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高脂饮食,纤维素与肠道菌群失衡是代谢性疾病

2019-06-16 03:25

已有研究表明,肠道微生物这一“器官”发挥着多样化的功能,包括物质代谢、生物屏障、免疫调控及宿主防御等,肠道微生物不仅帮助宿主从食物中吸收营养,还能够合成氨基酸、有机酸、维生素、抗生素等供宿主使用,并可以将产生的毒素加以代谢以减少对宿主的毒害。不同的饮食和生活方式对宿主肠道微生物种类有很大的影响,例如高脂饮食可以导致有益双歧杆菌的减少甚至消失。因此,肠道微生物和宿主存在着互利共生的关系,对维持宿主健康发挥着重要的作用。

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【广州日报】高脂饮食 越吃越“伤脑”

中国科学院城市环境研究所环境分子毒理学研究组针对目前快速城市化进程中环境因素的复杂性和高暴露性,重点关注典型持久性有机污染物对肠道微生物与宿主健康的影响。肠道微生物生态对于城市环境质量演变与生态健康效应具有重要指示作用。该研究开展了PCBs相关污染物的研究工作,阐明了肠道微生物紊乱和机体健康风险的关联性,并筛选出了与PCBs污染相关的特征性菌株,该特征菌株对于PCBs诱导相关疾病的治疗具有重要的借鉴意义。同时研究了PCBs类化合物与其它环境因素共存时对肠道微生物及宿主健康的影响,结果表明,① PCBs作为常见的亲脂性污染物,不可避免地与高脂饮食共存;② PCBs和/或高脂饮食可诱导小鼠肠道菌群组成和多样性的显著变化,促进腹部脂肪积累;③暴露于PCBs可导致宿主脂肪比例增加、腹部皮下脂肪细胞肥大、促炎症细胞因子(TNF-α、iNOS和IL-6)表达增加;④这些变化均可被高脂饮食进一步加剧,表明肥胖个体可能更易受PCBs的影响;⑤PCBs-高脂饮食互作共同调控肠道微生物生态平衡及宿主健康。

肠道菌群是健康的核心,科学家们已经发现肠道菌群和不少疾病有关,相关的研究也很多。肠道菌群和肥胖等代谢性疾病相关,比如肥胖。我们知道肥胖受饮食和遗传因素影响较大,其实肥胖的发生除了与饮食关系较大之外,肠道菌群在其中也扮演着非常重要的角色。


上述研究结果分别发表于Sci. Total. Environ. 2019. 653, 274-282及韦德1946游戏官网,Environ. Pollut. 2018. 239, 332-341。池毓烺和林怡为共同第一作者,董四君为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、福建省自然科学基金、中科院城市环境与健康重点实验室项目的支持。

肠道微生物虽小,但是他们却拥有巨大的能量。肠道是体内细菌定植的主要场所,人类肠道中寄居着约10^14左右的微生物,种类超过1000种,人体中微生物总量达2千克,这些肠道菌群携带的基因数量为人类自身100-150倍,因此有人把他们成为人体的第二大脑。

稿件来源:广州日报2015年10月17日B05版 | 作者:黄岚 | 编辑: | 发布日期:2015-10-19 | 阅读次数:

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人体中的微生物有三分之一具有普遍性,另外三分之二具有特异性,为什么有的人总也吃不胖,有的人吃得不多但是体重却超标呢,可能和上面提到的肠道菌群的这些特异性有关。那么是什么影响着人体肠道菌群的分布呢,除了遗传因素之外,饮食因素也与之密切相关。在2018年11月30日的CDS大会上,肖新华教授就“营养、肠道菌群:代谢性疾病的源头”进行了精彩报告,里面有不少内容值得我们去关注。

