Cell：如果不喂好你的腸道菌 它們可能就會(huì)吃你！
日期：2016-11-21 09:25:16
這聽起來(lái)像是20世紀(jì)50年代科幻電影的情節(jié)：人體內(nèi)正常的有益細(xì)菌，如果沒有得到想要的食物，就開始從體內(nèi)開始“吃”它們的宿主。
但是最近一項(xiàng)新的研究，向我們展示了“當(dāng)消化系統(tǒng)內(nèi)的微生物沒有得到它們所依賴的食物時(shí)，究竟會(huì)發(fā)生什么樣的情況？”。由于饑餓，它們開始吃排列在腸道內(nèi)壁的自然粘液層，從而過(guò)度侵蝕著腸道內(nèi)膜，使得入侵的細(xì)菌能夠感染結(jié)腸壁。
11月17日在《Cell》雜志發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)展示了纖維缺失對(duì)特別飼養(yǎng)的小鼠的腸道有何影響。這些小鼠在出生和成長(zhǎng)過(guò)程中，都沒有它們自己的腸道微生物，然后接受了14種細(xì)菌的移植，這些細(xì)菌通常在人類腸道內(nèi)生長(zhǎng)。科學(xué)家們知道每種細(xì)菌的完整的遺傳特征，使他們能夠隨著時(shí)間的推移跟蹤它們的活動(dòng)。
這些研究結(jié)果有著重要的意義，不僅讓我們了解纖維在正常飲食中的作用，而且也讓我們有望使用纖維來(lái)對(duì)抗消化道疾病的影響。
密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)副教授Eric Martens博士說(shuō)：“我們通過(guò)研究纖維、腸道微生物和腸道屏障系統(tǒng)之間的關(guān)系，我們了解到，如果你不喂養(yǎng)它們，它們就會(huì)吃了你。”他與他的前博士后研究員、現(xiàn)在中盧森堡衛(wèi)生研究所的Mahesh Desai博士，共同帶領(lǐng)了這項(xiàng)研究。
利用密西根州大學(xué)專門的無(wú)菌小鼠設(shè)備，以及先進(jìn)的基因技術(shù)，他們確定了在不同條件下存在和活動(dòng)的細(xì)菌，他們研究了不同纖維含量以及沒有纖維含量的飲食所產(chǎn)生的影響。他們還感染了一些攜帶某種細(xì)菌菌株的小鼠，這些細(xì)菌對(duì)小鼠的影響，類似于大腸桿菌在人類中的影響——可造成人類腸道感染，導(dǎo)致刺激、炎癥、腹瀉等等。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在接受飲食的小鼠中，粘液層保持較厚，感染沒有完全持續(xù)，這些飲食中約有百分之15的纖維來(lái)自于微加工的谷物和植物。但是當(dāng)研究人員將食物替換為不含纖維的食物時(shí)，在連續(xù)幾天的時(shí)間，它們腸道中的一些微生物就開始蠶食腸道粘液了。
他們也嘗試過(guò)富含益生元纖維的食物——可溶性纖維的純化形式，類似于當(dāng)前一些加工食品和補(bǔ)充劑所包含的纖維。這種飲食可導(dǎo)致相同的粘液層侵蝕——缺乏纖維的小鼠中觀察到的相同現(xiàn)象。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌的混合根據(jù)小鼠喂食的東西而發(fā)生變化。在移植的微生物中，一些細(xì)菌是更常見的，這意味著，它們?cè)诘屠w維飲食的條件下繁殖的更多，其他細(xì)菌則是在高纖維的條件下。
在低纖維和無(wú)纖維條件下最蓬勃發(fā)展的四株細(xì)菌，是唯一能制造糖蛋白（構(gòu)成了粘液層）分解酶的細(xì)菌。
基于遺傳信息研究細(xì)菌，研究人員可以看到細(xì)菌正在制造哪種纖維消化酶。他們檢測(cè)到了超過(guò)1600種不同的酶，能夠降解碳水化合物——類似于正常人體腸道的復(fù)雜性。
就像細(xì)菌的混合一樣，酶的混合會(huì)根據(jù)小鼠被喂食的東西而變化，甚至偶爾的纖維缺失，也會(huì)導(dǎo)致更多的粘液降解酶產(chǎn)生。
粘液層以及不斷產(chǎn)生粘液的結(jié)腸壁的“杯狀”細(xì)胞的影像表明，小鼠接受的纖維越少，該層就越薄。同時(shí)在正常腸道中粘液不斷的產(chǎn)生和分解，在最低纖維條件下的細(xì)菌活性變化意味著，進(jìn)食的速度比生產(chǎn)速度更快——幾乎就像是樹木的采伐速度超過(guò)了新樹的種植速度。
當(dāng)研究人員用檸檬酸桿菌（Citrobacter rodentium，大腸桿菌樣的細(xì)菌）感染小鼠時(shí)，他們觀察到，這些危險(xiǎn)細(xì)菌在接受無(wú)纖維飲食的小鼠腸道中更加蓬勃發(fā)展。這些小鼠當(dāng)中的許多開始出現(xiàn)疾病和體重減輕的跡象。
當(dāng)科學(xué)家們觀察它們的腸道組織樣本時(shí)，他們看到的不僅是一層更薄甚至是片狀的粘液，同時(shí)他們也看到了廣泛的炎癥。在感染之前攝入富含纖維飲食的小鼠，也出現(xiàn)了一定的炎癥，但在一個(gè)更小的區(qū)域內(nèi)。
Martens指出，除了無(wú)菌設(shè)施之外，這項(xiàng)研究的成功，還是因?yàn)橥ㄟ^(guò)醫(yī)學(xué)院Host Microbiome Initiative建立起來(lái)的微生物DNA和RNA測(cè)序能力，以及完成所有序列數(shù)據(jù)的計(jì)算能力。他說(shuō)：“擁有所有的資源，是這項(xiàng)研究成果的關(guān)鍵。”他還指出，密歇根大學(xué)的同事們?cè)?span lang="EN-US">Gabriel Nunez和Nobuhiko Kamada的帶領(lǐng)下，提供了C. rodentium病原體模型，法國(guó)克斯馬賽大學(xué)研究小鼠腸道酶的合作者，也提供了幫助。
展望未來(lái)，Martens和Desai打算探討不同的益生元纖維混合的影響，以及具有間歇性天然纖維含量的食物在較長(zhǎng)的一段時(shí)間有何影響。他們還想尋找生物標(biāo)志物，可以告訴他們?nèi)祟惸c道粘液層的狀態(tài)——如粘液消化細(xì)菌菌株的豐度，以及低纖維對(duì)慢性疾病（如炎癥性腸道疾病）的影響。
Martens說(shuō)：“盡管該研究是在小鼠中進(jìn)行的，但是這項(xiàng)工作帶給人們的關(guān)鍵信息，放大了醫(yī)生和營(yíng)養(yǎng)學(xué)家?guī)资陙?lái)告訴我們的一切：大量進(jìn)食不同天然來(lái)源的纖維。你的飲食習(xí)慣直接影響著你的腸道菌群，并從那里開始它可能會(huì)影響你的腸道粘液層和疾病傾向。但是，我們是否能用更純凈和容易攝取的東西，來(lái)治療我們的纖維缺乏？這還是一個(gè)未解決的問(wèn)題。”
