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科學(xué)家發(fā)現膳食纖維和抗生素影響腸道菌群平衡的關(guān)鍵機制!

2017-09-03 來(lái)源:奇點(diǎn)網(wǎng)  標簽: 掌上醫生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護膚
摘要:無(wú)論是研究人員還是科普人士都會(huì )提醒大家,“腸道微生物的平衡和穩態(tài)很重要,我們要保護腸道內有益的微生物” “要多吃富含膳食纖維的食物,對腸道微生物好” “要少用抗生素,會(huì )傷害腸道微生物,導致菌群失調”。

  隨著(zhù)腸道微生物的研究愈發(fā)受到重視,它的概念和作用也逐漸“飛入尋常百姓家”,為大家所了解。無(wú)論是研究人員還是科普人士都會(huì )提醒大家,“腸道微生物的平衡和穩態(tài)很重要,我們要保護腸道內有益的微生物”“要多吃富含膳食纖維的食物,對腸道微生物好”“要少用抗生素,會(huì )傷害腸道微生物,導致菌群失調”。

  這么多忠告,記住了結論的同時(shí),你想知道為什么嗎?今天,我們就要“知其然也知其所以然”,奇點(diǎn)糕要通過(guò)一個(gè)新發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的研究告訴大家,富含膳食纖維的食物對腸道微生物好,而抗生素會(huì )破壞菌群平衡的原因。

  這項研究由加州大學(xué)戴維斯分校醫學(xué)院的AndreasB?umler教授帶領(lǐng)團隊完成。我們的腸道通常是缺少氧氣的,有很多厭氧微生物生活在其中,比如厚壁菌門(mén)和擬桿菌門(mén)的細菌,它們量大而又活躍,避免一些可以致病的腸桿菌科細菌過(guò)度繁殖,像大名鼎鼎的大腸桿菌和沙門(mén)氏菌。而且還可以消化我們吃掉的食物,產(chǎn)生一些有益的代謝物,比如丁酸鹽。

  這些厭氧細菌是如何全面壓制腸桿菌科細菌的呢?主要是通過(guò)限制硝酸鹽和氧氣的產(chǎn)生。因為大腸桿菌和沙門(mén)氏菌等腸桿菌科細菌都是兼性厭氧菌,它們在無(wú)氧和有氧的環(huán)境下均可以生長(cháng),不過(guò)在無(wú)氧環(huán)境下它們只能維持基本的繁殖,無(wú)法壯大家族,而有氧環(huán)境則更可以讓它們繁殖能力猛增。

  不過(guò)氧氣含量增加對于有益腸道的厭氧細菌來(lái)說(shuō)就很不友好了,它們難以在這樣的環(huán)境中存活。這就帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題,有益的厭氧細菌會(huì )減少,而腸桿菌科細菌會(huì )大量繁殖,這是腸道內穩態(tài)失調的一個(gè)標志。

  早在2013年,B?umler教授就發(fā)現大腸桿菌等細菌可以利用硝酸鹽作為氧氣來(lái)源,進(jìn)行有氧呼吸,使得本就菌群失調的炎癥性腸病患者的有益菌更少,炎癥更加嚴重。這項成果也發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

  那么硝酸鹽和氧氣是如何增加的呢?這就是B?umler教授的新發(fā)現了。首先,如果要產(chǎn)生硝酸鹽,誘導型一氧化氮合酶(iNOS)是一個(gè)重要的因素,于是研究人員誘導了它的編碼基因NOS2在結腸上皮細胞中的表達,然后將這些細胞放入含有大量丁酸鹽的培養基中培養。

  丁酸鹽是由一系列丁酸鹽產(chǎn)生菌分解膳食纖維產(chǎn)生的,具有抗炎和免疫調節功能,這些丁酸鹽產(chǎn)生菌是嚴格的厭氧菌,也是腸道菌群中的重要功能類(lèi)群。甚至有科學(xué)家認為,它們會(huì )成為治療炎癥性腸病的新“藥物”。

  研究人員發(fā)現,丁酸鹽明顯抑制了NOS2的表達,減少了iNOS的產(chǎn)生,自然也減少了硝酸鹽的量。也就是說(shuō),丁酸鹽可能正是硝酸鹽產(chǎn)生的“克星”,它的存在讓腸桿菌科細菌失去了氧氣來(lái)源,不能大量繁殖。

  而丁酸鹽作用的信號通路中有一條比較特殊,就是PPAR-γ(過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體-γ)通路。PPAR-γ是重要的轉錄因子,在腸道中高水平表達,它特殊的點(diǎn)在于,只能響應丁酸鹽,其他的短鏈脂肪酸和它都“不匹配”。