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为了让沮丧的心情变得愉快,暴饮暴食属于最原始的“多巴胺奖励”之一。然而大鱼大肉地胡吃海喝不仅会提高肥胖风险,还有可能会让你变得比从前更沮丧。新的研究表明,高脂饮食会损害大脑健康——通过扰乱人类和位于肠道的微生物菌群之间共生关系来实现。而这类不良的饮食结构,可能也会增加抑郁症和其他心理紊乱的风险。 高脂饮食会导致“行为改变” 最近发表在《生物精神病学》上的一项最新研究提出:高脂饮食可能会导致健康和行为改变,这主要是通过改变肠道的细菌混合物,也就是肠道微生物菌群来实现的。位于人类肠道的微生物菌群包含万亿个微生物,对于正常的生理机能至关重要。如果微生物菌群发生改变,宿主就很可能更容易受到疾病的影响,包括神经精神病学损伤。 为了了解与肥胖症有关的微生物菌群,究竟是否会改变宿主的行为和认知,来自美国路易斯安纳州立大学的研究人员利用成年大鼠作为实验对象。在实验里,非肥胖症的大鼠保持了正常的饮食,同时,接受了其他大鼠肠道微生物菌群移植。随后研究人员对受体大鼠的行为和认知进行了评估。结果发现,接受了高脂饮食捐赠大鼠微生物菌群移植的大鼠表现出行为的多重扰乱,包括日益焦虑、记忆受损以及重复性行为。此外,它们身体还受到了不利影响,包括肠道通透性和炎症标记物增加。大脑的炎症迹象也很明显,而这很可能导致了大鼠的行为改变。 肠道微生物菌群:人体健康的“功臣”这份最新的研究报告表明,饮食诱发的肠道微生物菌群改变足以导致大脑功能发生改变。一般人对于人体内的微生物菌群了解甚少。为此,记者特别邀请到中山大学生命科学大学院专门从事微生物学研究的彭宣宪教授,为我们解惑。他告诉记者,肠道微生物菌群与人体共同进化,为人体提供其自身不具备的酶和生化代谢通路,从而影响人体大部分的生理功能,因此,肠道菌群在维持人体健康中所起的重要作用超乎想象。 肠道微生物菌为何被誉为人类后天获得的一个重要“器官”?彭宣宪教授解释道,我们体内的这些菌群通过与人体和外界环境相互作用,在人体发挥着各种生理作用,影响人体的营养物质吸收、能量代谢、免疫、中枢神经系统活动和胃肠道功能等,已成为人体不可或缺的一部分。“肠道微生物菌群中各种微生物无论有益还是有害,它们之间会相互制约,维系着一种生态上的平衡,共存于人体肠道。因此,肠道微生物菌群的组成和状态可以真实地反映人体的健康状况,是人体的晴雨表。正常情况下,肠道微生物菌群与人体之间维持一种动态的生态平衡,一旦受到人体及外环境变化的严重影响,这种生理平衡状态就会被打破,出现病理性组合,导致肠道菌群失调。” 改变肠道微生物菌群影响大脑健康 不要以为肠道机能紊乱只不过是“闹个肚子”的问题,被改变形态的肠道微生物菌群分分钟能够影响大脑行为——比如说让你变得比原来更加抑郁,又或者是其他无法预计的心理紊乱的风险。彭宣宪教授告诉记者,目前认为,肠道微生物菌群、肠道和脑三者间进行着密切的信息交流, 可以影响宿主的行为和认知。由于肠道微生物菌群可以通过肠-脑轴的免疫、神经内分泌和迷走神经3 条途径实现对脑功能和行为的影响,因此可以理解为什么精神疾病和肠胃症状具有相关性。 高脂饮食可以导致肠道微生物菌群结构和比例的改变,这些微生物菌群产生与正常人微生物菌群不同的物质,从而影响人的情绪、行为、感觉。彭宣宪教授表示,已有研究发现,菌群的改变可以导致某些脑组织水平的变化,以及出现新的神经系统的化学物质。肠道菌群失调将导致动物出现类似于人类的“肠-脑疾病”和中枢神经系统疾病。也就是说,肠道有问题,就很容易一并引发大脑的症状——包括肠易激综合征、炎性肠道疾病和肝性脑病等,不仅具有明显的炎性和功能性肠道症状, 还伴随有情绪和行为的异常,比如焦虑、抑郁和认知功能减退等。肠道菌群失调还可能是导致自闭症、多发性硬化症、慢性疲劳综合征、阿尔兹海默症等中枢神经系统疾病的重要原因。 “粪便移植”:重建肠道菌群 据彭宣宪教授介绍,在肠道微生物菌群的研究领域,通过调节肠道菌群来治疗疾病是一个重要研究热点。目的在于通过精心调理,使肠道微生物菌群达到益生菌增多和有害菌消除的结果。提到“益生菌”大家并不陌生,它是一种对宿主有益的活性微生物,可以促进肠道菌种平衡、增加宿主健康效益。目前公认的肠道益生菌大体可以分为3类:乳酸菌、双歧杆菌和革兰氏阳性球菌。“若想调理肠道健康微生物,可以通过饮食来天然培育益生菌。发酵食物也可保证益生菌的来源,但其对肠道微生物菌群是构成长期的还是暂时性的影响尚不清楚,机制也还不明确。”除此之外,彭宣宪教授还告诉记者,目前还有一种“粪便移植”(即通过重建肠道菌群来治疗疾病)的方法——就是把经过处理的健康人的粪便液,灌到患者肠道内,这种方法目前已在溃疡性结肠炎、克罗恩病、肠易激综合征获得成功应用。 改善肠道调节神经中枢 虽然研究人员对肠道微生物菌群影响行为的机制仍知之甚少,但目前的发现已经表明了肠道微生物具有成为神经障碍治疗目标的潜力。 彭宣宪教授表示,肠道微生物菌群与神经性疾病关系的研究是目前国际生命科学领域的热点领域,科研人员期望通过肠道微生物菌群与疾病关系机制的研究,创建新疗法以对付那些难以治愈的精神疾病与代谢性疾病,即通过调节肠道微生物菌群的结构和比例的途径,使患者提高对食物的消化、吸收能力以及免疫力,甚至在药物吸收等方面能与正常人一样。 “总之,改善肠道微生物菌群或许可以较好地调节中枢神经系统,达到防病和治病的目的。”彭宣宪教授这样说道。

