2021年7月30日，中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所陳雁研究組和林旭研究組在國際學(xué)術(shù)期刊Molecular Nutrition & Food Research在線發(fā)表了題為“Gut Microbiota Composition is Associated with Responses to Peanut Intervention in Multiple Parameters Among Adults with Metabolic Syndrome Risk”的研究論文。該研究揭示了腸道菌群在指導(dǎo)精準(zhǔn)營養(yǎng)干預(yù)改善代謝綜合征中的重要作用。
代謝綜合征（metabolic syndrome，MetS）是以胰島素抵抗和系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)為病理生理特征的、一組相互關(guān)聯(lián)危險因素的集合，以腹型肥胖為核心特征，糖脂代謝異常、高血壓等也是其重要的病理表現(xiàn)。MetS是發(fā)生2型糖尿病、非酒精性脂肪性肝病和動脈粥樣硬化等疾病的高危風(fēng)險因素，由不合理的飲食習(xí)慣和不當(dāng)?shù)纳罘绞揭l(fā)的MetS及相關(guān)疾病已經(jīng)成為全球性的、威脅個人及家庭，乃至社會的重大公共衛(wèi)生健康問題。最新數(shù)據(jù)表明中國成人中代謝綜合征患病率已達33.9%，估計全國約有4.54億成人患有代謝綜合征。
越來越多的研究表明，不同個體對同樣的食物可能會有非常不同的反應(yīng)，體現(xiàn)在如餐后血糖、疾病干預(yù)和治療效果等方面。產(chǎn)生這種差異的一個重要原因來自于不同個體腸道中的微生物群。因此，人們在選擇食物或進行營養(yǎng)干預(yù)時，應(yīng)將自己視作人和微生物的超級共生體，通過基于個性化的營養(yǎng)支持來優(yōu)化健康或預(yù)防、管理、治療疾病，這一概念稱為精準(zhǔn)營養(yǎng)（precision nutrition）或個體化營養(yǎng)（personalized nutrition）。近年研究證據(jù)表明腸道菌群是精準(zhǔn)營養(yǎng)的一個關(guān)鍵特征。
2021年1月，林旭研究組在The American Journal of Clinical Nutrition發(fā)表了針對代謝綜合征及其高風(fēng)險人群中進行了連續(xù)12周的飲食干預(yù)研究，利用花生替代等能量的精制谷物攝入，而對照組食用等熱量的精制谷物棒，發(fā)現(xiàn)花生替代等能量的精制谷物能顯著提高代謝綜合征的逆轉(zhuǎn)率。在該研究基礎(chǔ)上，我們對該項臨床干預(yù)研究進行了腸道菌群的采集與分析，并將菌群信息與臨床指標(biāo)進行關(guān)聯(lián)研究。通過分析臨床指標(biāo)，我們發(fā)現(xiàn)花生干預(yù)后各臨床檢驗指標(biāo)和身體測量指標(biāo)的變化呈現(xiàn)高度的個體差異性。同時我們分析了人群腸道菌群的組成，發(fā)現(xiàn)不論是組間比較還是組內(nèi)前后比較，菌群結(jié)構(gòu)也都具有高度的個體特異性，其組成變化的一致性規(guī)律較少。
鑒于人群對花生干預(yù)響應(yīng)程度的差異，我們將花生干預(yù)組的人群根據(jù)每個代謝相關(guān)指標(biāo)的前后改善情況，以及代謝綜合征風(fēng)險的逆轉(zhuǎn)情況，將他們分為應(yīng)答者（responders）與非應(yīng)答者（non-responders）。我們應(yīng)用機器學(xué)習(xí)的算法，利用干預(yù)前樣本的菌群測序數(shù)據(jù)特征建立了針對每個指標(biāo)和代謝綜合征整體風(fēng)險逆轉(zhuǎn)情況的響應(yīng)預(yù)測模型。在我們檢測的9項臨床指標(biāo)中，有6項指標(biāo)的預(yù)測模型都取得了一定的預(yù)測效果（ROC曲線下面積AUC＞0.70），特別是在舒張壓（DBP）和體重的干預(yù)效果預(yù)測上達到了較高的準(zhǔn)確度（ROC曲線下面積分別為AUC=0.91和AUC=0.8）；另外，代謝綜合征整體風(fēng)險逆轉(zhuǎn)情況也可通過建立的模型達到較好的預(yù)測效果（ROC曲線下面積為AUC=0.71）。綜上，該研究結(jié)果表明腸道菌群在精準(zhǔn)營養(yǎng)干預(yù)改善代謝和治療疾病策略中的關(guān)鍵地位，為后續(xù)以腸道菌群為功能性食物或藥物作用的靶點研究，或為開展更大規(guī)模精準(zhǔn)營養(yǎng)干預(yù)和臨床應(yīng)用提供新的思路和理論依據(jù)。
中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所陳雁研究員和林旭研究員為該論文的共同通訊作者，陳雁研究組王爍博士為該論文第一作者。該課題得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、及中國科學(xué)院等項目的資助，同時也得到了復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院的支持。
圖：利用腸道菌群和機器學(xué)習(xí)算法建立在花生干預(yù)代謝綜合征中各指標(biāo)響應(yīng)的預(yù)測模型
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mnfr.202001051
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