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鉴定出可能与诱导肥胖最密切细菌种类
作者:赵立平    文章来源:《国际微生物生态学会会刊》    点击数:    更新时间:2009-12-22

上海交通大学、中科院营养所和国家人类基因组南方中心的科学家在肥胖研究方面取得了新的进展,相关成果文章“Interactions between gut microbiota, host genetics and diet relevant to development of metabolic syndromes in mice”发表在《国际微生物生态学会会刊》(The ISME Journal)上。文章通讯作者是上海交通大学生命科学院赵立平教授。

肥胖是困扰人类健康的日益严重的重大公共卫生问题。最近,肥胖成为重症甲流高危因素的事实也让人们对这个问题更为关切。近年来国际上对肥胖症的病因研究提出了新的观点,认为不合理的饮食破坏肠道菌群结构,引起全身性的、低度的慢性炎症是导致脂肪过度积累并造成糖尿病、冠心病等疾病的主要诱因,同时,也会使患者对其他各种疾病的易感性提高例如结肠癌和重症甲流。

他们把高密度脂蛋白基因被破坏、先天患有轻度糖尿病的小鼠与基因完好的对照小鼠,分别都饲喂植物性饲料和含有大量动物脂肪、模拟现代人的饮食结构的高脂饲料,一共有4组动物,分别是“好基因+好饲料;坏基因+好饲料;好基因+坏饲料;坏基因+坏饲料”,并用最新的高通量测序技术和模式识别方法分析了各组动物的肠道菌群结构变化。

结果发现,饮食是决定肠道菌群组成的主要因素。同样基因型的小鼠,植物饲料和高脂饲料喂养时,菌群结构相差约60%,饲养在植物饲料上的不同基因型的小鼠,菌群结构相差只有不到12%,饲养在高脂饲料上的两种小鼠的菌群结构差别则更小,几乎看不出来了。

该项目的主持人,上海交大赵立平教授指出,由于我们来不及消化和不能消化的食物最终会进入大肠,培养生活在那里的肠道菌群,因此,我们的饮食结构与肠道菌群组成关系就是最为密切的。通俗点说,吃什么饭,就养什么菌。

他们观察到,动物的肥胖、胰岛素抵抗等疾病症状的严重程度主要与高脂饲料的摄入量有关系。许多人可能会认为,在四组动物中,“坏基因+坏饲料”这个组合应该是病得最重的。但出乎意料的是,虽然最健康的是“好基因+好饲料”组合,但体重最高、胰岛素抵抗也最严重的组合是“好基因+坏饲料”。对比一下这些自由采食的动物的食物摄入总量,就会发现,“好基因+坏饲料”组合明显比“坏基因+坏饲料”组合摄入的高脂饲料多得多,换句话说,基因完好的动物“胃口很好”,吃的高脂饲料明显高于基因敲除鼠,这也就是“好基因”在“坏饲料”上病得更重的营养学原因。

为什么基因完好的动物在食用了大量的不健康的饲料后,会比基因有先天缺陷的动物病得还要重呢?

他们创新性地使用了一些多元统计方法,成功地鉴定出了可能与诱导动物肥胖关系最密切的细菌种类。

他们发现,长期食用大量高脂饲料,动物肠道中的有益菌,例如双歧杆菌数量会下降到检测不出来的水平。已经有大量的报道指出,双歧杆菌等利用膳食纤维来生长的细菌可以保护动物的肠屏障功能,如果它们的数量下降,肠壁的通透性就会增加,也就是一般人说的“肠子就会漏了”。

长期食用大量高脂饲料引起的另一个变化是一些病菌的数量会增加。在本研究中,研究人员发现一种叫“硫酸盐还原菌”的病菌随着动物高脂饲料的摄入量的增加,其数量也增加很明显。例如,在“好基因+好饲料”组合中,这种细菌不到1%,而在病得最重的“好基因+坏饲料”组合中,这个病菌的数量也最高,达到约5%。硫酸盐还原菌本身是病菌,其细胞表面的一种大分子叫脂多糖,是一种“内毒素”,可以引起炎性反应。这种病菌还可以把硫酸盐还原成硫化氢。

赵立平教授指出,臭鸡蛋的臭气中的主要成份就是硫化氢,肥胖患者肠道排出的气体比较臭可能也与硫化氢多有关系。过量的硫化氢可以引起肠上皮细胞的基因突变,增加结肠癌的风险,也可以腐蚀肠壁,提高通透性,使更多的内毒素进入血液,引起慢性炎症。

这种慢性炎症只是病菌的抗原进入血液引起的,病菌其实并没有进去,但白细胞把血液中的抗原作为要发生败血症的信号,于是开始分泌对动物细胞有破坏作用的各种炎性因子。由于不存在局部的感染,这些炎性因子就会弥散在全身。这就意味着动物的免疫系统被扰乱,失去了目标,开始调转枪口攻击自身的细胞。在这种慢性炎症的长期打击下,最终会造成肥胖、糖尿病、冠心病等慢性病。

虽然还有不少分子机理的细节需要进一步阐明,这项研究从微生物群落生态学的角度,进一步丰富和发展了肠道菌群引起代谢性疾病的新理论,而且找到了与肥胖发生关系密切的具体的细菌种类,这些细菌具有成为新的治疗靶点的潜力。 

由于饮食是决定肠道菌群组成的最重要的因素,而非动物的自身的基因。这就为使用饮食重建合理的菌群结构来预防、缓解、甚至逆转代谢性疾病奠定了理论基础。赵立平教授团队正在进行大规模的营养干预人群试验,希望获取可靠方法让人受益。

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