热心肠先生:23分钟详解血糖、碳水化合物与菌群前沿进展
热心肠小伙伴们 2020-11-03
时长:23:12 字幕:热心肠小伙伴们 审校:617
肠道菌群与碳水化合物有何关系?研究热点与趋势是啥?

编者按:

2020 年 10 月 12~14 日,热心肠研究院携手中国食品发酵工业研究院,共同举办了第二届中国 GI(血糖生成指数)国际会议。活动期间,热心肠生物技术研究院院长、“热心肠先生”蓝灿辉发表了题为《肠道菌群与碳水化合物研究前沿进展》的演讲。

今天我们特别整理发布“热心肠先生”蓝灿辉的演讲视频及图文实录,以飨读者。

热心肠先生
  热心肠生物技术研究院院长
中国肠道大会创始发起人&执行主席
蓝灿辉,笔名“热心肠先生”,是中国肠道健康领域知名的科普人士,热心肠生物技术研究院院长,《热心肠日报》主编,中国肠道大会执行主席,清华生医药校友会创始秘书长。
2002 年本科毕业于清华大学生物科学与技术系,同年进入清华大学分子免疫学实验室攻读博士学位。2005 年休学创业,随后十年主要从事互联网改造传统行业的创业实践工作,是经验丰富的清华系连续创业者。
2015 年正式回归生命科学领域并创立“热心肠先生”个人品牌,后成为在业内有一定影响力和话语权的肠道健康意见领袖。


大家晚上好,我是“热心肠先生”蓝灿辉。

今天我分享的主题是《肠道菌群与碳水化合物研究前沿进展》。


今天我会向大家分享这 4 个方面的内容。

今天是我们的 GI 大会,讨论的话题与 GI 关系非常大。那我们就来说说,我们热心肠研究院当中非常重要的三个 GI,以及关于肠道菌群及碳水化合物研究的一些近期的宏观的数据,还有最新研究进展。

最后,我把我们最近一直在介绍的一个概念——人类营养命运共同体,也再次与大家进行一些分享。


首先我们来看 GI。

今天我们是中国 GI 国际会议,主要关注的是血糖生成指数。作为会议的发起者和策划者之一,在去年主办的时候,给了我一个特别大的灵感和启发。


我们发现,原来我们所关注的胃肠道的英文单词 GastroIntestine,我们所关注的肠道产业 Gut Industry,居然与我们的血糖生成指数,也叫升糖指数 Glycemic Index 一样,它们的简写都叫 GI。

可能关注我们《肠道产业》这个公众号的读者们,会发现我们的 logo 就是一个 GI 立方。我们认为,我们关注的肠道产业,正是胃肠道乘以肠道产业,再乘以血糖生成指数的这么一个特定的领域。


那么今年,在预告我们会议的朋友圈当中,我也写道“It's GI Time”。

现在确实是一个 GI 的时代,不管是胃肠道,还是肠道产业,还是我们的血糖生成指数,实际上都成为了我们在营养和健康当中所关注的具有非常重要的研究和产业转化的这种领域。

那么我接下去向大家分享三个非常重要的故事,实际上是三个非常重要的研究。来看一看我们在三个 GI 当中,都能够看到与肠道菌群、与健康密切相关的哪些进展。


首先我们来关注胃肠道——第一个 GI,这个故事就是刚刚发表在《细胞》杂志上的一项重要研究。


研究者只用了 7 个孕妇的这种相关研究,就把文章发表在了《细胞》杂志上,应该来讲,虽然样本案例非常少,但是非常非常重要。

那就是研究者非常大胆地把剖腹产孕妇的粪便当中的细菌提取出来以后,在婴儿出生了以后用了 3.5 克的这样的粪菌,喂给刚刚出生的婴儿。

后来发现,这样的做法能有效地恢复婴儿因为剖腹产而失去的一些肠道菌群,尤其是,我们都知道,剖腹产容易使得婴儿的双歧杆菌和拟杆菌下降。但是,我们在图中和文字当中都可以看到,通过这样移植母亲粪便当中的菌群,婴儿的肠道菌群当中的双歧杆菌和拟杆菌能够恢复。

这个研究应该是非常令人震惊的,那么我们看,在这第一个 GI 当中,类似于粪菌移植的这种相关研究,正在如火如荼地在全世界被关注。同时,不少的团队也正在临床当中进行一些实践,甚至还有一些商业公司在进行商业的相关的转化。


