编者按

膳食纤维的重要性不言而喻，其健康功效的背后可能存在多种机制。其中最广为人知的可能当属改善肠道菌群，并促进菌群产生有益健康的代谢物，比如发酵纤维中的多糖成分产生短链脂肪酸。然而，膳食纤维与肠道菌群的相互作用以及促进健康的机理远不止于此。

近期，美国圣路易斯华盛顿大学的Jeffrey Gordon团队在国际著名学术期刊Cell发表了一项重磅研究，表明特定的肠道微生物可以“开采”并释放出隐藏在膳食纤维中的、能够作用于宿主健康的天然活性分子，并为这类分子赋予了一个新的名称——Celobiotics。

这项研究发表后引起了很大反响，《热心肠日报》在论文上线后第一时间对文章进行了报道。

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热心肠先生也在朋友圈专门对这项研究进行了短评：

今天，我们有幸邀请到这篇论文的两位共同第一作者——美国圣路易斯华盛顿大学的程基业博士和韩冬冬博士，请他们从研究者的角度对这项研究进行深入剖析，并特别邀请中国农业科学院农产品加工研究所的辛凤姣研究员进行专家点评。

作者专访

程基业博士

圣路易斯华盛顿大学instructor，主要从代谢物的角度，研究肠道菌群、食物和宿主之间的相互作用。

韩冬冬博士

Gordon实验室博士后，主要研究肠道微生物如何挖掘和代谢膳食纤维成分。

肠菌与膳食纤维的理想关系：“好”菌 +“好”多糖，1 + 1 ≥ 3！

问

这项研究受到了国内外的广泛关注，可否请您们通俗地讲讲这项研究的亮点和突破？这些发现为认知膳食纤维和肠道菌群对健康的影响，带来了哪些新启示？

答

我们感觉自己非常幸运，我们研究的肠道菌群和膳食纤维可以说是和大众距离最近的科学话题之一，所以我们应该可以用很科普的方式向大众朋友们介绍我们的研究发现。这次发现的最大意义在于证明了肠道菌群的一种新的功能，为阐明膳食纤维、益生元和肠道菌群的关系提供了新的见解和视角。

论文图片摘要（引自DOI: 10.1016/j.cell.2022.06.004）

随着物质生活水平的提高，“富贵病”越来越多。通过摄取和补充膳食纤维（益生元多糖）以及调节肠道菌群来改善健康，这样的健康理念已逐渐被大众认可和接受。走进各大超市，膳食纤维、益生元和益生菌这些产品到处可见。对大众而言，对益生元和益生菌最显而易见的理解可能就是，“好”多糖帮助“好”菌在我们肠道中为健康保驾护航。

这次我们的发现拓宽了“好”多糖的意义。益生元“好”多糖含有的功能成分不仅仅是多糖，还包括植物原料中蕴含的一些天然化合物。这些物质被包裹在多糖之中，在益生元制作过程中无法被完全去除。因为人本身不能消化多糖，所以这些化合物会随着多糖穿过胃，来到肠道与菌群相遇。这时候，能够分解这些多糖的特定菌群，就会在自己“吃掉”多糖的过程中，把这些化合物（Celobiotics）释放出来。被释放出来的化合物与肠道发生相互作用，被肠道吸收，进而对全身产生作用。

比如，这篇文章主要研究的橘/橙多糖中含有的N-甲基-5-羟色胺（N-Me-5HT），这类分子在被菌群释放后，它自己就可以帮助肠道蠕动，帮助吃高脂食物的小鼠减少脂肪堆积。这些作用与我们所期待的膳食纤维和益生元多糖的健康益处是极为相似的。

也就是说，我们的结果为大家提供了一种新的思考方式——在关注膳食纤维和益生元多糖的功效时，不仅要看是什么类型的纤维和多糖，还要考虑它们包含的其他化合物，以及肠道中是否有能把这些化合物释放出来的菌群。

简而言之，我们期待未来的益生元和益生菌是这样一个公式：“好”菌+“好”多糖，起到1+1≥3的效果——菌的作用+多糖的作用+菌释放的化合物的作用。

Celobiotics：“埋”在膳食纤维中的植物天然化合物

问

这篇论文提出了“Celobiotics”这个新术语，应该怎样来理解它的含义？对于其中的代表性分子N-Me-5HT，目前有哪些认识和发现？

答

Celobiotics应该可以这样理解：这类分子本身是植物天然化合物，它们被包裹在膳食纤维之中，到达肠道被特定的菌株释放出来，不会被肠道细菌立刻分解从而能够作用于人体。在起名字的时候，我们主要考虑这一类化合物是被埋在纤维中，celo在拉丁语中有类似的意思。

