科技 新浪科技 《細胞》:生酮飲食可以抑制腸道內的雙歧桿菌生長

《細胞》:生酮飲食可以抑制腸道內的雙歧桿菌生長

新浪科技 2020-05-22 10:24

  來源:奇點網

  關於生酮飲食的科學研究,又有了新進展。

  今天,美國加州大學舊金山分校醫學院Peter J。 Turnbaugh團隊關於生酮飲食的最新研究成果公布。

  他們在人體試驗和小鼠實驗中發現, 生酮飲食經代謝後生成的酮體,能選擇性地抑制腸道內的雙歧桿菌,從而降低腸道中促炎Th17細胞的水平[1]。而且,普通的高脂飲食沒有這個效果。

  更有價值的是, 給正常飲食的小鼠餵食酮體,就能出現類似的腸道微生物變化。這對於無法適應生酮飲食的人而言,或許是個好消息。

  這項重要的研究成果發表在《細胞》雜誌上,Qi Yan Ang博士是論文的第一作者。

▲ 論文首頁截圖 ▲ 論文首頁截圖

  說起生酮飲食我想大家一定不會陌生。

  它不僅僅是一種飲食方式,還被 作為治療某些疾病的療法。此外,近年來它 在降低炎症、促進減肥和心臟健康等方面展現出來的潛力,讓公眾對它充滿了興趣。

  但是生酮飲食對代謝和免疫的影響目前仍不是十分清晰[2]。也就是說,我們可能並 沒有確切了解到生酮飲食是如何改善了健康。

  不過,更讓Turnbaugh困惑的是,生酮飲食和高脂飲食對人體的影響似乎是相悖的[3]。

  因為他注意到, 很多研究都表明高脂飲食是有害健康的,與代謝類疾病密切相關;但是含碳水極低、含脂肪極高的生酮飲食,卻是一種預防甚至治療疾病的方法。

  這種悖論出現的原因究竟是什麼呢?Turnbaugh團隊推測,這可能 在一定程度上與腸道微生物有關。

▲ 長得非常高的Peter J。 Turnbaugh ▲ 長得非常高的Peter J。 Turnbaugh

  為了證實上面的猜想,Turnbaugh團隊 招募了17名超重或1級肥胖的非糖尿病志願者,在醫院里開展了一項交叉研究。

  研究人員給參与試驗的志願者準備了兩種飲食方案,第一種是普通飲食(BD),碳水佔比50%,蛋白佔比15%,脂肪佔比35%;第二種是 生酮飲食(KD),碳水只有5%,蛋白還是15%,脂肪佔比80%。

  試驗的前4周,所有志願者都吃普通飲食,進行到第4周的時候,研究人員每天都去收集志願者的糞便。第一輪普通飲食周期結束之後,再續接為期4周的生酮飲食,進行到第四周的時候,同樣每天收集志願者的糞便。

  接下來要做的就是給所有的糞便樣本做16S rRNA測序。

  測序結果顯示,兩種不同的飲食方式對腸道微生物的影響很大。 與正常飲食相比,生酮飲食導致志願者腸道的放線菌(及其中的雙歧桿菌屬)和厚壁菌減少、擬桿菌增多。不過,總的來看腸菌的負擔沒有變化。

▲ 生酮飲食對腸道微生物的影響 ▲ 生酮飲食對腸道微生物的影響

  腸菌的變化也導致腸道微生物的代謝產物發生了一定的變化,但是短鏈脂肪酸水平沒有顯著變化。

  隨後,研究人員在模式小鼠體內研究了高脂飲食和生酮飲食對腸道微生物的影響。他們發現高脂飲食與生酮飲食對腸菌的影響不同, 最顯著的差異是生酮飲食會導致雙歧桿菌大量減少。而且,與其他飲食相比,生酮飲食 增加了小鼠血液中β-羥基丁酸(βHB)這種酮體的水平。

  此外,小鼠的研究還表明, 隨著食物中碳水化合物水平的降低,雙歧桿菌隨之減少。

▲ 圖源:UCSF ▲ 圖源:UCSF

  那麼高脂飲食和生酮飲食對腸菌的不同影響,究竟是什麼機制導致的呢?

