在一項新的研究中，來自美國華盛頓大學圣路易斯醫學院的研究人員鑒定出一些零食（snack food）原型的成分，這些零食原型經過精心設計，可以以與健康相關的方式改變腸道微生物組。

這些作者將動物模型的結果進行了轉化，在兩項針對超重參與者的初步人體臨床試驗中顯示，含有特別選擇的纖維類型組合的零食會影響參與纖維成分代謝的腸道微生物組的成員。腸道微生物組的這種變化與一組血液蛋白的變化有關，這些血液蛋白是生理學和新陳代謝許多方面的生物標志物和調節因子。從長遠來看，這些血液蛋白的變化可能改善健康狀況。

論文通訊作者、華盛頓大學圣路易斯醫學院愛迪生家族基因組科學與系統生物學中心主任Jeffrey I. Gordon博士說，“營養不良是世界面臨的一個緊迫而復雜的問題，由許多因素驅動，包括典型西方飲食中過多的高脂肪和低纖維食物。由于零食是西方飲食的一個流行部分，我們正在努力幫助開發人們喜歡吃的新一代零食配方。”

人類腸道是由幾十萬億個微生物組成的腸道微生物組的家園，這些微生物含有數百萬種不同的基因，其功能是人類基因組中大約2萬個蛋白質編碼基因所不能提供的。根據這些作者的說法，食物的營養價值部分是由它們經腸道微生物組代謝的*產物決定的。

Gordon和他的同事們專注于確定哪些食物成分與腸道微生物組的哪些成分相互作用，以及這種相互作用如何塑造人類生物學的不同特征。其目標預示著營養科學的新時代，即從可持續的來源中產生可負擔的、更有營養的食物，可用于治療或預防各種形式的營養不良---無論是兒童或成人的營養不足或肥胖。

在美國和其他西方國家攝入的高脂肪、低纖維的飲食不能支持多樣化和健康的腸道微生物組。此外，高纖維含量的飲食與較低的心血管疾病、2型糖尿病和肥胖等慢性疾病風險有關。然而，膳食纖維是由復雜多樣的生物分子混合物組成的，其中的許多生物分子是人體無法自行分解的。這些混合物的性質因纖維的來源和它們被納入食物時的加工方式而不同。

纖維制劑中單糖含量和糖苷鍵的存在，以及飼喂給無菌小鼠的未添加和添加纖維的HiSF LoFV飲食中的單糖含量和糖苷鍵，圖片來自Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03671-4。

Gordon團隊之前的研究工作已確定了可以負擔得起的可從可持續的來源（比如從本來會被丟棄的果皮、外皮和外殼）中大量獲得的特定植物纖維，而且它們可以提高某些有益的腸道微生物的表現，這些腸道微生物在許多食用西方飲食的肥胖成年人中代表不足。

在這項新的論文中，這些作者分析了參加兩項臨床試驗的超重或肥胖受試者的數據，他們被提供模擬典型西方飲食的飲食。這些飲食中補充了三種含纖維的零食原型之一。一種只包含從豌豆中提取的纖維。另一種含有豌豆纖維和菊粉（一種在一些水果和蔬菜中發現的纖維，包括小麥、洋蔥、香蕉、蘆筍、朝鮮薊和菊苣根）的組合。第三種含有豌豆纖維和菊粉，以及來自橙子果肉和大麥麩的纖維。這些零食是與全球零食公司億滋國際（Mondelēz International）合作開發的。

在第一項臨床試驗中，參與者在10天內食用高脂肪、低纖維的飲食，然后在他們的飲食中加入含有豌豆纖維的零食，為期兩周，隨后兩周，參與者繼續食用高脂肪、低纖維的膳食，而不食用含纖維零食。在第二項臨床試驗中，采用了類似的設計，但補充的是同時含有豌豆纖維和菊粉的零食，而在洗脫期（washout period）過后，補充的是含有四種纖維成分（來自豌豆、菊粉、橙子和大麥麩）的零食。

這些作者在這項研究的各個階段分析了患者的腸道微生物組，以及他們血液中1300多種蛋白質的水平。Gordon和他的同事們發現，對臨床試驗參與者的不同零食纖維原型作出反應和處理的腸道微生物組的許多成分，與他們早先用人類腸道微生物定植的無菌小鼠進行的實驗中對相同纖維反應的腸道微生物組成分相同。無菌小鼠是在無菌條件下出生和長大的，因此可以嚴格控制腸道微生物的性質來進行科學研究。

此外，他們發現，與含單一纖維或兩種纖維的零食相比，含有四種不同纖維的零食對編碼從纖維中提取營養物所需的代謝機制的腸道微生物組基因有更廣泛的影響。這些發現驗證了他們使用臨床前模型作為一種加速篩選和選擇纖維以納入食品原型中的方式。

這些作者開發了數據挖掘方法，使他們能夠確定一組特定的腸道微生物組基因發生的統計學意義上的變化，并將其與參與非常廣泛的生理過程的一組血液蛋白的水平變化聯系起來，這些生理過程包括能量代謝（包括葡萄糖代謝）、免疫反應、血液凝固和血管功能，以及骨骼和神經細胞生物學。

論文第一作者、Gordon團隊成員Omar Delannoy-Bruno博士說，“我們很高興看到這些含纖維零食對腸道微生物組和人類生理學的影響，即使在這些相對較短的臨床試驗中。”

論文共同作者、華盛頓大學病理學與免疫學系副教授、腸道微生物組與營養研究中心執行主任Michael J. Barratt博士說，“這些初步臨床試驗的目的不是為了測試含纖維零食是否能對體重或通常測量的心臟代謝健康生物標志物產生重大的長期改變。因此，這些干預措施的好處將不得不在更大、更長的臨床試驗中進行調查。此外，這兩項小型臨床試驗是在嚴格控制的飲食條件下進行的。下一個重要步驟將是調查含纖維零食在可以像平常一樣自由進食的參與者中的效果。”

Gordon補充說，“隨著對不同種類的纖維對腸道微生物組成分的影響有了更好的了解，我們希望我們能夠提供一種人們愿意吃同時也能更促進健康的零食，特別是對于那些本來就獲得有限營養食物的人。”