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“肥菌”与“瘦菌”的故事 精选

已有 11022 次阅读 2014-7-1 09:44 |个人分类:科普集萃|系统分类:科普集锦| 肥胖, 菌群

说起肥菌(obese microbiota)与瘦菌(lean microbiota),已经算是往事了。去年9月6日,美国、法国和丹麦科学家在Science上发表论文,报告了他们把4对双胞胎姐妹的肠道菌群移植给无菌小鼠的实验结果(Science-2013-Ridaura-.pdf)。

这4对姐妹均为一肥一瘦,姑且称为“肥姐”和“瘦妹”。有趣的是,移植了肥姐肠菌的小鼠成了一只“肥鼠”,而移植了瘦妹肠菌的小鼠则还是一只“瘦鼠”。在这里,小鼠的肥瘦似乎与饮食无关,因为两种小鼠喂食的都是低脂、高纤维饲料。

更有趣的是,当把这两种肠菌不同的小鼠关在一个笼子里饲养时肥菌不能取代瘦菌,而瘦菌却能入侵肥菌,结果有瘦菌的小鼠依然消瘦,而有肥菌的小鼠也不肥胖。不过,若让有肥菌的小鼠吃高脂、低纤维饲料,它又能发胖,则说明菌群与饲料共同作用可导致肥胖(下图)。




进一步分析表明,瘦鼠肠道的短链脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸)增加,可抑制脂肪在脂肪组织的积累,增大能量消耗,促进瘦素(饱腹感激素)分泌,而肥鼠肠道的分支氨基酸增加,则与胰岛素抵抗及肥胖密切相关。

菌群分析显示,具有入侵性的瘦菌是拟杆菌(Bacteroides)。其他研究也证明,小鼠肠道的拟杆菌确实与消瘦相关。该研究并未鉴定出肥菌的具体种类,根据其他报道,肥菌应该属于硬壁菌或称厚壁菌(Firmicutes)。

今年5月,《糖尿病》(Diabetes)发表了一篇文章(Replication of Obesity and Associated Signaling Pathways Through Transfer of Microbiota From Obese-Prone Rats),介绍法国、美国、罗马尼亚科学家将肥胖大鼠肠道的高比值硬壁菌拟杆菌移植给无菌小鼠,成功地复制出肥胖表型,而且鉴定出3种肥菌——颤杆菌(Oscillibacter)和梭菌属14a簇及4簇。

昨天,我发表的博文“肥胖地图”:西方人比东方人更易发胖中描述的人体中的情形似乎与上述动物中的情形相似,即肥菌是硬壁菌类,瘦菌是拟杆菌类。西方人(主要是欧洲人)肥菌比例高,而东方人(如中国人)瘦菌占多数。

令人不解的是,人体试验得出的结果却比较复杂多样。比如,有人发现胖子肠道中的拟杆菌及其产生的丙酸比瘦子多,而且拟杆菌与食用高蛋白及饱和油脂有关。还有人发现,以高纤维为食的非洲瘦子与吃纯西方饮食的欧洲人比较,前者体内的拟杆菌明显减少。

外一则——故事之外的联想

为什么肠菌与肥胖研究结果如此不同?难道肥胖的真正原因还没找到?查查Wikipedia,肥胖的起因有饮食、多坐少动、家族遗传、其他疾病、感染因素等,其中感染因素提到了肠道微生物,但尚无定论。我认为,肠菌肯定会影响食物消化和营养吸收,但将一大群微生物定义为肥菌(坏菌)或瘦菌(好菌)可能很难。

我们在给小鼠饲喂微生物时偶然发现,每天吃活酵母菌的小鼠长得很肥,当时只是随便想了一下,可能是酵母蛋白质营养丰富吧,以后就没有继续寻根究底。最近在看肠菌与肥胖文献时,突然想起这件事而若有所思。我想,虽然酵母菌不是病原菌,但若过度繁茂是否会激活肠道免疫系统呢?免疫系统激活的结果当然是产生炎症,而炎症可以导致肥胖吗?

要回答这个问题,必须找到炎症与肥胖相关的直接证据。关于肥胖导致炎症的文献不计其数,而炎症引起肥胖的文献屈指可数。比如,有人提出假说,认为肥胖是因为下丘脑炎症损伤而不能传达瘦素信号(饱腹感)而进食过量的结果,但却没有通过实验证实,等于是个空想。幸好,我查找了半天,终于找到这么一篇实验论文(High-Fat Diet: Bacteria Interactions Promote Intestinal Inflammation Which Precedes and Correlates with Obesity and Insulin Resistance in Mouse. PLoS One 2010,5: e12191)。巧合的是,我们在饲喂高脂饮食的小鼠血清中也检测到肿瘤坏死因子α、白细胞介素-1β等促炎细胞因子的高表达。

这篇文章的意思是小鼠中高脂饮食与细菌的相互作用可促进肠道炎症,而炎症的发生出现在肥胖与胰岛素抵抗之前。我进一步联想到以前就知道人体可根据自身需要产生胰岛素抵抗,比如当病原体入侵时,白细胞需要大量能量供给才能杀灭病原体,这时其他细胞就主动形成胰岛素抵抗,保证葡萄糖优先供应给白细胞。

顺着这个思路,莫非人体把大量脂肪贮存在体内是为了抗感染?或者说,肥胖贮存的脂肪是用来应付体内微生物失调导致的某些菌群过度繁茂?如果用这个想法检验那张“肥胖地图”,倒是可以合理解释为什么美国人的肥菌与瘦菌各半,而欧洲人肥菌多于瘦菌,但美国比欧洲的肥胖率更高,因为美国人有两类菌群过度繁茂,肠炎加剧,肥胖率较高,而欧洲人仅有一类菌群过度繁茂,炎症减缓,肥胖率略低。

以上是自己不太成熟的想法,也没有通过实验验证,欢迎行家批评指正!




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