我们来关注第二个 GI,就是今天的会议主题——血糖生成指数。


最近我经常讲的一个故事,就是我们之前在关注血糖的调控的时候,我们主要会关注我们人本身的中枢神经系统以及胰腺所带来的胰岛素对血糖的一些调控。

那么最近,在 2020 年的 8 月份,科学家对不同的肠段进行了转录组的分析,就发现了小鼠体内不同肠段实际上是有不同的转录组特征的。

而这样的转录组特征,与肠道里面的微生物的联结非常的密切。更令人感到振奋的是,我们在小肠当中所发现的一些菌群的代谢产物,与神经元互作,能够独立地通过肠神经系统,去调节肝脏和胰脏的功能,进而去调节血糖。

这个研究,实际上非常关键的地方在于,它不是通过中枢神经系统,而是通过肠道当中相对独立的肠神经系统来调节血糖的水平。

这实际上提醒我们,未来我们在研究血糖生成指数、糖尿病的干预这种研究当中,要去注意肠道菌群以及独立的肠神经系统的作用。


我们来看第三个故事,也就是第三个 GI 背后的故事——Gut Industry,肠道产业背后的故事。

我们也看到了,与肠道菌群密切结合的一个领域就是能不能通过一些益生菌的组合来帮助降血糖。


在今年,我们也非常兴奋的看到,美国有一家公司推出了第一款能够降血糖的益生元与益生菌的组合。

其中最应该关注的点,它第一次用上了 AKK 菌,也就是我们熟悉的嗜黏蛋白阿克曼氏菌。然后发现它与益生元组合在一起了之后,能够降血糖。

在美国,它已经获批成为特医食品在临床当中应用。

我们的 GI,不管是我们的胃肠道(Gastrointestine),还是我们的血糖生成指数(Glycemic Index),还是我们的肠道产业(Gut Industry),都有与肠道菌群密切关联的这样一些进展。

下面,我们回到今天的主题——关于肠道菌群与碳水化合物的一些研究,那么我们能够看到,全世界范围之内有些什么进展呢?


我们先用一组数据来说明这个领域的一些进展。


我们对 2000 年到 2019 年期间,大概有 20 年的 SCI 数据库当中的论文进行了一个统计,在这个数据库当中,我们去专门检索肠道菌群与碳水化合物的相关研究论文。

从 2000 年左右的十几篇,到 2019 年的超过 400 多篇,我们看到数量大概上涨了 20 多倍。

相关的这种领域的发展,跟菌群和肠道菌群相关研究领域的这种发展的趋势是类似的。尤其是在过去 10 年左右的时间,我们更是看到了,它是一个直线增长的过程。


当然在这个过程当中,也跟菌群和肠道菌群的研究类似,发表文章最多的国家,还是在美国。那么我们的中国、英国和法国等国家,也还是有些科学家在这个领域做出了不少的成绩。

发表文章最多的杂志,当然前几位这种相关的杂志影响因子并不是特别高。但是我们看到,业内知名的 AEM 以及 PNASISME 等等这样的这种杂志,都有一些文章有所涉及。


在这其中,我们看到有哪些研究机构会在这个领域做一些研究呢?我们熟悉的,法国国立农学研究所,就是大家熟悉的 INRA,以及丹麦的哥本哈根大学,包括我们中国的中科院在内,实际上在肠道菌群与碳水化合物这些相关的研究领域都有所涉猎。

那么也是来自于 INRA 的科学家、来自于爱尔兰科克大学科学家以及我们非常熟悉的圣路易斯华盛顿大学的 Jeffrey Gordon 以及加州大学 Rob Knight  教授等等,对肠道菌群与碳水化合物这个领域都有所涉及,他们都对这个领域做出了自己的相关贡献。


我们整体来看,肠道菌群与碳水化合物的这些相关研究,实际上会主要集中的点是碳水化合物是如何经过肠道菌群的代谢,产生包括短链脂肪酸在内的这种代谢产物,以及它们到底会对疾病和健康产生什么样的影响。

我们在关键词的网络当中,其实可以看到,短链脂肪酸为代表的脂肪酸类代谢产物,实际上是一个核心。实际上大家关注得比较多的,就是类似于短链脂肪酸这样的代谢产物到底会发生什么样的作用。