  那么這條“唯一的通路”和抑制硝酸鹽的產(chǎn)生有沒(méi)有關(guān)系呢?事實(shí)證明是有的。研究人員再次培養了誘導表達NOS2的結腸上皮細胞,用PPAR-γ激動(dòng)劑羅格列酮(一種曾用于治療II型糖尿病的藥物)去處理它,發(fā)現iNOS和硝酸鹽的產(chǎn)生都減少了。

  在小鼠體內進(jìn)行的實(shí)驗中,研究人員使用基因工程手段獲得了缺少PPAR-γ的小鼠,發(fā)現與野生型小鼠相比,即使不刻意殺死丁酸鹽產(chǎn)生菌、減少丁酸鹽含量,PPAR-γ缺陷小鼠的NOS2表達水平仍然明顯增加。這就表明,PPAR-γ這條信號通路的存在對抑制硝酸鹽的產(chǎn)生是必要的。

  在野生型小鼠(WT)和缺少PPAR-γ小鼠(Pparg)幾種丁酸鹽產(chǎn)生菌比例相差不大(B)的情況下,野生型小鼠(WT)和缺少PPAR-γ小鼠(Pparg)NOS2表達量的對比(A)

  綜合這些實(shí)驗,我們可以得到這樣一個(gè)思路:當攝入了富含膳食纖維的食物后,腸道中一系列厭氧的丁酸鹽產(chǎn)生菌可以分解它們,產(chǎn)生丁酸鹽,通過(guò)關(guān)鍵的PPAR-γ通路抑制了腸道細胞中NOS2的表達,減少了iNOS和硝酸鹽的產(chǎn)生。這樣,腸桿菌科細菌就不能利用硝酸鹽來(lái)進(jìn)行有氧呼吸,不能大量繁殖,也就不會(huì )破壞腸道菌群穩態(tài)。

  接下來(lái),研究人員使用鏈霉素處理了野生型小鼠,鏈霉素是一類(lèi)非常常用的抗生素,可以用來(lái)治療結核病。它的處理顯著(zhù)減少了小鼠腸道細菌的數量,尤其是梭菌綱細菌,其中包含許多丁酸鹽產(chǎn)生菌。意料之中的,丁酸鹽的水平出現了明顯的下降,NOS2的表達則上升了,同時(shí)硝酸鹽的利用率也增加了。而且,他們發(fā)現一個(gè)受到PPAR-γ正調控的基因表達出現了下調,當給這些小鼠使用羅格列酮時(shí),它的表達又得到了恢復,硝酸鹽的產(chǎn)生和利用也得到了抑制。

  在腸炎小鼠模型中,使用鏈霉素減少了丁酸鹽產(chǎn)生菌,PPAR-γ信號通路被抑制,小鼠腸腔中氧氣和氧氣利用率增加。但是他們發(fā)現了一個(gè)很有意思的事情,不使用抗生素殺死丁酸鹽產(chǎn)生菌,而只單單抑制PPAR-γ時(shí)產(chǎn)生的氧氣是少于使用抗生素的,這是為什么呢?

  研究人員想,問(wèn)題可能出在了丁酸鹽這里,包括它在內的短鏈脂肪酸對腸道中免疫細胞的成熟起著(zhù)重要作用,尤其是調節性T細胞,它起著(zhù)抑制促炎癥反應的作用,過(guò)去的研究也顯示,抗生素的使用會(huì )減少調節性T細胞的量[7]。于是研究人員進(jìn)行了實(shí)驗,果然,用鏈霉素處理后,調節性T細胞的量減少到了原來(lái)正常值的1/3!

  接下來(lái),研究人員又驗證了單獨缺少調節性T細胞時(shí),產(chǎn)生的氧氣同樣是相對較少的,而只有它和PPAR-γ同時(shí)被抑制,才能達到足夠的氧氣含量。

  這說(shuō)明,丁酸鹽不僅作用于腸道上皮細胞,免疫細胞也同樣受到它的調節,共同維護腸道中的缺氧狀態(tài),創(chuàng )造適合有益菌生長(cháng)繁殖的環(huán)境。

  這個(gè)研究為我們指出了,PPAR-γ在維持腸道菌群平衡中是一個(gè)重要且必要的信號通路,而當腸桿菌科的致病菌增加,打破腸道菌群平衡甚至導致了疾病時(shí),靶向PPAR-γ也可以是一個(gè)潛在的治療方法。最后的最后,奇點(diǎn)糕還要再次提醒大家,多吃富含膳食纖維的食物,謹慎使用抗生素!

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