显著多于安慰剂，而其父科（Lachnospiraceae）和门（Bacillota）未受到显著影响。相反，兄弟属Blautia在scFOS组中显著减少（-8.46%），显著多于安慰剂组。Ruminococcus2的相对丰度也显著减少（-2.10%），而显著增加（+1.70%）与安慰剂，导致显著的治疗效果。观察到组间的其他显著差异，例如在scFOS组中Sutterella和Acidaminococcus增加以及Escherichia/Shigella和Intestinibacter减少，而在安慰剂组中观察到相反的效果。然而，这些相对丰度的变化有限（<2%）。
这些细菌变化与肠道发酵活性的改变相关，如SCFA浓度分析所示。
在ITT人群中，scFOS组中从V2到V5的粪便乙酸和丙酸水平增加（中位数变化：+12.1 μmol/g和+3.1 μmol/g），而它们在安慰剂组中减少（中位数变化：-12.5 μmol/g和-5.1 μmol/g），导致组间显著差异（p = 0.031和p = 0.0062）。相反，丁酸水平的变化在治疗组之间没有显著差异（p = 0.1249）（图4）。关于总SCFAs，scFOS补充时水平有增加趋势，而安慰剂时有减少趋势（ITT人群中的平均变化：+24.6 vs -32.2 μmol/g），尽管治疗效果未达到统计学显著性（ITT人群p = 0.1234；PP人群p = 0.0886）。
3.5 安全性
虽然本研究中不良事件的总体发生率相对较高（77.3%的受试者；安慰剂组67.7%，scFOS组85.7%），但大多数是与研究产品scFOS已知安全谱一致的预期胃肠道症状。这些事件主要是轻度或中度，包括腹胀、腹胀和腹部不适，通常与高剂量可发酵纤维摄入相关。重要的是，未报告严重不良事件。总体而言，使用Actilight® 950P（每日2袋，每袋10克），持续12周，未引发安全问题。
4 讨论
近年来，越来越多的关注集中在肠道微生物群在代谢性疾病如肥胖和T2D病因学和病理生理学中的作用。营养策略，特别是涉及益生元纤维的策略，越来越被认为是调节肠道微生物群并进而影响宿主代谢健康的有前途的工具。
系统评价和荟萃分析强调了益生元调节葡萄糖代谢的潜力，特别是在肥胖或T2D个体中。然而，研究结果仍然存在冲突，可能是由于研究人群健康状况、饮食和生活习惯、益生元类型和剂量以及干预持续时间的变异性（15, 16）。在肥胖非糖尿病个体中，无论是否结合热量限制，每天10克菊粉补充12周通常对葡萄糖稳态没有明显益处（26-28），因为他们的血糖参数几乎正常。相比之下，在T2D患者中观察到更明显的效果（25, 29-32），这可能是由于他们的改变的代谢状态，可能使他们对靶向葡萄糖调节的干预更敏感。
虽然我们在本研究中观察到，为期12周的scFOS补充导致超重糖尿病前期个体肠道微生物群组成和发酵活性的有益变化，但在这一面临T2D发展风险的人群中，它并未导致葡萄糖代谢参数的显著改善。对糖化血红蛋白缺乏效果与在类似糖尿病前期个体中补充每天15克菊粉6个月的研究结果一致（33）。报告了空腹胰岛素和HOMA-IR的降低，但这些变化仍需确认，因为该长期研究没有对照组。此外，在糖尿病前期受试者中，仅给予6周的更高剂量菊粉（30克/天）与安慰剂相比，未产生空腹代谢标志物的显著变化（34）。
在我们的研究中，主要终点糖化血红蛋白和其他代谢标志物缺乏显著效果可能部分由几乎正常的基线值解释，这可能限制了可测量改善的潜力。最初假设的0.8%减少被证明过于乐观，试验可能不足以检测较小但可能有意义的变化。事实上，葡萄糖稳态参数的观察演变表明积极的治疗效果，如果样本量更大或在代谢损害更明显的群体中，可能达到统计学显著性，如之前涉及T2D患者的研究所示。
关于人体测量次要结局，scFOS补充与体成分的轻微但有利的变化相关，表现为脂肪量减少和瘦体重同时增加。虽然体重和BMI在安慰剂组中有增加趋势，但它们在scFOS组中保持相对稳定。
在文献中，关于这些参数的糖尿病前期人群的证据仍然有限。一项研究报告了在6周内每天30克菊粉补充后体重减少（34），当菊粉补充延长至18周并与减重计划结合时，观察到脂肪量减少（35）。