在相关的研究的疾病当中,我们看到,除了我们所关心的肥胖和糖尿病这样的代谢性疾病以外,肿瘤排在了大家所关注的第二位。其他的一些炎症性肠病、过敏、便秘、腹泻、肠易激综合征等,实际上在肠道菌群与碳水化合物的相关的这种研究当中都会有所涉及。


好,我们在整体上看了全球关于肠道菌群与碳水化合物这些相关研究的数据以后,我们来看一些重要的研究进展。那么下面我们分大概 5 部分的内容。


首先我们来看一篇非常重要的综述。

在 2018 年的时候,《科学》杂志发表的这篇综述,系统性介绍了肠道菌群如何去影响饮食和健康,尤其是它如何作为一个桥梁去链接起了饮食和健康。

它带给我们的信息量也是非常大的,其中介绍的最为重要的观点是,一些可利用碳水化合物的菌群,它能够通过代谢产物,尤其是短链脂肪酸,去影响宿主的生理功能。

我想,这是肠道菌群与碳水化合物相关研究的一个里程碑式的综述。


然后在 2020 年,就在上个月(9 月份)的时候,Nature 的综述子刊 Nature Reviews Microbiology 也专门发表了一篇这种类似的文章,更新了不少肠道菌群与人体代谢健康的新的一些研究。

但是其中最为核心的,其实还是提出来肠道菌群发酵一些碳水化合物所产生的短链脂肪酸就像是一个信使一样,去链接起菌群与健康,然后能够调控宿主的能量稳态等等这些相关的这种机制。这些机制实际上正在被逐步逐步地揭示出来。

以上两篇综述,非常推荐大家可以去精读细读。


那么相关领域当中,有非常重大的课题。其中第一个,我们来看,就是菌群如何代谢碳水化合物。


在 2019 年的时候,Microbiome 发表了这么一篇文章,针对三大营养物质,包括我们的碳水化合物、蛋白质和脂肪,是如何被肠道菌群代谢的。

其中特别提到,包括比如说丙酮酸,经过肠道菌群产生短链脂肪酸和糖醇被宿主去利用,包括其他一些类型的短链脂肪酸,其他一些类型的碳水化合物,被菌群代谢了以后,如何通过生成包括短链脂肪酸在内的这样相关代谢产物去影响机体的功能。

这里面有非常复杂的图,有兴趣大家可以去看一下。


另外,关于碳水化合物被菌群代谢,也有非常重要的一个话题。我们现在都知道,有低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、聚葡萄糖、低聚异麦芽糖等等一系列的不同的碳水化合物,它到底不同的一种一种是如何被肠道菌群代谢的?

那么在这一篇综述当中,研究者对 17 项研究中 29 种碳水化合物进行了总结分析,就会发现,比如说低聚半乳糖,它经过肠道菌群发酵以后,实际上总短链脂肪酸和丁酸盐的水平可能是相对比较高的。而鼠李糖,经过肠道菌群发酵以后,可能产生的丙酸盐的水平是比较高的。

这个相关的研究也在这几年有了更多的进展和长足的进步。


再比如说我们非常熟悉的淀粉,那么肠道菌群如何去影响淀粉?尤其我们现在也非常关注抗性淀粉。在我们的一些低 GI 的食品开发过程当中,我们会用到一些抗性淀粉, 这些相关的代谢通路是怎么做的?有哪些菌?

比如说,在结肠当中的不同的细菌,多形拟杆菌、直肠真杆菌、青春双歧杆菌,还有布氏瘤胃球菌等等,它们可能是通过持有的这种相关的特定的分子机制,然后对抗性淀粉逐步、逐步地去降解,并产生有益的代谢产物——丁酸等等这样的相关的这种代谢产物。

这些相关的研究在这几年也备受关注,同时,我们知道低聚果糖、聚葡萄糖都是在现代食品农业当中已经被充分利用的一些相关的低聚糖。

那么它到底有针对性地刺激哪些细菌长起来?这些相关研究我们也有看到。


在这一项研究当中,我们就会看到,吃完了 FOS(低聚果糖)以后,双歧杆菌和厌氧的棒状菌相对会大幅地增加,而聚葡萄糖,它所刺激的是拟杆菌和副拟杆菌这些类型的细菌的增加。


我们刚才看到了菌群代谢碳水化合物的一些相关研究,那么会涉及到一些具体的哪些基因呢?在这一两年的时间,我们也看到了非常多基因组相关的研究。


比如说,我们针对直肠的真杆菌组进行基因组的对比分析,我们就会发现其拥有了独特的碳水化合物的代谢的基因库。这个基因库里的一些与碳水化合物相关的基因的功能,在这一项研究当中被阐释得非常清楚。