城市环境所在肠道微生物与健康研究方面取得进展

图1 肖新华教授在2018CDS大会上做报告

1、第二大脑如何影响第一大脑

肠道菌群的分布受很多因素影响,其中饮食因素有较大影响,比如食物中的膳食纤维含量,动物来源的饱和脂肪酸,膳食胆固醇的含量,都会影响肠道菌群的分布情况,不同的人种饮食习惯不同,其肠道菌群分布也是不同的。另外,抗生素的服用和寒冷暴露也对肠道菌群有影响。食物经过消化道消化吸收,最终形成的一些物质是人体自身无法消化吸收的,而这些物质便成为了肠道菌群的食物,肠道菌群分解发酵这些物质可以产生一系列的代谢产物,其中就有一些营养类物质,例如维生素K、氨基酸、短链脂肪酸,此外还有一些未知产物。上述代谢产物可将信号传递给机体的不同器官和组织(比如脂肪组织、肝脏、肠道、脑、心血管系统和肺),影响其生理功能,从而让肠道菌群这个第二大脑对人体的第一大脑产生影响。

2、细菌和肥胖

从饮食角度来说,高脂饮食相比低脂饮食所含能量更高,对体重的影响更大,那么,肠道菌群在肥胖中起着什么样的作用呢?有研究指出,给予无菌小鼠和有菌小鼠低脂喂养3周后,将一半的小鼠转为高脂肪喂养8周,最后观察无菌小鼠相比有菌小鼠体重增加较少,也就是说,在同样的能量摄入下,有菌小鼠体重增加更多,有可能是肠道细菌能帮助机体更多地储存脂肪。

研究发现肥胖人的粪便所含能量更低,也就是说这部分人体中的细菌帮助其更好地吸收了食物中的营养和能量物质。通过动物实验可知,胖鼠中肠道中短链脂肪酸增加,其粪便中的能量值较低,将胖鼠的肠道菌群移植给无菌小鼠后,小鼠的体脂明显增加。那么,肠道菌群引起肥胖的机制是什么呢?详见图2。

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图2 肠道菌群对肥胖的影响机制

另一方面,饮食因素反过来又会影响肠道菌群,高脂饮食可改变胃肠道定殖菌群的组成和功能。比如一项研究中,给雄性和雌性小鼠高脂饮食(HFD:60%脂肪饮食)和低脂饮食(LFD:10%脂肪饮食)20周,高脂饮食中雌性和雄性小鼠体重都会增加,但是雄性增加更为明显,在高脂饮食中,厚壁菌门增加更为明显,这也提示厚壁菌门可能在肥胖中起着很重要的作用。

