肠道微生物是与人或动物在消化道共生的生命群体。人类的小肠、结肠、直肠都含有微生物，这些微生物一起构成肠道微生物群，其中结肠每克含有1 011～1 021个活的微生物，是微生物含量最多的部分。在健康个体中，微生物群与宿主互为共生关系，可以改善肠道完整性，辅助机体营养代谢吸收，并与病原生物竞争[1-4]。乳酸双歧杆菌和乳酸杆菌属被认为对宿主健康有益，其可以表达免疫调节和病原体拮抗分子，对宿主健康有极大的调节作用[2]。这些有益微生物会对某些化合物进行靶向代谢为宿主提供益处，这种靶向代谢被称为“益生元效应”[5]。益生元是指由肠道有益菌选择性发酵的膳食纤维，其中最常见的食品级益生元就是植物益生元。

植物益生元来源于各种天然植物，是一种可食用只能被人体肠道有益菌群利用，但不能被人体消化吸收的物质。在食品行业中，植物益生元作为一种食品组分（膳食补充剂），可以选择性地刺激一种或几种肠道有益菌生长，调节胃肠菌群平衡、改善肠道微环境、抑制有害菌群的增殖，从而对宿主产生有益的影响，改善宿主健康状态[6-8]。常用的商品化植物益生元包括低聚果糖、菊粉、低聚异麦芽糖、低聚木糖、抗性糊精和柑橘纤维等。其中只有低聚果糖和菊粉这两类植物益生元对肠道菌群调节的研究最为广泛。低聚果糖可以特异性增殖机体肠道中的双歧杆菌，从而使肠道环境变为酸性，抑制有害菌群的增殖，促进肠蠕动[9-10]。菊粉可以通过调节肠道菌群结构，促进机体对矿物质的吸收和脂质代谢[11]。另外，一些研究表明菊粉对血脂和血糖代谢具有调控作用。菊粉的补充量和人体空腹胰岛素浓度的降低呈正相关，可以降低病人空腹血糖量，可以改善病人血糖代谢[12]。可见，菊粉作为常用植物益生元的一种，对人类机体糖代谢和吸收有一定的调节作用。研究植物益生元与肠道菌群的相互作用关系，对于阐明植物益生元调控机体糖代谢和吸收作用机制是很好的补充。通过查阅近年来的国内外文献，阐述了植物益生元对肠道菌群的调控作用及其对机体糖代谢和吸收的影响作用。

1 针对肠道菌群的基因组学研究方法

1.1 宏基因组测序技术

由于肠道菌群物种繁多、数量庞大，使膳食影响肠道菌群结构变化的研究面临着很大的挑战。例如，肠道内所有的菌群不能全部被分离并培养。因此，传统的细菌培养技术不能系统性地分析菌群总体结构的变化与机体微环境改变的关系。为了克服这一局限性，更深入研究肠道菌群之间的功能活性、相互作用关系及其与机体肠道微环境之间的关系，宏基因组测序技术于1998年被正式开发并应用[13]。这一技术是以肠道菌群样本中所有微生物的总和为研究对象，直接从肠道内容物中分离所有微生物DNA进行测序，然后可对所得数据进行物种种属、作用通路、基因功能的分析；并通过对不同样本的测序数据比较分析，研究微生物内部、微生物与环境和宿主的调控作用关系[13-14]。目前，已有研究利用该技术深入解析了肠道菌群结构，并阐明菌群变化对宿主代谢的调控。例如，Xu J等人[15]运用基因组测序技术，发现多形拟杆菌可以编码272种碳水化合物活性酶，他们的研究证实在高膳食纤维饮食中，拟杆菌的多糖水解酶对代谢的关键作用。该研究很好地说明，通过基因组学的技术，可以不经分离培养就能明确肠道菌群在宿主机体中对营养代谢的作用，从而使他们的研究成为2003年关于肠道菌群研究的最成功的案例之一。然而，宏基因组测序虽然也可以预测基因表达，但在特定时空下并非所有存在的基因都表达[16]。因此，单纯的运用宏基因组测序技术不能在特定时间点，对样本肠道菌群中有表达的基因进行研究；不能很好地为肠道微生物动态变化研究提供实时监测结果，对这一类研究有一定的局限性。

1.2 宏转录组测序技术

宏转录组测序的开发和应用弥补了宏基因组测序的研究局限性。宏转录组测序可以从RNA/转录层面上，实时监测在特定时间点，以所有肠道菌群的RNA为研究对象，进行整个微生物群落内不同种群基因的表达水平和调控作用的研究；并分析在不同时间、不同组别样本中差异基因的表达。宏转录组测序可以实现样本间差异表达基因分析、功能基因挖掘、转录本的发现、转录图谱的绘制和可变剪接预测等作用。被运用到微生物研究领域后，还可以被用来分析菌群群落中微生物的胁迫响应、优势菌群的代谢途径和特定功能基因的筛选[17-18]。例如，Wu S等人[19]使用了宏转录组测序的技术，对草鱼肠道菌群的基因表达进行了分析并发现，存在最多的菌群集中在厚壁菌门。而且，根据比较多个样本的转录组测序数据，他们发现，这些菌群的主要作用是促进草鱼机体对糖类的吸收代谢；并发现菌群改变对糖代谢的调控是通过胞内多糖降解作用实现的，而不是以往传统认为的纤维素的消化作用。