在今年 8 月份,中国药科大学的团队也特别针对了多形拟杆菌如何去进行多糖的分解,撰写了一篇综述,系统性总结了在多形拟杆菌当中,到底有哪些基因是能够去分解多糖的。

这也是非常重要的基因组的研究。


我们也看到了今年在 Nature 的子刊当中,也有特别关注肠道拟杆菌的相关基因如何去参与分解复杂的多糖的。

那么基因组的相关研究,实际上是从分子机制上面,在一个相对比较微观的层面上面,去关注了肠道菌群与碳水化合物之间的这种相关关系。

这实际上是大大提高了我们在这个领域当中的研究的水平,未来我们希望能够看到更多的基因组的基础研究的专家,甚至会跟我们很多的食品科学家、临床专家一起,在分子机制、细胞机制的基础之上有可能对症地去进行一些研究。


此外,我们也看到了碳水化合物的代谢与疾病或者衰老的研究。当然衰老,一定程度上面,大部分情况下也会带着一些疾病状态的研究,这些也是备受关注的。

我们稍微来简单地看几项研究。


比如说,大家非常关注的结直肠癌,也就大家常说的大肠癌当中进行菌群分析的时候,我们就会发现,大肠癌患者的粪便菌群的基因组当中,有一些分解蛋白质和粘蛋白的相关基因会增加,但是降解碳水化合物的这种基因却会减少。

我们知道,实际上,一些非常高蛋白的这种饮食,长期的这种肉类相关的饮食摄入过多的时候,容易去促癌,其中跟菌群相关的基因的这种表达增加是有一些关系的。

而且我们还发现,当我们的一些植物性的这种食物摄入减少的时候,我们一些碳水化合物代谢相关的这种基因降下去了。在大肠癌当中,我们就会发现明显的这样的一些信号。


包括在老年性的疾病、神经退行性疾病当中,帕金森病患者的肠道菌群分析当中,我们也发现,这些帕金森症患者的粪便的代谢功能发生了显著的变化,碳水化合物发酵以及丁酸盐的合成是减少的。

实际上,这也提供给我们一个非常重要的启发——碳水化合物的这种代谢,在疾病当中实际上是发挥了重要的作用的。


好,我们来关注一个有趣的研究。

我们关注血糖生成指数和糖尿病的人都知道,我们经过一定的锻炼,实际上是有可能去预防糖尿病的。

但是在香港大学徐爱民教授的团队的研究当中,他就发现,就有一部分人实际上对锻炼并不是特别敏感。不管是他的血糖的控制,还是胰岛素敏感性的这种相关增加,锻炼的作用都不是那么的明显。那是怎么回事呢?

原来我们的肠道菌群对锻炼所产生的这种相关效果,是会有一定的影响的。

我们特定的肠道菌群的这种相关结构,如果它的产生短链脂肪酸的菌群相对比较多,或者说是菌群比较平衡的人,那么锻炼能够让他相对更有效地预防糖尿病。如果是菌群失衡的人,他锻炼所产生的影响却是有限的。


另外,我们非常关注衰老的进程当中,我们的肠道菌群与碳水化合物的这种相关代谢有没有一些非常明确的信号呢?

实际上,我们看这项研究当中发现,百岁老人的菌群有着更高的糖酵解及发酵生成短链脂肪酸的能力,但是编码碳水化合物降解的基因却减少了。

我想,未来我们能够在这些百岁老人类似的这种研究当中发现更多有意义的数据和结果。


最后,我们来看一下,既然我们发现肠道菌群与碳水化合物,尤其是碳水化合物的这种代谢是息息相关的。我们能否通过饮食干预的方法去促进疾病的改善、去促进健康呢?