3、AKK菌与肥胖的关系

HFD饮食的肠道菌群会增加肠道通透性,全身性炎症和脑部炎症,而有一种细菌能改善肥胖饮食诱导的结肠黏膜屏障功能障碍,也就是近期研究较多的Akkermansia muciniphila菌,这个细菌是从瘦体质的人肠道中提取得到的。

研究指出:AKK菌对肥胖、空腹血糖水平、空腹胰岛素水平、胰岛素抵抗、血清瘦素水平、肠道通透性和肠道炎症均有改善作用,其中对于炎症、肥胖和空腹血糖水平的改善尤为明显。

4、肠道菌群的其他作用机制

肠道菌群与下丘脑有相互作用,比如通过益生菌VSL#3治疗可改变下丘脑摄食调节基因的表达水平,增加GLP-1水平。此外,菌群通过与下丘脑作用还会与全身炎症和中枢炎症、神经小胶质细胞、迷走神经传入神经产生相互作用。

全身性炎症可能通过体液、细胞和神经途径诱导中枢炎症。有限的宿主菌群多样性不足以诱导小胶质细胞成熟,而移植复合菌菌群可部分恢复小胶质细胞功能。肠道菌群的一种代谢产物——脂多糖的慢性升高可改变迷走神经传入信号,益生菌鼠李糖乳杆菌可增加迷走神经放电,提示其可能可避免肥胖发生。

5、肠道菌群失调和2型糖尿病

针对中国人群的研究得出,2型糖尿病患者肠道菌群中产丁酸菌减少,而潜在致病菌增多。糖尿病前期患者肠道菌群也有相应的变化:梭菌属和黏蛋白降解菌AKKermansia显著减少。此外,Dorea菌属、瘤胃球菌属、苏特拉菌属和链球菌属增多。

因此,以后可以考虑针对肠道菌群作为调节代谢的靶向治疗:补充益生菌、益生元和其他膳食成分,药物、手术以及粪菌移植都是可以考虑的方案。

关于益生菌治疗:有人针对乳酸菌对超重人群体重和体脂的影响进行了评价,发现获益存在菌株差异性,大部分乳酸菌有助于降低体重,有的乳酸菌对体重没有影响,而有个别乳酸菌可能增加体重和机体脂肪量。

口服多菌株益生菌可降低NAFLD患者BMI,促进GLP-1分泌,改善肝脂肪变性。

关于药物:二甲双胍治疗可增加高脂饮食小鼠AKKermansia spp.丰度,上调黏蛋白降低肠道通透性,因此有益于改善肠道菌群。这或许是二甲双胍这种降糖药物的又一神奇之处。

一项研究对3周龄Wistar和GK大鼠高脂喂养8周后,随机使用利拉鲁肽或生理盐水治疗12周,最后的数据表明GLP-1可以抑制肝葡萄糖生成,降低肝脏脂肪沉积和脂肪生成,促进骨骼肌脂肪酸β氧化。

关于手术及粪菌移植:移植来源于RYGB手术的小鼠肠道菌群可减少小鼠的体重和肥胖指数。粪便菌群移植可提高代谢综合征患者产丁酸菌丰度,增加胰岛素敏感性。随机双盲对照研究,9例代谢综合征患者接受瘦型供体的粪便菌群移植,另外9例接受自身的粪便菌群移植,6周后结果显示:异体移植组真杆菌、小肠罗氏菌等产丁酸菌丰度较自体移植组显著提高。

6、肠道菌群是代谢性疾病的源泉吗?

肠道菌群应该被认为是促进宿主代谢和生理功能的重要环境因素。

在饮食、药物等因素刺激下肠道菌群会发生结构和功能改变,进而引发肥胖、2型糖尿病、心血管疾病、脂肪肝等一系列代谢性疾病。

高脂饮食诱导肠道菌群改变,使能量摄取增加,肠渗透性和全身性炎症提高,同时降低了可抑制肥胖的短链脂肪酸的生成能力。

肥胖相关菌群还可能通过增加全身炎症、神经小胶质细胞活化,和影响迷走神经活性间接影响下丘脑基因表达以促进过量饮食。

靶向肠道菌群治疗包括生活方式干预,益生菌、益生元、药物、手术和粪菌移植等方法。 往期回顾

1.减肥总不成功,或许是少吃了这类食物

2.肖新华教授专访:莫把二甲双胍当做 减肥药兼谈糖尿病前期该不该药物干预

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