乙酰化纤维素：一种通过微生物群防止体重增加的新型益生元

日本理化学研究所的科学家与东京大学和京都大学的 Tadashi Takeuchi 博士领导的团队合作，在《细胞代谢》杂志上发表了第一份对乙酰化纤维素 (AceCel) 作为益生元的全面评估，该益生元可以通过调节肠道菌群和营养代谢来显著限制小鼠的体重增加。

为什么选择 AceCel？

传统益生元（菊粉、低聚果糖）能够滋养多种细菌，但选择性不强。AceCel 是一种纤维素，乙酰基取代基共价连接到 1/3 的羟基上，从而形成仅供特定细菌（主要是多形拟杆菌）使用的底物，这些细菌能够裂解乙酰化键。

实验设计

1. 饮食成分：给 60% 脂肪饮食（DIO 模型）的小鼠补充 5% AceCel、等摩尔未处理的纤维素填充剂或不添加任何添加剂。
2. 体重和代谢监测：监测体重、饮食行为、OGTT 和胰岛素抵抗测量值 8 周。
3. 微生物群：2、4 和 8 周时粪便的 16S rRNA 测序。
4. 机制：然后将缺乏微生物群的无菌小鼠植入B. thetaiotaomicron，使用或不使用 AceCel。
5. 肝脏和肠道代谢组学和转录组学：测量短链脂肪酸 (SCFA)、乙酸盐以及参与碳水化合物和脂质代谢的关键基因的转录本。

主要结果

• 限制体重增长：8 周内，服用 AceCel 的小鼠体重仅增加 8%，而对照组小鼠体重增加 30%，普通纤维素组小鼠体重增加 28%。
• 血糖状况改善：AUC下降25%（p<0.01），HOMA-IR下降30%（p<0.05）。
• 微生物群：
  • 到第 4 周，AceCel 诱导B. thetaiotaomicron增加 10 倍，并抑制厚壁菌门的生长。
  • 知生菌实验证实，如果没有B. thetaiotaomicron， AceCel 的效果就会消失，这凸显了该物种的关键作用。

• SCFA 和乙酸根阴离子：

  • 粪便乙酸盐水平增加了 40%（p<0.01），但全身浓度下降，表明细菌吸收增加。

• 肝脏代谢：

  • 转录组学显示 Gck 和 Pklr（糖酵解酶）表达减少，而 Cpt1a 和 Ppara（脂肪β氧化）表达增加。
  • 肝脏脂质谱的特征是甘油三酯减少 35%（p<0.05）。

“AceCel 展示了一种新方法，不仅可以为微生物群提供营养，还可以让其从宿主那里‘窃取’碳水化合物，从而改变能量平衡，”Takeuchi 博士评论道。

安全与前景

• 实验数据未显示肠道或肝脏出现炎症反应，也没有改变器官功能参数（ALT、AST）。
• 下一步：进行人体临床研究，评估耐受性、对微生物群和碳水化合物代谢的影响。
• 制剂的优化：乙酰化水平、级分大小和与益生菌的结合（B. thetaiotaomicron 的消耗？）有待进一步研究。

在文章中，作者提出了几个关键评论：

• 机制的选择性
  “AceCel 表现出独特的益生元作用：它不是喂养广泛的微生物群，而是选择一种特定的多形拟杆菌菌株，将碳水化合物从宿主转移到微生物代谢，”该研究的资深作者 Tadashi Takeuchi 博士指出。

• 微生物群作为“竞争对手”的作用
  “我们的无菌实验清楚地表明，如果没有B. thetaiotaomicron， AceCel就无法发挥作用。这凸显了益生元可能通过增强肠道对营养物质的竞争来发挥作用，”合著者Ikeda博士解释说。

• 人体潜力
  “虽然我们在小鼠身上看到了强大的效果，但测试 AceCel 在人体中的耐受性和代谢动力学也至关重要，”Sato 博士说道。“下一步的临床试验应该包括对患者微生物群和代谢组学的深入分析。”

• 安全性
  “在我们的临床前模型中没有发现肠道或肝脏出现炎症或组织损伤的证据，这为开展人体试验提供了理论依据，”Nakamoto 博士补充道。

这些评论强调了 AceCel 是一种很有前途的下一代益生元，但其临床转化需要仔细评估其在人体中的安全性和作用机制。

AceCel 正在为新一代益生元铺平道路，其不仅通过刺激有益细菌发挥作用，而且还通过竞争性捕获营养底物，为肥胖和代谢综合征的精准微生物营养疗法开辟了前景。