在肥胖个体中，每天16克菊粉补充12周对体重指数或代谢参数没有显著影响（26）。当与热量限制结合时，结果存在冲突，一些研究报告了体重和BMI的轻微减少（27, 36），而其他研究发现没有显著效果（27, 37）。在T2D人群中观察到更一致的改善（25, 29, 32）。
据我们所知，这是第一项报告在超重糖尿病前期个体中，每天20克scFOS补充12周后，脂肪量轻微减少的研究，没有同时进行热量限制或结构化减重计划。这种观察到的脂肪量减少似乎不是由食物摄入变化驱动的，因为在食欲评分（餐后4小时评估的饥饿和饱腹感；数据未显示）、总能量、宏量营养素或纤维摄入量（除scFOS外；补充表1）以及体力活动水平（在每次访视时定性记录）方面未检测到组间统计学显著差异。因此，我们推测，基于先前的证据，其他机制，如微生物群调节或SCFA介导的代谢效应，可能促成了体成分的变化。
重要的是，我们的研究同时将肠道微生物群组成作为次要结局进行评估，与代谢和人体测量结局一起。我们证明了scFOS补充在30名超重糖尿病前期个体的亚群中选择性地促进了某些细菌分类群的生长，同时减少了其他分类群。多项研究强调了健康个体和代谢障碍个体之间肠道微生物群组成的差异（2-4, 30, 38），表明特定的微生物特征可能与代谢健康相关。
在本研究中，我们观察到scFOS组中α多样性指数显著减少，指出观察到的分类群数量减少，但也均匀性减少，这可能反映特定细菌分类群的选择性富集，以牺牲其他分类群为代价。在补充菊粉的糖尿病前期个体中报告了类似的微生物多样性减少（33）。在缺乏允许表征这些生态变化生理影响的补充功能测量的情况下，我们无法进一步解释这种多样性减少。同时，我们观察到scFOS组比安慰剂组具有更高的β多样性，表明V2和V5样本之间的差异更大。尽管统计学上不显著，但这一趋势可能突显了由于益生元导致的微生物群定性和定量组成的变化：一些新物种在补充结束时被发现（或变得可检测），一些相对丰度被修改。
在门水平上，scFOS补充导致放线菌门（Actinomycetota，以前称为Actinobacteria）相对丰度显著增加，主要由双歧杆菌属（+6.25%）的增殖驱动。这种双歧杆菌效应在文献中已有充分记载，并已在各种人群和scFOS补充剂量范围内从1至20克/天中一致观察到（39-44）。其他益生元纤维也被证明在肥胖、糖尿病前期或糖尿病个体中增加双歧杆菌相对丰度，最近由Alonso-Allende等人回顾（15）。
除了这种已确立的双歧杆菌效应外，scFOS补充还诱导了微生物组成的其他显著变化。值得注意的是，我们观察到Anaerostipes相对丰度增加（+5%）。在肥胖（28, 37）、糖尿病前期（33）和糖尿病个体（30）中进行益生元干预后也报告了该属的富集。这两个属，双歧杆菌和Anaerostipes，通常在健康个体中比在肥胖、糖尿病前期或T2D个体中更丰富（3, 4, 30）。双歧杆菌物种是人类肠道的早期定植者，已知在一生中提供肠道、免疫和代谢益处（45）。一项研究表明，具有较高内脏脂肪的个体表现出较低的双歧杆菌相对丰度，并在双歧杆菌水平和内脏脂肪之间观察到显著的负相关（46）。这一观察与我们的发现一致，我们发现scFOS组中双歧杆菌丰度大幅增加，与安慰剂相比脂肪量轻微减少。此外，Anaerostipes是一种产生丁酸的属，通常与健康肠道特征和降低代谢疾病风险相关（47, 48）。
相反，scFOS补充导致Blautia（-8.5%）和Ruminococcus2（-2.1%）相对丰度减少，这两个在系统发育上接近的属（49）。Blautia属在糖尿病前期个体中发现的丰度更高（2），并与空腹血糖、HOMA-IR、糖化血红蛋白和腰围等血糖和人体测量标志物呈正相关（2, 38）。虽然Blautia在不同情况下与健康和不健康表型相关（2-4, 30, 50, 51），但其在我们研究中的减少可能反映了向更健康微生物谱的转变。Ruminococcus2的消耗也在混合纤维饮食干预后被报道（52）。此外，Ruminococcus2在患有严重脂肪肝疾病和高脂血症的患者中更为普遍（53），并与体重指标（包括腰围和体重指数）和血清脂质（包括低密度脂蛋白、甘油三酯和总胆固醇水平）呈正相关（54）。这表明scFOS补充中Ruminococcus2的减少可能与改善的代谢健康和体成分相关。