  雖然之前也有一些相關研究,但是之前的結論都不能解釋Turnbaugh團隊發現的現象。最後,研究人員決定 將研究重點放在酮體上。

  因為 酮體水平的增加,是碳水攝入被限制的情況下,脂質氧化增加的標誌。而前面的研究已經發現,生酮飲食會增加β-羥基丁酸的水平,而且雙歧桿菌也是隨著食物中碳水化合物佔比的變化而變化。

  雖然酮體主要由肝臟產生,但是近年來已經有科學家發現, 腸道上皮細胞其實也能產生酮體[4]。甚至有研究發現,生酮飲食餵養可以增加腸道上中β-羥基丁酸的水平[5]。

  如此看來,生酮飲食,腸道酮體和雙歧桿菌三者之間,似乎隱約存在關聯。

▲ 雙歧桿菌的丰度與食物碳水之間的關係 ▲ 雙歧桿菌的丰度與食物碳水之間的關係

  為了理清三者之間的關係,研究人員在不限制食物中碳水化合物的情況下,給小鼠補充合成酮酯(KE),以模仿腸道產生的β-羥基丁酸。最後發現, 只有雙歧桿菌的丰度與β-羥基丁酸水平之間存在負相關。這與生酮飲食志願者和小鼠腸道的雙歧桿菌的丰度下降遙相呼應。

  隨後,研究人員用β-羥基丁酸處理正常飲食志願者的糞便,並移植給無菌小鼠,發現 β-羥基丁酸對人腸道菌的影響與小鼠實驗一致。

  為了搞清楚β-羥基丁酸是如何影響了雙歧桿菌的丰度。Turnbaugh團隊從志願者的糞便中分離到了一株最常見的雙歧桿菌 Bifidobacterium adolescentis(BD1),然後用β-羥基丁酸直接處理。結果發現, β-羥基丁酸是以劑量依賴的方式,選擇性抑制雙歧桿菌的生長。

  研究到這裏就變得清晰了,因為之前已經有研究發現, 包括 B。 adolescentis(BD1)在內的雙歧桿菌會誘導腸道出現大量的促炎Th17細胞[6]。

  緊接著,Turnbaugh團隊在小鼠體內,以人的腸道微生物為研究對象,打通了生酮飲食、腸道酮體、雙歧桿菌和促炎Th17細胞之間的關係鏈。

   生酮飲食讓腸道產生了大量的β-羥基丁酸,β-羥基丁酸濃度的增加抑制了雙歧桿菌的生長,最終降低了促炎Th17細胞的水平。

▲ 生酮飲食抗炎機製圖 ▲ 生酮飲食抗炎機製圖

  總的來說,這個研究表明, 飲食誘導的宿主代謝變化,會改變腸道微生物丰度,進而影響免疫應答。而高脂飲食沒有生酮飲食那樣的效果,部分可歸因於酮體產生不足。

  鑒於大量的研究已經發現微生物遍及人體各處,因此 這個研究發現的生酮飲食抗炎機制,在一定程度上可能也是生酮飲食改善代謝疾病(控制血糖和減肥)的原因。

  另外,近期科學家在生酮飲食治療難治性癲癇的研究中,也發現了生酮飲食組循環Th17細胞降低的變化[7]。這在一定程度上,也佐證了Turnbaugh團隊發現的機制的普適性。

  「這是一個非常迷人的發現,因為它表明生酮飲食對微生物群的影響不僅僅是飲食本身,而是飲食改變了身體的新陳代謝,然後對微生物群和下游免疫產生影響,」Turnbaugh說[3]。「對很多人來說,保持嚴格的低碳水或生酮飲食是非常難的,但如果未來的研究發現,由酮體本身引起的微生物轉變就足以對健康產生好的影響,那可能會使治療方法更容易接受。」  

  期待Turnbaugh實驗室帶來更多好消息。