N-Me-5HT主要存在于柑橘属的植物中，比如我们经常接触到的橘子、橙子。它的结构非常类似血清素，所以理论上它可能有相当多的生理作用。我们的结果显示，它可以减少脂肪组织，改善肝脏糖异生，并且能够促进肠道蠕动。但是针对这个化合物的研究还不是特别多，所以还需要未来更多的研究。

我们文章中的人体试验主要证明了，特定肠道细菌分解橙纤维的碳水化合物活性酶（CAZyme）越多，释放出来的N-Me-5HT也就越多。这个观察也为未来基于肠道菌群进行个体化营养设计的合理性提供了证明。

让食物废料“变废为宝”

问

在转化应用方面，您们是如何规划的？

答

从纤维的角度讲，橘橙纤维有几大优势便于转化。

首先，富含橙子、橘子纤维的外皮，在全球都有很大的接受度。比如，我们中国的陈皮，以及印度和欧洲流行的橙皮制成的调味剂等等，在大众中有很大的接受度。

其次，在果汁的生产过程中，橙皮往往是废弃物，难以降解和处理。我们这次的研究成果如果可以转化为产品，就可能实现将橙皮“变废为宝”。

第三，从菌的角度来看，能够从橙皮纤维中释放出N-Me-5HT的菌在人体中也是常见的、可以存活的，这在安全性和有效性方面都是很大的优势。

基于以上原因，我们已经把文章的成果申请了专利，目前正在和相关企业接触细化转化研发方面的细节，等成熟后再和大家汇报。

专家点评

辛凤姣博士

中国农业科学院农产品加工研究所研究员、食品酶工程创新团队首席科学家

肠道菌群是人体重要的代谢“器官”，是耦合食物与宿主健康的桥梁。我们人体只能直接消化、利用饮食所摄入的碳水化合物中的淀粉及单糖，而复杂的多糖则需要在肠道菌群的帮助下代谢及利用。肠道菌群编码了大量的碳水化合物活性酶（carbohydrate active enzymes，CAZymes）来参与复杂多糖的转化（doi：10.16476/j.pibb.2020.0059；doi：10.1038/s41579-022-00712-1），如：2017年Harry J. Gilbert团队发表在Nature上一篇文章显示，肠道多形拟杆菌可通过自身的3个多糖利用位点（PUL）中的40余种CAZymes，来实现对鼠李半乳糖醛酸聚糖2（RGII）这种组成和结构最为复杂的果胶的降解（doi：0.1038/nature21725）。

多糖的组成和结构极为复杂，除了由各种糖构成的骨架结构外，还含有很多功能性的侧链，成为一种“隐形”的资源。Jeffrey I. Gordon团队近期发表在Cell上的文章指出，人体肠道菌群可通过编码的CAZymes来参与柑橘纤维（Orange Fiber，OF）的降解，并将一种功能性的侧链N-Me-5HT（N-甲基-5-羟色胺）释放出来，进而去发挥相应的生理功能。这一研究具有重要的价值和意义，它对我们的研究、生产乃至日常生活都有很大的启发：

1. 多糖功能性侧链的有效释放。以前我们对多糖转化的研究更多地集中在骨架糖部分的水解和利用，而该工作则主要聚焦在OF的功能性侧链N-Me-5HT上，明确了可能参与的菌和酶，并提出了“celobiotic”这样一个新的概念，将多糖功能性侧链释放及相关酶的研究都提高到了一个新高度。

2. 副产物是放错了位置的资源。我国每年在农产品加工过程中产生了大量的byproduct，以前我们总说是副产物，但其实叫“共产物”更合适一些。从这项工作中我们也不难看出，在byproduct中含有很多宝贵的资源，如柑橘皮渣中的果胶、果胶中的N-Me-5HT，小麦麸皮中的木聚糖、木聚糖中的阿魏酸（Ferulic Acid, FA）等等。所以说byproduct中全是宝，其梯次化、高值化利用，无论是在科学研究还是产业开发领域都具有重要的研究意义。

3. 瓜果蔬菜，啥都吃点。我们的饮食越来越精细，口感好了，但好东西也少了，牙齿不用太磨了，菌群也要开始躺平了。以后，陈皮可以适当泡泡茶、粗粮也可以经常磨磨牙。但谨记，任何时候，离开剂量谈疗效都是不科学的，无论是N-Me-5HT，还是FA，其在OF或木聚糖中乃至食品中的含量都并不高，食品也永远替代不了药品。

就像这篇Cell文章在末尾提到的，关于OF在肠道内转化的工作尚有诸多不足，如具体的酶与其作用位点之间的对应关系等等。期待未来有越来越多的研究能关注到相关领域，用不同方法、从不同角度，揭示复杂多糖-肠道菌群-肠道酶之间的互作关系。

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