实际上是有办法的。


JAMA 在去年(2019 年)的 5 月份特别发了一篇文章,提醒大家,高膳食纤维的饮食非常非常重要。

在美国的最新的膳食指南当中,实际上推荐成人每日的纤维摄入量男性不应低于 33.6 克、女性不应低于 28 克。而且膳食纤维的摄入与大肠癌风险是相关的,我们前面也提到了,呈负相关,对吧。

那么我们在前面的一些研究介绍当中,也确实看到,肠道菌群与碳水化合物,尤其是一些富含能够去促进短链脂肪酸生成的碳水化合物,也就是高纤维的这种饮食当中,能够带来的一些可发酵的碳水化合物,这对健康是非常关键的。


包括我们看到,在慢性肾病的管理当中,也有科学家非常明确的提出来:我们应该用一些植物性的饮食,尤其是可以通过植物性的饮食当中的膳食纤维去改善肠道菌群,以促进抗炎化合物的产生。抗炎化合物,实际上我们所熟悉的短链脂肪酸就是。


然后我们也知道,在预防肥胖、2 型糖尿病、非酒精性脂肪肝病,包括我们去创造一些低 GI 的一些食品的时候,我们都去关注,也要增加一些膳食纤维相关的这种摄入。这些我们就不展开讲了。

但是我们其实非常明确地,要在这里面所得到的信息是:通过合理的饮食干预,我们有可能去增加有益菌,同时增加一些有益的代谢产物,从而去促进我们代谢的健康。


刚才简要的向大家介绍了几个方面的关于肠道菌群与碳水化合物研究的重要的方向,我们能够深切地体会到在整个的碳水化合物的代谢过程当中,肠道菌群发挥了非常重要的作用。

其中几篇文献还特别提到了包括蛋白质在内、包括脂肪在内、包括碳水化合物在内的这些相关的营养物质的这种代谢,都与肠道菌群是密切相关的。

所以最后一部分,我向大家特别地再次介绍一下,我们热心肠研究院最近一直在提出的一个概念,叫营养命运共同体。


 

我们现在已经非常明确的认知到,人体是自身与菌群所组成的共生生态系统。

 

我们在左边的这张图当中可以看到,不管是我们的肠道菌群的物种的数量,还是它超过我们几百倍的这样基因的数量,又或是在右边我们看到肠道和肠道菌群与大量的肠外器官的这种生理机能紧密地结合在一起,来影响我们的健康和疾病,都说明了人体是一个共生生态系统。

关于这个概念实际上大家是非常熟悉的。


在这个基础之上,我们特别认为,菌群是人类的营养命运共同体。

我们这样的营养命运共同体,实际上是通过参与我们食物的消化、代谢、吸收,产生一系列的代谢产物,甚至产生一些神经递质,去影响大脑的功能,也就是通过脑-肠轴去影响中枢神经系统的这种相关功能。

我们可能不应该把更多的针对微生物的这种理解和干预放在治疗上面,在平时、在日常我们应该有更多营养属性的干预方案,有更加科学、合理、平衡、多样性的这样的饮食相关的解决方案。

我们也应该有更加精准的、更加有效的一些干预的产品是营养属性的。不管是在日常生活当中,还是在临床一线,能够让营养回归到临床一线当中去。


因为我们现在确实有越来越多的这种研究,包括我们有一些碳水化合物,比如说我们熟悉的这些低聚糖、我们的益生元可以去靶向肠道菌群,预防和治疗疾病以促进我们的健康。

在左边,我列出了有 10 大类的相关产品,包括我们非常熟悉的益生元、益生菌,包括一些窄谱的抗生素,甚至包括一些病毒,包括大家非常熟悉的噬菌体,都可能能够去形成药物,或者说变成营养干预的手法。

我要特别提醒的,实际上包括我们中国在内的科学家都在关注药食同源的这种相关的干预方式,能够去靶向肠道菌群以防治疾病和促进健康。

刚才向大家介绍了关于肠道菌群与碳水化合物的一些研究进展,当然在这个过程当中呢,我相信大家也听到一些很有可能在临床和产业化的这种转化当中都有应用价值的一些方向和产品的一些概念。

我相信,这样的这种相关的一些研究和一些转化的这种产品,是能够帮助我们去让人们拥有更健康的肠道的。

这是我们热心肠研究院的理念,也是我们的使命,希望未来有更多的人能够在肠道菌群与碳水化合物这种相关研究当中,取得更大的进展,能有更加行之有效的干预方案和产品,帮助人们拥有更健康的肠道。

谢谢大家。

 

专家简介
蓝灿辉
热心肠生物技术研究院院长
中国肠道大会创始发起人&执行主席
蓝灿辉,笔名热心肠先生,是中国肠道健康领域知名的科普人士,热心肠生物技术研究院院长,《热心肠日报》主编,中国肠道大会执行主席,清华生医药校友会创始秘书长。
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