我们还观察到scFOS补充后Sutterella略有（但统计学显著）增加。据报道，该属在T2D和肥胖个体中减少（38, 51, 55, 56），尽管研究结果不一致（2, 4）。值得注意的是，在最近一项比较有无T2D的肥胖个体的研究中，Sutterella丰度与糖化血红蛋白和空腹血糖水平呈负相关（38），并在内脏脂肪面积较高的女性中发现丰度较低（46），表明其在血糖稳态和体成分中的潜在作用。最后，scFOS组中Catenibacterium丰度的增加与先前在进行热量限制的肥胖个体中补充菊粉后的观察结果一致（28, 37）。然而，Catenibacterium的作用仍有争议，在研究中存在冲突发现（30, 57）。
这些细菌组成变化伴随着增强的微生物发酵活性，表现为scFOS组中粪便乙酸和丙酸水平增加，而这些代谢物在安慰剂组中减少，具有统计学显著的产品效应。我们推测，scFOS组中粪便丁酸在组间没有统计学显著差异，尽管Anaerostipes在scFOS组中显著上升，而Anaerostipes是已知的丁酸产生属，可能由结肠细胞快速吸收丁酸解释，结肠细胞将其用作主要能源。此外，Blautia的减少，该属包括丁酸产生物种，可能抵消了Anaerostipes增加的产量，导致粪便丁酸水平几乎无净变化。值得注意的是，粪便SCFAs表明结肠微生物发酵活性，仅反映总SCFA产量的一部分，因为大部分被结肠吸收并被宿主组织利用，在那里它们可以发挥代谢效应。
乙酸和丙酸的增加与在补充低聚果糖-菊粉的肥胖个体中进行的一些研究（37, 58）相反，但与最近在T2D个体中食用益生元的研究结果一致（30）。这一发现可能通过涉及能量代谢、脂质储存和炎症调节的机制促进scFOS补充受试者的脂肪量减少（7）。
我们的研究有几个局限性应该被承认。首先，关于从V2到V5的糖化血红蛋白变化的主要终点假设未满足，预期的组间差异为-0.8%，而观察到的平均变化差异为+0.025%，导致功效不足的研究。其次，不能排除麦芽糊精（选择作为安慰剂）对临床终点的潜在影响，可能影响了观察到的结果。第三，大多数基线生物标志物在正常范围内，可能限制了可检测变化的幅度。第四，尽管年龄和性别是代谢和体成分的强预测因子（59），但此处呈现的分析不包括它们作为协变量，因为包括它们的模型并未显著改变结果，也未在统计显著性方面导致不同的结论，同时可靠性较低（数据未显示）。最后，微生物群分析是在参与者有限的子集中进行的，尽管结果与先前发现一致，但应谨慎考虑，并在更大、功效足够的研究中确认。分析还涉及大量分类群，未应用p值调整来控制多重测试。
5 结论
总的来说，尽管在12周的研究期内未观察到对主要结局糖化血红蛋白和其他血糖标志物的显著效果，但我们的发现表明，scFOS补充在超重糖尿病前期个体中诱导了肠道微生物群组成的有利变化，包括富集与健康相关的细菌分类群，如双歧杆菌和Anaerostipes。这些微生物变化伴随着体成分的轻微改善，特别是脂肪量的减少。由于scFOS导致的肠道微生物群调节支持有针对性的营养干预可以帮助恢复高风险人群中的微生物平衡的假设。虽然scFOS在此表现出接近正常代谢模式的队列中的代谢益处似乎有限，但脂肪量的减少和与改善代谢健康相关的微生物特征仍然具有前景。这些结果强调了scFOS益生元补充作为预防策略的潜力，以解决超重和脂肪积累，这是肥胖和T2D发展的关键贡献者。通过改善肠道微生物群组成，此类干预可能有助于更广泛的努力，以减轻代谢疾病的全球负担。在更大和代谢损害更严重的人群中进行进一步研究是必要的，以确认这些发现并评估其对预防代谢疾病的临床相关性。
关键词：益生元，果聚糖，scFOS，肠道微生物群，糖尿病，代谢健康，体重管理，随机临床试验
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